Revolutionäre Entwicklung: Miniaturisierte, biokompatible Lithium-Ionen-Batterien für biomedical Anwendungen
Miniaturisierte, weiche Lithium-Ionen-Batterien: Ein Durchbruch für biomedizinische Anwendungen
Die Forschung im Bereich der biomedizinischen Geräte macht bemerkenswerte Fortschritte. Wissenschaftler der University of Oxford haben kürzlich eine zukunftsweisende Entwicklung im Bereich der Energieversorgung für miniaturisierte, weiche und biokompatible Batterien präsentiert, die entscheidend für die Stromversorgung von minimalinvasiven medizinischen Geräten ist. Diese neuartige Technologie könnte das Potenzial haben, die Behandlung von Herzrhythmusstörungen durch Defibrillation oder Schrittmacher zu revolutionieren. Die Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift Nature Chemical Engineering veröffentlicht worden.
Warum miniaturisierte Batterien?
Die Entwicklung kleiner intelligenter Geräte, die weniger als wenige Kubikmillimeter messen, erfordert ebenso kleine Energiequellen. Insbesondere für minimalinvasive biomedizinische Geräte, die mit biologischen Geweben interagieren, ist es notwendig, dass diese Energiequellen aus weichen Materialien bestehen. Diese Batterien sollten nicht nur biokompatibel und biologisch abbaubar sein, sondern auch über eine hohe Kapazität, anpassbare Aktivierung und die Möglichkeit zur Fernsteuerung verfügen.
Bislang gab es kein Akku, das all diese Anforderungen gleichzeitig erfüllte.
Die Lösung: Mikro-Lithium-Ionen-Batterien
Das Forschungsteam der University of Oxford hat eine einzigartige Lösung entwickelt – eine miniaturisierte, weiche Lithium-Ionen-Batterie, die aus biokompatiblen Hydrogel-Tröpfchen konstruiert wurde. Diese Tröpfchen werden mithilfe einer als Tensid-unterstützte Anordnung bekannten Technik verbunden. Diese Technik, die bereits im letzten Jahr in Nature vorgestellt wurde, ermöglicht es, drei Mikrodroplets mit einem Volumen von nur 10 Nanolitern zu verbinden, wobei Lithium-Ionen-Partikel in den äußeren Tröpfchen die Energie erzeugen.
Die Entwicklung von kleinen, weichen und biokompatiblen Batterien für minimalinvasive biomedizinische Geräte ist von entscheidender Bedeutung. (Credit: Yujia Zhang)
Vielseitige Anwendungsmöglichkeiten
„Unsere Tröpfchenbatterie ist lichtaktiviert, wiederaufladbar und nach der Nutzung biologisch abbaubar. Bisher ist sie die kleinste Hydrogel-Lithium-Ionen-Batterie mit einer überlegenen Energiedichte“, erklärt Dr. Yujia Zhang, der leitende Forscher der Studie.
Die Batterie hat sich bereits in ersten Tests bewährt. Sie wurde eingesetzt, um die Bewegung geladener Moleküle zwischen synthetischen Zellen zu steuern und die Schläge sowie die Defibrillation der Herzen von Mäusen zu kontrollieren. Durch das Hinzufügen von magnetischen Partikeln konnte die Batterie zudem als mobiles Energie-Zentrum fungieren.
Professor Ming Lei, ein leitender Elektrophysiologe für Herzrhythmusstörungen an der University of Oxford, stellt fest: „Diese neuartigen drahtlosen und biologisch abbaubaren Geräte bieten eine spannende neue Möglichkeit für das Management von Arrhythmien.“
Ausblick auf die Zukunft
Das Forschungsteam hat bereits eine Patentanmeldung über Oxford University Innovation eingereicht und sieht in der vielseitigen Anwendung dieser winzigen Batterien, insbesondere im Bereich der kleinen Roboter für biomedizinische Anwendungen, großes Potential. Die Möglichkeit, biokompatible elektronische Geräte unter physiologischen Bedingungen zu betreiben, könnte neue Wege in der klinischen Medizin eröffnen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung dieser miniaturisierten, weichen Lithium-Ionen-Batterien nicht nur einen bedeutenden Fortschritt in der Batterietechnologie darstellt, sondern auch wegweisende Möglichkeiten für zukünftige biomedizinische Anwendungen bietet.
Für weitere Informationen verweisen wir auf die Originalveröffentlichung in Nature Chemical Engineering: DOI: 10.1038/s44286-024-00136-z.
Die vorgestellten Ergebnisse sind wegweisend in der Entwicklung von Technologien, die das Leben von Menschen mit schweren Herzerkrankungen verbessern könnten. Dieses Beispiel innovativer Forschung zeigt, wie Wissenschaft und Technik Hand in Hand gehen, um die Herausforderungen der modernen Medizin zu meistern.