Energy Harvesting / Medizintechnik Mini-Turbine für energieautarke Herzschrittmacher

Ein Herzschrittmacher, der seine Energie aus dem vom Herzen in den Kreislauf gepumpten Blutstrom gewinnt? Utopie? Nein, aber sicher ein Durchbruch in der Medizintechnik. Wissenschaftler aus der Schweiz haben bereits einen Prototypen vorgestellt.

Das Herz pumpt kontinuierlich Blut in den Kreislauf und wendet dafür mehr als 1 Watt Leistung auf. Das entspricht den Schweizer Experten vom Inselspital Bern zufolge dem rund 200.000-fachen durchschnittlichen Leistungsverbrauch eines modernen Herzschrittmachers von rund 5 Mikrowatt. 

Einen Teil dieser Energie wollen die Wissenschaftler nun nutzen, um einen Herzschrittmacher zu betreiben.

»In allen durchgeführten Tests konnte die von uns entwickelte Mini-Turbine aus dem Blutstrom ausreichend Energie gewinnen, um einen Herzschrittmacher ohne Elektroden und ohne Batterie zu betreiben«, so Dr. Adrian Zurbuchen, der dem Entwicklerteam angehört. »Außerdem bietet der Prototyp genügend Raum für die Integration der notwendigen Schrittmacherelektronik.«

Die Mini-Turbine…

…arbeitet nach dem Prinzip der Kaplan-Turbinen in Wasserkraftwerken. Das torpedoförmige Implantat mit einem Durchmesser von 6,2 mm und einem Gewicht von 3,6 g wird von Blut umströmt, das ein Schaufelrad zum Rotieren bringt. Über eine magnetische Kupplung treibt das Schaufelrad einen Mikrogenerator im Inneren des Gehäuses an und generiert so die benötigte elektrische Energie. 

»Das Schaufelrad wurde für einen physiologischen Blutfluss im rechtsventrikulären Ausflusstrakt, RVOT, konzipiert und mit einem 3D-Drucker hergestellt«, so Dr. Zurbuchen. »Der Turbinen-Prototyp wurde in einem Versuchsaufbau getestet, bei dem realistische hämodynamische Bedingungen im RVOT nachgeahmt werden konnten. Die Versuche wurden mit einem Blutanalogon bei einer Herzfrequenz von 60 Schlägen pro Minute durchgeführt.«