Eine Fingerspitze Hoffnung

Eine Anordnung von 90 flexiblen und implantierbaren sogenannten Nano-Biosupercapacitors (nBFCs). Diese ermöglichen den autarken Betrieb von Mikrosensorik für den Einsatz unter anderem im Blut. Foto: Forschungsgruppe Prof. Dr. Oliver G. Schmidt

Ein staubkorngroßes Energiebündel

Von Sven Günther
Chemnitz. Das Ding ist klein. Winzig sogar. Etwa so groß wie ein Staubkorn und liefert doch Strom wie eine AAA-Batterie, die z.B. in unseren Fernbedienungen stecken.
Der neue Biosuperkondensator ist der kleinste der Welt und könnte schon bald im menschlichen Körper helfen, Tumore schon dann zu erkennen, wenn sie gerade erst angefangen haben zu wachsen.
Die TU Chemnitz entwickelte den XXXXS-Stromlieferanten, der mikroelektronische Sensorik, mikroelektronische Roboter oder intravaskuläre Implantate mit Energie versorgen soll. Ein Prototyp, der bereits in künstlichen Blutbahnen funktioniert, wurde jetzt in der aktuellen Ausgabe von „Nature Communications“ vorgestellt.

Der Biosuperkondensator ist bio-kompatibel, sodass er ohne Probleme in den Körper eingesetzt werden kann. Trotz seiner Winzigkeit kann er autonom arbeitende Systeme ausreichend lang antreiben.

Der Durchbruch gelang einem internationalen Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Inhaber der Professur Materialsysteme der Nanoelektronik (https://www.tu-chemnitz.de/etit/nano/) 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.

Ein Einsatzgebiet: Die Erfassung des pH-Wertes im Blut in Echtzeit, die bei der Vorhersage der frühen Tumorbildung hilft. „Es ist äußerst ermutigend zu sehen, wie eine neue, extrem flexible und adaptive Mikroelektronik in die miniaturisierte Welt der biologischen Systeme vordringt“, zeigt sich Forschungsgruppen-Leiter Prof. Dr. Oliver G. Schmidt von diesem Forschungserfolg äußerst angetan.

Der Biosuperkondensator kann durch bioelektrochemische Reaktionen die Entladung sogar zum Teil kompensieren

Die derzeit kleinsten derartigen Energiespeicher sind größer als drei Kubikmillimeter. Dem Team um Prof. Oliver Schmidt ist es nun gelungen, einen 3.000 Mal kleineren röhrenförmigen Biosuperkondensator herzustellen, der mit einem Volumen von 0.001 Kubikmillimeter (ein Nanoliter) weniger Raum als ein Staubkorn einnimmt und dennoch bis zu 1,6 V Versorgungsspannung liefert

Prof. Dr. Oliver G. Schmidt ist Pionier auf dem Gebiet der Mikrorobotik und Mikromotoren. Schmidt ist Leiter des Instituts für Integrative Nanowissenschaften am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden sowie Inhaber der Professur für Materialsysteme der Nanoelektronik an der Technischen Universität Chemnitz und Initiator des dortigen Zentrums für Materialien, Architekturen und Integration von Nanomembranen (MAIN). Foto: Jacob Müller

Sie haben den Knick raus

Das Geheimnis der Winzigkeit: die Origami-Technologie. Die Bauteile werden unter hoher mechanischer Verspannung auf eine Waferoberfläche gesetzt. Später wickeln sie sich von selbst mit hoher Genauigkeit und Ausbeute (95 Prozent) zu kompakten 3-D-Bauteilen auf. Die röhrenförmige Geometrie schützt sie dabei vor Deformationen, die durch pulsierendes Blut oder Muskelkontraktion entstehen.

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