Ein Forschungsteam der University of Massachusetts Amherst hat ein ultradünnes Netz entwickelt, um menschliche Zellen nahtlos mit Elektronik zu verbinden und aus ihnen Strom zu gewinnen. Die Universität teilte mit, Systeme wie dieses könnten in Zukunft eines der größten Probleme bei Implantaten wie Herzschrittmachern, Defibrillatoren oder Hirnschrittmachern lösen: Die Batterien der medizinischen, fest im Körper verbauten Geräte sind irgendwann leer. Die Studie zu der »biohybriden« Technik wurde in der Fachzeitschrift »Science Advances«  veröffentlicht.

»Unser Körper ist ein Kraftwerk, das rund um die Uhr in Betrieb ist«, sagte Hauptautorin Siqi Wang laut einer Mitteilung. »Jede einzelne Zelle erzeugt ihre eigene Energie.« Bei einem Teil handele es sich um mechanische Energie, sie werde etwa bei der Kontraktion von Muskelgewebe frei. Ein anderer Teil sei elektrischer Natur – beispielsweise Nervenimpulse.

Bauteil »wie menschliches Gewebe«

Um diese Energie zu nutzen, entwickelten die Forschenden ein Netz, das mit Herzgewebe verwachsen kann: Es besteht aus einem Material namens Blei-Zirkonat-Titanat. Dieses Material kann mechanische in elektrische Energie umwandeln. Die Forscher brachten Streifen davon auf einer ultradünnen und flexiblen Polymerschicht an. Dieses Netz besiedelten sie dann im Labor mit menschlichen Herzzellen.

Das Ergebnis, so hieß es, sei »ein Bauteil, das sich wie menschliches Gewebe bewegt und auch so aussieht, aber wie eine Batterie funktioniert, die niemals ausgetauscht werden muss«. Bewegte sich das Gewebe, entstand in der Polymerschicht elektrische Spannung.

»Leistungsstark und nicht-invasiv«

Für den Erfolg des Systems ist laut dem Team ein »Paradigmenwechsel« in der Elektrotechnik nötig: Statt von einer zentralen Energiequelle wie einer Batterie oder einem Kraftwerk auszugehen, müsse man sich der dezentralen Struktur des lebendigen Körpers anpassen. Das in verschiedene Richtungen wachsende biohybride Gewebe kommt der Studie zufolge auf eine zehnmal so hohe Energiedichte wie klassische Systeme. Demnach würde ein deutlich kleineres Bauteil als eine Batterie genügen, um ein Implantat mit Strom zu versorgen. Die ultradünne Bauweise erlaube zudem, mehrere Schichten übereinander aufzutragen.

Die Technik sei »leistungsstark und zugleich nicht-invasiv«, sagte der beteiligte Professor Jun Yao. Ein weiterer Vorteil könne sein, dass der menschliche Körper weniger dazu neigen würde, derartige Systeme abzustoßen als solche mit sperriger Batterie. »Die Biokompatibilität ist weitaus besser.«