Strom aus der Nase

10. Dezember 2013, 14:36 Uhr
Strom aus der Nase
Strom aus der Nase

Der gleiche piezoelektrische Effekt, der in einem Feuerzeug per Funke das Gas entzündet, könnte eines Tages Biosensoren versorgen, indem in der Nase die in der Atemluft vorhandene Energie angezapft wird. In einem Beitrag in der Fachzeitschrift „Energy and Environmental Science“ beschreiben Assistenzprofessor Xudong Wang, der Postdoktorand Chengliang Sun und der Student Jian Shi einen mikroskopisch kleinen Kunststoffstreifen, der auch in Luftbewegungen mit niedrigen Geschwindigkeit vibriert, wie das für die menschliche Atmung typisch ist.
 
In manchen Materialien wie dem von Wangs Team verwendeten PCDF (Polyvinylidenfluorid) werden in Abhängigkeit von mechanischem Stress elektrische Ladungen erzeugt – ein Effekt, der allgemein unter dem Begriff Piezoelektrizität bekannt ist. Mit PVDF gelang es den Forschern, genug Energie zu erzeugen, um kleine elektronische Geräte damit zu betreiben. Laut Wang wird dabei Lebewesen mechanische Energie entzogen, die in der Atmung enthalten ist. Die typische Luftgeschwindigkeit der menschlichen Atmung liegt bei etwa 2 m/s. Davon ausgehend habe die Forscher das Material so dünn gemacht, dass kleine Vibrationen etwa 1 µW elektrische Energie produzieren, mit der man Sensoren oder Implantate versorgen kann.
 
Denkbare Anwendungen sind biomedizinische Sensoren, die z.B. den Glukosespiegel im Blut bei Diabetikern erfassen oder aber einen Akku für einen Herzschrittmacher laden, sodass dieser nicht so schnell aufgrund erschöpfter Batterie ausgewechselt werden muss. Im Prinzip gibt es für solche Anwendungen genügend mechanische Energiequellen im oder am Körper, wie bei der hier beschriebenen Ausnutzung der Atmung. Wangs Team nutzte einen Ionen-Ätzprozess um solch dünnes Material mit ausreichenden piezoelektrischen Eigenschaften herzustellen. Wang glaubt, dass sich dieses Verfahren mit weiteren Fortschritten bis hinab auf die Sub-µm-Ebene treiben lässt. Da PVDF  biokompatibel ist, ergeben sich damit sehr gute Einsatzbedingungen, um den Luftstrom der Atmung zur Energiegewinnung zu nutzen.

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