Hochschule Rhein-Waal

Herzschrittmacher ohne Batterien: Neue Generation an Implantaten

Medizinische Implantate müssen im Körper nicht nur Körperteile oder Organe ersetzen, sondern auch eine Vielzahl von Funktionen erfüllen. Unter anderem dürfen sie vom Körper nicht abgestoßen werden, nicht ständig ausgewechselt werden müssen und sollten ebenso belastbar sein wie das Körperteil, das sie ersetzen. Einige Implantate, etwa Herzschrittmacher oder implantierbare Insulinpumpen, müssen zudem mit Strom versorgt werden, belasten also den Körper oft zusätzlich durch potentielle Giftstoffe in ihren Batterien. Ein Forschungsprojekt an der Hochschule Rhein-Waal entwickelt nun eine ganz neue Generation an implantierbaren Elementen.
Diese sollen andere implantierte medizinische Geräte mit Strom versorgen und außerdem elektrischer Stimuli für die Nervenregeneration und das Nachwachsen bereitstellen, indem sie Bewegungen und Vibrationen, die jeder menschliche Körper mechanisch erzeugt, in Elektrizität umwandeln. Unter der Leitung von Dr. Amir Fahmi, Professor für Materialwissenschaften an der Fakultät für Technologie und Bionik der Hochschule, wird die Forschung in diesem Bereich vorangetrieben. Das neue Kooperationsprojekt ‚Bioteng‘, in dem neben der Hochschule Rhein-Waal auch Universitäten aus Estland, Lettland und Russland beteiligt sind, hat sich zum Ziel gesetzt, sogenannte Nanogeneratoren zu entwickeln, die aus nanostrukturierten Biomaterialien bestehen. Nanogeneratoren können kleine physikalische Veränderungen, die beispielsweise durch Bewegung ausgelöst werden, in Elektrizität umwandeln. Auf diese Weise können sie implantierte medizinische Geräte mit Strom versorgen.

Nanogeneratoren sollen flexibel sein, weil sie in Weichgewebe implantiert werden und dort verschiedene Bewegungen mitmachen müssen, sie müssen außerdem möglichst langlebig sein. Gleichzeitig zielt das Forschungsprojekt aber auch darauf ab, biologisch abbaubare und bioresorbierbare Nanogeneratoren zu schaffen, so dass nach der Implantation keine unerwünschten Nebenwirkungen auftreten. Zudem werden diese Geräte so entwickelt, dass sie nach ihrem Lebenszyklus vom Körper abgebaut werden. Damit entfällt die Notwendigkeit chirurgischer Eingriffe, die derzeit für den Austausch und die Entfernung implantierbarer Geräte eingesetzt werden.

An der Hochschule Rhein-Waal arbeitet neben Prof. Dr. Amir Fahmi auch Dr. Viraj Pratap Nirwan als wissenschaftlicher Mitarbeiter an dem Projekt. Das Projekt soll in drei Jahren abgeschlossen werden und zu Fortschritten auf dem Gebiet der triboelektrischen Nanogeneratoren und der Nanomaterialien im Allgemeinen führen.

Grafik: Die Oberflächen entwickeln entgegengesetzte Ladungen, die sich abwechseln, entweder durch Reibung oder durch Änderung des Abstands zwischen den triboelektrischen Oberflächen. Verbindet man die Oberflächen über eine Elektrode, um den Stromkreis zu schließen, beginnt der Strom zu fließen. Durch mechanische Einwirkung wird also Strom erzeugt.