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Medizinelektronik

Superkondensator für biomedizinische Anwendungen

Eine Anordnung von 90 flexiblen und implantierbaren sogenannten Nano-Biosupercapacitors. Diese ermöglichen den autarken Betrieb von Mikrosensorik für den Einsatz unter anderem im Blut.
Der Nano-Biosuperkondensator ermöglicht den autarken Betrieb von Mikrosensorik für den Einsatz unter anderem im Blut.
© Forschungsgruppe Prof. Dr. Oliver G. Schmidt

Forscher haben einen Energiespeicher entwickelt, der den Betrieb autonom arbeitender Mikrosysteme ermöglicht. Diese könnten bei der frühen Vorhersage von Tumoren helfen.

Die Miniaturisierung von mikroelektronischer Sensorik, mikroelektronischen Robotern oder intravaskulären Implantaten schreitet schnell voran. Sie stellt die Forschung aber auch vor große Herausforderungen. Eine der größten ist die Entwicklung winziger und dennoch effizienter Energiespeicher, die den Betrieb autonom arbeitender Mikrosysteme ermöglichen – zum Beispiel in immer kleineren Bereichen des menschlichen Körpers.Darüber hinaus müssen diese Energiespeicher bio-kompatibel sein, um überhaupt im Körper eingesetzt werden zu können.

Nun gibt es einen ersten Prototyp, der diese wesentlichen Eigenschaften vereint. Der Durchbruch gelang einem internationalen Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Inhaber der Professur Materialsysteme der Nanoelektronik an der Technischen Universität Chemnitz, Initiator des Zentrums für Materialien, Architekturen und Integration von Nanomembranen (MAIN) an der TU Chemnitz und Direktor am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden. Auch das Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden (IPF) war als Kooperationspartner an der Studie beteiligt.

Autarker Sensorbetrieb im Blut

In der aktuellen Ausgabe von Nature Communications berichten die Forscherinnen und Forscher vom bisher kleinsten sogenannten »Biosuperkondensator«, der bereits in (künstlichen) Blutbahnen funktioniert und als Energiequelle für ein winziges Sensorsystem zur Messung des pH-Wertes verwendet werden kann.

Das Speichersystem eröffnet Möglichkeiten für intravaskuläre Implantate und mikrorobotische Systeme für die Biomedizin der nächsten Generation, die in schwer zugänglichen kleinen Räumen tief im Inneren des menschlichen Körpers agieren könnte. So kann zum Beispiel die Erfassung des pH-Wertes im Blut in Echtzeit bei der Vorhersage der frühen Tumorbildung helfen. 

»Die Architektur unserer Nano-Bio-Superkondensatoren bietet die erste potenzielle Lösung für eine der größten Herausforderungen – winzige integrierte Energiespeicher, die den autarken Betrieb multifunktionaler Mikrosysteme ermöglichen«, sagt Dr. Vineeth Kumar, Forscher im Team von Prof. Schmidt und Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Forschungszentrum MAIN.

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(me)

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