Mit Mini-Motor durch die Blutbahn
EU fördert „BIOENERGY“-Projekt mit 3,92 Millionen Euro
Noch ist es eine Zukunftsvision: medizinische Sensoren, die durch die Blutbahn sausen und nonstop messen, wie hoch beispielsweise der Blutzuckerspiegel ist, oder kleinste Frachtschiffe, die Medikamente an vordefinierte Stellen transportieren und dort ausschütten. Mini-Bauteile für diese Sensoren oder Transporter gibt es bereits – was fehlt, ist eine autarke Energieversorgung. Die Lösung könnten wandlose Biobrennstoffzellen sein, denen Zucker im Blut als Treibstoff dient. Um diese zu entwickeln, fördert die EU im Rahmen eines Marie-Curie Initial Training Networks (ITN) das Projekt „BIOENERGY“ mit 3,92 Millionen Euro über vier Jahre. Koordiniert wird das Projekt vom Lehrstuhl für Analytische Chemie der Ruhr-Universität Bochum (RUB).
Künstliche Miniaturmaschinen könnten eines Tages im menschlichen Körper als medizinischer Sensor oder Reparaturinstanz zum Einsatz kommen. Vorab muss allerdings eine autarke Energieversorgung gewährleistet sein.
© RUB, Grafik: Julia Weiler
Ohne Wand
Brennstoffzellen bestehen aus zwei Elektroden, der Kathode und der Anode, wobei der Brennstoff an der Anode umgesetzt wird und freigesetzte Elektronen zur Kathode geleitet werden, wo Sauerstoff verbraucht wird. Beide Elektroden sind bei dieser chemischen Reaktion räumlich voneinander getrennt. Will man die Brennstoffzelle allerdings mit dem frei im Blut verfügbaren Blutzucker betreiben, müssen die Elektroden zugänglich und dürfen nicht durch eine Wand abgeschirmt sein. Ihr Volumen wäre außerdem viel zu groß für die Mini-Brennstoffzelle. Hier heißt es für die Wissenschaftler, innovative wandlose Elektroden zu entwickeln, die genug Energie produzieren, um die Mini-Sensoren anzutreiben.
Europäische Partner
Insgesamt elf Doktoranden und vier Postdoktoranden durchlaufen im Rahmen des Projekts „BIOENERGY – Biofuel Cells: From Fundamentals to Applications in Bioelectrochemistry“ ein Trainings- und Forschungsprogramm, um der wandlosen Biobrennstoffzelle auf die Spur zu kommen. Ein internationales Konsortium aus 13 europäischen Partnern aus Forschung und Industrie schult die jungen Wissenschaftler. Die Ausbildung umfasst die Bereiche Physik, Chemie, Biochemie, Biologie, Elektronik, Materialwissenschaften, Softwareentwicklung und Medizin.
Individuelle Komponenten
Im Projektverlauf bauen die Stipendiaten zunächst die individuellen Komponenten der Biobrennstoffzelle wie Elektroden, Enzyme und Mediatoren auf. In zwei gemeinsamen Messkampagnen an der RUB fügen sie die Komponenten zusammen und optimieren, bis am Ende eine funktionstüchtige Biobrennstoffzelle vorliegt.
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