Nanodraht verwandelt Rattenherz in Strom-Generator

8. Juni 2010, 16:00
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Piezoelektrische Stromerzeugung in Zukunft für Implantate interessant

Atlanta - Wissenschafter am Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) haben Ratten piezoelektrische Nanodrähte implantiert. Bei diesem Experiment ist es gelungen, mithilfe der Atembewegung oder des Herzschlags eines Nagetiers Strom zu erzeugen. Dabei sind es die winzigen Verformungen des Drahts durch die körperinterne Bewegung, die ihn zum Nanogenerator machen.

Dass diese Form der Stromerzeugung tatsächlich in einem Lebewesen funktioniert, könnte in Zukunft medizinische Anwendungen ermöglichen. Denn das Ziel der Wissenschaftler ist letztendlich, allein mit solchen Nanogeneratoren die Stromversorgung beispielsweise von implantierten Blutdruck- oder Blutzuckermessgeräten zu sichern.

Das Team von Zhong Lin Wang, Professor für Materialwissenschaften am Georgia Tech, hatte 2008 Nanogeneratoren aus Zinkoxid-Drähten entwickelt. Solche Nanodrähte wurden nun in Ratten verpflanzt, um die piezoelektrische Stromerzeugung im lebenden Körper in der Praxis zu testen. Ein Nanodraht am Zwerchfell hat dabei durch die Atembewegung einen Strom von vier Pikoampere bei zwei Millivolt Spannung erzeugt.

Zu geringe Ausbeute

Mit einem Draht am Rattenherz wurden 30 Pikoampere bei drei Millivolt erreicht, was für die praktische Anwendung freilich noch zu wenig ist. Denn Nanosensoren zur Blutdrucküberwachung oder der Suche nach Krebs-Biomarkern würden etwa ein Mikrowatt Leistung benötigen. Das ist gut zehn Millionen mal mehr, als der einzelne Draht geliefert hat. Allerdings haben die Forscher bereits einen Generator entwickelt, der mit hunderten Drähten immerhin 0,12 Mikrowatt liefert.

"Unser langfristiges Ziel ist es, Nanogeräte für den medizinischen Bereich zu entwickeln, die sich selbst mit Strom versorgen", betont Wang. Dabei auf Piezoelektrik, die Stromerzeugung durch mechanische Verformung, zu setzen, ist ein gängiger Ansatz. Dieser wird auch von anderen Forscherteams verfolgt, wobei teils Materialien zum Einsatz kommen, die leistungsfähiger als Zinkoxid erscheinen. So haben Wissenschaftler an der Princeton University Blei-Zirkonat-Titanat (PZT) mit einer körperverträglichen Gummimischung verbunden.

Ungesunder Bleigehalt

Dem Princeton-Teamleiter Michael McAlpine zufolge ist PZT zehn mal effektiver darin, mechanische Verformungen in Strom umzuwandeln als Zinkoxid. Allerdings hat PZT den Nachteil, dass es aufgrund des Bleigehalts sicher in bioverträgliche Materialien eingebettet werde muss, wenn es für Implantate genutzt werden soll. Jedenfalls ist McAlpine vom Forschungserfolg des Wang-Teams beeindruckt. Allerdings betont der Princeton-Professor, dass beide Teams für die praktische Anwendung noch deutliche Fortschritte bei der erzeugten Leistung impantierbarer Generatoren machen müssen. (red/pte)


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Technology Review: Generating Power from a Heart

  • Ein einzelner Zinkoxid-Nanodraht entlockte dem Rattenherz 30 Pikoampere bei drei Millivolt.
    foto: guang zhu, georgia tech

    Ein einzelner Zinkoxid-Nanodraht entlockte dem Rattenherz 30 Pikoampere bei drei Millivolt.

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