Das Kraftwerk im Körper

Kraftwerk

Französische Wissenschaftler haben eine Brennstoffzelle entwickelt, die unter der Haut Strom erzeugt.

Damit sollen Operationen wegen Herzschrittmachern oder Insulinpumpen vermieden werden.

 

Susanne Donner Wirtschaftswoche Berlin

 

Philippe Cinquin ist eine Koryphäe der französischen Medizintechnikszene . 28 Patente sind auf den Namen des 57-jährigen Mathematikers und Arztes eingetragen. Vier Unternehmen hat Cinquin mit begründet, viele Preise eingeheimst. Medizintechnikfirmen wie Aesculap und Medtronic verbesserten mit seinen Erfindungen ihre Produkte.

 

Jetzt ist Cinquin gemeinsam mit Chantal Gondron, Fabien Giroud und Serge Cosnier von der Universität Grenoble für den Europäischen Erfinderpreis nominiert. Die vier Wissenschaftler haben eine Brennstoffzelle kaum größer als eine Pille erfunden, die im Körper Strom erzeugt. Dafür genügen Zucker und Sauerstoff, wie sie im Blut vorkommen.

 

Das körpereigene Kraftwerk soll bald Herzschrittmacher, Hörgeräte und implantierte Insulinpumpen antreiben. Ein Milliardenmarkt: 2010 wurden medizinische Geräte im Wert von 15,4 Milliarden US-Dollar gehandelt, bis 2016 soll sich die Summe nochmals um knapp zehn Milliarden erhöhen. Entsprechend hoch ist der Bedarf an implantierbaren Stromquellen.

 

Biobrennstoffzelle soll lebenslang Strom für Implantate liefern

Bisher laufen die Apparate mit Lithiumionenbatterien. Diese müssen jedoch alle paar Jahre ausgetauscht werden. Sitzt die Stromquelle unter der Haut, geht das nicht ohne Operation. Befindet sich die Batterie außerhalb des Körpers wie etwa bei Herzunterstützungssystemen, ist das Kabel von der Stromquelle zum Implantat ein steter Risikoherd: Keime dringen entlang der Verbindung ein und verursachen mitunter gefährliche Entzündungen.

 

Die Biobrennstoffzelle wäre sicherer und bequemer. Einmal eingesetzt, würde sie lebenslang Strom liefern, ohne Verbindung nach außen. Sie könnte lebensnotwendige Implantate für herzkranke Menschen und Diabetiker antreiben.

 

Ehe das Kraftwerk den ersten Patienten zugute kommen kann, will Cinquin es aber in Tieren erproben. In Schweinen und Kühen soll die Brennstoffzelle Sensoren speisen, die beispielsweise die Körpertemperatur messen. Sie zeigt dem Züchter an, wann das Tier trächtig ist und er mit Nachwuchs rechnen kann. „Das ist eine ganz einfache Sache. Die winzige Brennstoffzelle kann gemeinsam mit dem Sensor in das Tier injiziert werden“, so der Erfinder. Die Tests an den Stalltieren sollen aber auch beweisen, dass die körpereigene Energieversorgung sicher und langlebig genug ist – auch für den Menschen.

 

Es klingt nach einer abseitigen Idee, Strom aus Kühen und Schweinen. Und doch überwachen Tierzüchter schon heute ihr Vieh mit implantierten Sensoren, berichtet Cinquin. Wenn die Batterien versiegen, haben sie allerdings ein Problem. Das Vieh ist dann außer Kontrolle – Krankheiten werden womöglich nicht rechtzeitig erkannt.

 

Cinquin – der sowohl Mathematik als auch Medizin studiert hat – hat von Anfang an beschäftigt, wie die Technik die Medizin voranbringen kann. Dabei stieß er bald auf das Problem, dass Produkte wie Herzschrittmacher, Defibrillatoren und Insulinpumpen zwar Patientenleben retten und Leiden lindern. Doch dass die Betroffenen nach wenigen Jahren schon wieder unters Messer müssen, weil die Batterie gewechselt werden muss. Deshalb begann Cinquin 2003 nach einer Alternative zu suchen: nach einer Brennstoffzelle , die aus eigener Kraft im Körper läuft.

 

Erfolgreicher Test mit einer Ratte

Zwar ist die Idee, Strom im Körper zu produzieren, schon Jahrzehnte alt. Aber in den 60er und 70er Jahren scheiterte die Vision an passenden Materialien und einer viel zu geringen Stromproduktion. Erst 2013 stellten Cosnier und Cinquin im renommierten „Journal Nature“ eine körperverträgliche Stromquelle vor, die zehn Tage im Bauchraum einer Ratte arbeitete.

 

Die Brennstoffzelle hat wie jede Batterie einen Minus- und einen Pluspol. Beide sind schwarz und haben die Form einer Tablette. Cosniers Team hat dafür Kohlenstoffnanoröhrchen, ein feines schwarzes Pulver mit Enzymen vermischt und in die Form der Tabletten gepresst.

 

Am Minuspol sorgt das Enzym Glucoseoxidase dafür, dass der Zucker aus dem Blut abgebaut wird. Am Pluspol verarbeitet eine Laccase, den Sauerstoff zu Wasser. Beide Umwandlungen zusammen genommen erzeugen Strom. Die Brennstoffzelle umhüllten die Forscher mit einer Plastikmembran, wie sie für die Blutwäsche verwendet wird, damit das Immunsystem den Fremdkörper nicht abstößt.

 

„Die Ratte rannte mit der Stromquelle im Bauch munter umher“, erzählt Cinquin. Sie habe normal gefressen. Auch Entzündungen seien nicht aufgetreten. Ein filigranes Kabel führte zu ihrem Schädel, wo der Franzose einen Stromabnehmer befestigt hatte. Mit der Energie aus dem Tier konnte er eine Leuchtdiode zum Leuchten bringen und ein digitales Thermometer betreiben. Knapp 40 Mikrowatt, so viel elektrische Leistung wie ein Herzschrittmacher höchstens benötigt, konnten die Forscher aus dem Nagetier gewinnen.

 

Vor Einsatz bei Menschen dürften noch mehrere Jahre vergehen

Cinquin möchte mit mehreren Minikraftwerken 100 Mikrowatt ernten, um einen künstlichen Harnröhrenverschluss zu betreiben. Er könnte Hunderttausenden Patienten helfen, die unter Inkontinenz leiden. Einer von Cinquins Doktoranden hat zu diesem Zweck im Jahr 2011 das Start-up Uromems gegründet, das Brennstoffzelle samt Verschluss für die Blase vermarkten soll. Bis die ersten Patienten mit Strom versorgt sind, werden aber noch einige Jahre vergehen, schätzen die Forscher. Im Experiment mit der Ratte riss nach zehn Tagen die Stromleitung, sodass die Energiequelle versiegte.

 

Es gibt noch weit kühnere Ideen: Eines Tages könnte man mit einer Brennstoffzelle im Leib vielleicht sogar Strom für das Handy oder den Laptop erzeugen und zusätzlich überschüssige Kalorien loswerden, skizziert Cosnier. Andere hegen noch phantastischere Pläne. Evgeny Katz zufolge kann man mit der Technik ganze Tierpopulationen etwa Vogel oder Fischschwärme in Kraftwerke verwandeln. Im Unterschied zu Wind und Sonne wäre das eine beständige Form der erneuerbaren Energien. 

 

Handelsblatt 22.05.2014

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