Wetenschappers hebben een batterij gebouwd die met behulp van zuurstof uit bloed elektriciteit produceert. Handig voor een pacemaker.
Implanteerbare medische apparaten, zoals een pacemaker (bij een hartritmestoornis) of ruggenmergstimulator (pijnstilling), hebben een batterij nodig om te blijven werken. Is die leeg, dan moeten ze vervangen worden. En dat betekent weer een vervelende operatie en de daarmee gepaard gaande kans op complicaties. Een onderzoeksteam van onder meer Tianjin University of Technology (China) heeft een mogelijke oplossing: een batterij die zijn energie haalt uit het zuurstof van langsstromend bloed. De bevinding is beschreven in het vaktijdschrift Chem.
Lees ook:
- Brandveiligere batterij kan dodelijke batterijbranden voorkomen
- Betavolt belooft batterij die 50 jaar stroom levert – zonder op te laden
- 'Knoopcelbatterijen laten de strotwand oplossen'
Natrium en goud
Er bestaan al langer batterijen die werken met zuurstof. Deze zogenoemde metaal-lucht-batterijen hebben een groot potentieel, maar er zitten nogal wat haken en ogen (zoals lange laadtijden en nog niet stabiel genoeg) aan, waardoor er nog meer onderzoek nodig is voor ze daadwerkelijk de markt gaan bestormen.
Xizhen Liu en collega's wilden een metaal-zuurstofbatterij bouwen die werkt in het lichaam. Ze maakten de anode-elektrode uit een legering met natrium. De kathode bestaat uit zogenoemd nanoporeus goud, met daarin putjes die duizenden keren smaller zijn dan een mensenhaar.
Zowel natrium als goud kunnen volgens de onderzoekers geen kwaad in het lichaam. De onderzoekers maakten de behuizing van de batterij van zachte en flexibele polymeren, die eveneens lichaamsvriendelijk zijn.
Batterij in ratten
Zowel het natrium als het goud reageert met het zuurstof dat (in kleine hoeveelheden) wordt aangezogen uit de bloedvaten. Daarbij komen elektronen vrij en die stromen tussen de anode en kathode. Die elektriciteit zou je dan kunnen gebruiken om een implanteerbaar medisch apparaat mee aan te drijven.
Dat hebben Liu en zijn team nu nog niet gedaan. Ze wilden eerst de werking van de battrij testen, zonder een aangesloten medische apparaat. Ze implanteerden de batterij bij ratten, onder de huid van hun rug.
De ratten bleken weinig last te hebben van hun implantaat. De wond genas binnen enkele weken en zelfs de vacht keerde terug. Ook zagen de onderzoekers geen ontstekingsreactie of veranderingen in de stofwisseling. De bijproducten van de elektriciteitsopwekking, losse natrium- en hydroxidedeeltjes, werden netjes uitgescheiden door de nieren.
Wondgenezing
En de stroomopwekking? Die was in eerste instantie instabiel, maar dat werd steeds beter naarmate de wond genas. Dat komt volgens de onderzoekers doordat er dan pas weer genoeg bloedvaten zijn gecreëerd, en die zijn natuurlijk van belang voor de zuurstofaanvoer. Dat is overigens een interessante ontdekking, want het zou gelijk een nieuwe toepassing van de batterij kunnen beteken: het monitoren van wondgenezing.
Uiteindelijk bleken de batterijen elk tussen de 1,3 en 1,4 volt te kunnen opwekken met een vermogen van 2,6 microwatt per vierkant centimeter. Dat is volgens Liu en collega's helaas nog te weinig om pacemakers en dergelijke te kunnen aandrijven. Maar dat het mogelijk is om een implanteerbare batterij te laten werken op lichaamseigen zuurstof is nu wel bewezen.
Tumoren bestrijden
De onderzoekers willen nu de elektriciteitsproductie opvoeren door efficiëntere materialen voor de elektroden te gaan uitproberen. Ook willen ze diverse batterij-ontwerpen gaan maken en testen.
In de toekomst zou zo'n ontwerp zich volgens hen ook kunnen gaan richten op een derde toepassing: het bestrijden van tumoren. Zo'n batterij kan tweeledig werken: het zuurstof in de omgeving opmaken zodat de kankercellen worden 'uitgehongerd' en hitte genereren die ze zelfs doodt.
Bronnen: Chem, Cell Press via EurekAlert!
Beeld: Chem/Lv et al.