Unter der Haut: Chinesische Wissenschaftler entwickeln kabelloses Ladegerät, das sicher im menschlichen Körper verbleiben kann

In der Zwischenzeit können Netzteile, die an transdermale Ladegeräte angeschlossen sind, Entzündungen verursachen, und Netzteile, die mit nicht wiederaufladbaren Batterien betrieben werden, müssen möglicherweise operativ ausgetauscht werden, was laut dem Papier zu Komplikationen führen kann.

Um diese Lücke zu schließen, schlugen die Forscher ein drahtloses implantierbares Energiesystem mit „gleichzeitig hoher Energiespeicherleistung und bevorzugten Gewebeschnittstelleneigenschaften“ vor, da es sich aufgrund seines weichen und flexiblen Designs an die Form von Gewebe und Organen anpassen kann.

Das kabellose Stromversorgungsgerät besteht aus einer Magnesiumspule, die das Gerät auflädt, wenn eine externe Sendespule auf die Haut über dem Implantat platziert wird.

Superkondensatoren speichern Strom als elektrische Energie, im Gegensatz zu Batterien, die ihn als chemische Energie speichern.

Superkondensatoren speichern zwar weniger Energie pro Einheit, verfügen aber über eine hohe Leistungsdichte und können daher konstant eine große Energiemenge entladen, heißt es in dem Papier.

Der Prototyp eines Stromversorgungssystems – enthalten in einem flexiblen, biologisch abbaubaren Chip-ähnlichen Implantat – integriert Energiegewinnung und Energiespeicherung in einem Gerät.

Der Strom kann durch den Stromkreis direkt in ein angeschlossenes bioelektronisches Gerät sowie in den Superkondensator geleitet werden, wo er gespeichert wird, „um eine konstante, zuverlässige Leistungsabgabe zu gewährleisten“, sobald der Ladevorgang abgeschlossen ist, heißt es in dem Papier.

Von Wissenschaftlern aus Hongkong hergestellter Mikroroboter tötet 99 % der Bakterien medizinischer Implantate ab

Sowohl Zink als auch Magnesium sind für den menschlichen Körper lebenswichtig, und die Forscher stellen fest, dass die im Gerät enthaltenen Mengen unter der täglichen Aufnahmemenge liegen, wodurch die auflösbaren Implantate biokompatibel sind.

Das gesamte Gerät ist in Polymer und Wachs eingekapselt, das sich entsprechend der Struktur des Gewebes, in das es eingesetzt wird, biegen und verdrehen kann.

Tests des Geräts an Ratten zeigten, dass es bis zu 10 Tage lang effektiv arbeiten kann und sich innerhalb von zwei Monaten vollständig auflöst.

Die Funktionsdauer des Geräts kann laut dem Papier durch eine Änderung der Dicke und Chemie der Einkapselungsschicht verändert werden.

Arzneimittelverabreichungssysteme könnten in verschiedene Gewebe und Organe des Körpers integriert werden und „eine entscheidende Rolle bei der lokalisierten, bedarfsgerechten Arzneimittelverabreichung und -therapie spielen“, heißt es in dem Papier.

02:03

Der 3D-Roboterprototyp druckt Biomaterialien im menschlichen Körper und senkt so das chirurgische Risiko

Der 3D-Roboterprototyp druckt Biomaterialien im menschlichen Körper und senkt so das chirurgische Risiko

Um die Funktionalität der Stromversorgung zu demonstrieren, verbanden die Forscher gestapelte Superkondensatoren mit einer Empfangsspule und einem biologisch abbaubaren Arzneimittelabgabegerät und implantierten es Ratten. Der implantierte Prototyp war nicht in einem Gerät eingekapselt – er bestand aus separat eingekapselten Teilen, die miteinander verbunden waren.

Die Forscher sagten, es gebe immer noch das Problem, das Gerät ein- und auszuschalten, da es erst anhielt, wenn der Strom ausging – sie sagten jedoch, dass durch eine kontrollierte Auslösung des Ladevorgangs die Ein-/Aus-Dauer gesteuert werden könne.

Bei Ratten, denen das nicht aufgeladene Implantat verabreicht wurde, gab es den Forschern zufolge auch eine gewisse passive Arzneimittelfreisetzung, da die in dieser Gruppe aufgezeichneten Temperaturen im Vergleich zur Kontrollgruppe ebenfalls niedriger waren.

In dem Papier heißt es jedoch, dass der Prototyp „einen wichtigen Schritt vorwärts bei der Weiterentwicklung einer breiten Palette transienter implantierbarer bioelektronischer Geräte darstellt und das Potenzial hat, effektive und zuverlässige Energielösungen bereitzustellen“.