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Atmende Bioakkumulatoren

24.03.2013

Wissenschaftler des Instituts für Physikalische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften haben eine neuartige Energiequelle entwickelt. Eine Batterie mit relativ hoher Spannung und langer Lebensdauer ist eine „atmende“ Kathode auf Basis von Enzymen, Kohlenstoffnanoröhren und Silikaten.

Mit der neuen Batterie können vor allem verschiedene Implantate versorgt werden, etwa Herzschrittmacher oder Kontaktlinsen mit automatischem Brennweitenwechsel oder ein Projektor, der ein Bild direkt auf die Netzhaut überträgt. Herkömmliche Batterien sind für diese Zwecke nicht geeignet, da sie starke Säuren und andere gesundheitsgefährdende Wirkstoffe enthalten.

Polnische Wissenschaftler haben beschlossen, einen Bioakkumulator zu entwickeln, der nicht aufgeladen werden muss: Einfach Elektroden in den Körper stecken, und sie beginnen, Strom zu erzeugen. Bioakkumulatoren sind schon lange bekannt: Jeder erinnert sich wahrscheinlich an den Schulversuch mit Kartoffeln, die durch Anschließen von Elektroden Strom erzeugten. Leider erzeugen die meisten experimentellen Bioakkumulatoren eine niedrige Spannung von 0,6-0,7 Volt. Polnischen Forschern ist es jedoch gelungen, einen Bioakkumulator zu entwickeln, der viele Stunden lang eine viel höhere Spannung liefert: 1,75 Volt. Dies reicht bereits aus, um viele Implantate und vielversprechende Neurointerfaces mit Strom zu versorgen.

Hauptbestandteil des neuen Bioakkumulators ist eine Kathode aus Enzymen, die von Kohlenstoffnanoröhren umgeben und in eine poröse Struktur auf Basis einer Silikatmatrix eingeschlossen sind. Damit die Batterie funktioniert, reicht es aus, einen Elektrolyten in das Gerät zu gießen, beispielsweise eine Lösung mit Wasserstoffionen. Poren in der Silikatmatrix lassen Sauerstoff aus der Luft und Wasserstoffionen in den aktiven enzymatischen Kern der Kathode eintreten, wo Sauerstoff reduziert wird. Gleichzeitig erleichtern Kohlenstoffnanoröhren den Elektronentransfer.

Während der Experimente erzeugte die neue Energiequelle für mindestens 1,6 Wochen eine Spannung von 1,5 Volt. Mit der Zeit nimmt die Effizienz des Geräts ab, wahrscheinlich aufgrund des allmählichen Abbaus des Enzyms an der Biokathode. Die Entwickler glauben, dass die Lebensdauer des neuen Bioakkumulators auch mit bestehenden Technologien verlängert werden kann.

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Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

Wer mehr schläft, fühlt sich weniger 10.12.2012

Eine neue Studie, die in SLEEP veröffentlicht wurde, kommt zu dem Schluss, dass die Verlängerung des Nachtschlafs bei Erwachsenen die Wachsamkeit erhöht und die Schmerzempfindlichkeit während des Tages verringert.

An der Studie nahmen 18 gesunde Freiwillige teil. Sie wurden in Gruppen mit unterschiedlicher Schlafdauer eingeteilt. Der Kontrollpunkt war Schlafen um 10 Uhr. Das gesamte Experiment dauerte vier Tage, in denen tagsüber Schläfrigkeit (mittels mehrerer Schlaflatenztests oder MSLT) und Schmerzempfindlichkeit (mittels Strahlungserwärmung der Haut) gemessen wurden.

Die Ergebnisse der Studie zeigen die Bedeutung des Schlafes bei verschiedenen chronischen Schmerzzuständen oder zur Vorbereitung auf Operationen. Wissenschaftler waren überrascht über das Ausmaß der Verringerung der Schmerzempfindlichkeit – manchmal war ein langer Schlaf effektiver als Codein. Personen, die 1,8 Stunden länger schliefen, zeigten eine deutliche Zunahme der täglichen Aktivität und eine Abnahme der Schmerzempfindlichkeit. Somit zog diese Gruppe von Freiwilligen ihren Finger bei Erwärmung um 25 % mehr zurück als andere Teilnehmer, was einer Abnahme der Schmerzempfindlichkeit bei Einnahme von 60 mg Codein entspricht.

Laut den Autoren ist dies die erste Studie, die eindeutig zeigt, wie effektiv Langzeitschlaf bei chronischen Schmerzen ist. Darüber hinaus werden die seit langem bekannten Symptome chronischer Schmerzen im Zusammenhang mit Tagesmüdigkeit erläutert. Es könnte möglich sein, die Dosierung starker Schmerzmittel zu reduzieren, indem man Menschen mit chronischen Schmerzen einen besseren Schlaf verschafft.

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