Forscher entwickeln Batterie, die sich auflöst

Test im Schweinemagen

Forscher entwickeln Batterie, die sich im Körper auflöst

Elektronische Pillen können die Medikamenteneinnahme überwachen oder den Magen stimulieren. Ihre Stromquelle ist bislang allerdings ein Risiko. Eine neue Batterie soll das Problem lösen, indem sie sich nach Gebrauch im Körper auflöst.

Forscher haben eine Batterie entwickelt, die elektronische Kapseln im Magen-Darm-Trakt mit Strom versorgt und sich anschließend im Körper auflöst. Das Team um Giovanni Traverso vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) stellt seine Entwicklung im Fachjournal „Nature Chemical Engineering“ vor.

Herkömmliche Batterien sind für schluckbare Geräte problematisch. Undichte Gehäuse oder chemische Nebenreaktionen können laut der Studie zum Austritt giftiger Substanzen, Gewebeschäden oder Gasbildung führen. Werden Knopfzellen versehentlich verschluckt, drohen im Extremfall Verletzungen der Speiseröhre oder sogar der Tod.

Die neue Batterie setzt deshalb auf Materialien, die der Körper verarbeiten kann: eine Magnesiumlegierung als Minuspol, einen Papierverbund mit Molybdäntrioxid als Pluspol und einen Elektrolyten aus Cholinchlorid und Milchsäure. Umhüllt ist sie mit Bienen- und Candelillawachs, das die Batterie vorübergehend vor der Magensäure schützt.

Getestet wurde die Batterie in lebenden Schweinen. Die Tiere wurden ausgewählt, weil ihr Verdauungstrakt anatomisch dem des Menschen ähnelt. Die Kapseln wurden endoskopisch in den Magen eingebracht und dort verankert. Röntgenaufnahmen bestätigten, dass sie über drei Tage stabil an ihrem Platz blieben.

Eine mögliche Anwendung ist die Überwachung der Medikamenteneinnahme. Dafür kombinierte das Team die Batterie mit einem RFID-Funkchip. Solche Funketiketten ohne eigene Stromquelle lassen sich nur über kurze Distanzen auslesen.

Das Lesegerät muss beispielsweise am Hals oder am Gürtel getragen werden. Mit der Batterie konnte das Signal im Versuch noch aus einer Entfernung von 1,5 Metern empfangen werden.

Eine zweite mögliche Anwendung ist die elektrische Stimulation des Magens durch eine Kapsel. Solche Therapien kommen etwa bei einer Magenlähmung zum Einsatz, bislang allerdings mit operativ eingesetzten Elektroden.

Die abbaubare Kapsel gibt von innen kurze Strompulse ab – 0,3 Millisekunden lang, 14-mal pro Sekunde und mit einer Stromstärke von 0,5 Milliampere.

Nach 20 Minuten Stimulation stieg der Spiegel des Hungerhormons Ghrelin im Blut der Tiere im Durchschnitt um 36,3 Prozent, im Maximum um rund 50 Prozent. Gewebeproben der stimulierten Magenschleimhaut zeigten keine wesentlichen Schäden.

Im simulierten Magensaft löste sich die Kapsel innerhalb von 40 Tagen größtenteils auf. Nach 90 Tagen blieben nur noch kleine Partikel übrig. Die enthaltenen Mengen an Magnesium und Molybdän liegen nach Berechnungen des Teams unter den empfohlenen Tagesmengen.

Vollständig auflösen kann sich die Technik bislang allerdings nicht. Die Platine der Stimulationskapsel ist nicht abbaubar, ebenso wenig der etwa 18 Quadratmillimeter große RFID-Chip. Beide Komponenten blieben in den Versuchen intakt und wurden auf natürlichem Weg ausgeschieden.

Die Forscher verweisen zudem auf weitere offene Fragen. Die Tests fanden nur an wenigen, nüchternen Tieren statt. Wie sich die Batterie bei gefülltem Magen, schwankendem pH-Wert und veränderter Darmbewegung verhält, muss noch untersucht werden.

Vor einem möglichen Einsatz beim Menschen sind nach Einschätzung der Forscher außerdem eine gleichmäßige Fertigung sowie Langzeitstudien zur Sicherheit und zum Abbauverhalten erforderlich.