Mini voor de bloedbaan

Het alarm slaat aan in de bloedbaan in de buurt van het hart. Er worden machines geactiveerd om het begin van een afsluiting van de kransslagader te verwijde-ren. Science fiction? Onder-zoekers aan de Ruhr-Universität Bochum hebben de eerste stap gezet op de lange weg naar bio-aangedreven miniatuur machines, die in het menselijk lichaam hun werk-zaamheden kunnen verrichten.

Het Zentrum für Elektrochemie doet onderzoek naar de miniaturisering van brandstofcellen, die volledig worden aangedreven met in het bloed aanwe-zige substanties. Deze techniek zou de motor kunnen zijn voor miniatuur-machines.

Anode en kathode

Voor het idee van een door bloed aangedreven brandstofcel in het menselijk lichaam moeten de onderzoekers een veelheid aan problemen oplossen. Basis van de uitdaging is dat de brandstofcel zeer klein maar ook erg sterkmoet zijn. Door de geringe grootte kunnen elektroden met separate compartimenten worden uitgesloten; het volume van de wand in verhou-ding tot de gehele cel veel te groot zou zijn. Een cel zonder wanden daaren-tegen vereist dat anode en kathode in het-zelfde medium functioneren.

De onderzoekers in Bochum willen de elektroden voorzien van een 'bos' van koolstof nanobuisjes, waarmee het redoxpolymeer met de enzymen kan worden gebonden.

Het geheim voor de bouw van zulke krachtige bio-brandstofcellen zit in de constructie van de elektrodematerialen. De brandstofcel van de elektro-chemici uit Bochum haalt een vermogen van 0,1 mW/cm² en kan met de op dit moment beschikbare materiaalcombinaties voldoen aan alle eisen van de onderzoekers. Daarmee zijn ze nog maar een ordegrootte verwijderd van het beoogde vermogen van 1 mW/cm².

Nano-bos

Voor de bio-aangedreven brandstofcellen bedekken de onderzoekers eerst gra-fietelektroden met bio-katalysatoren (enzymen) die voor de elektronen-uitwisseling met in het bloed aanwezige substanties moeten zorgen. Om de elektrodeoppervlakken te vergroten, wordt een groot aantal enzymen gebonden aan een driedimensionale structuur (redoxpolymeer), die de elektronen efficiënt tussen elektrode en enzym geleidt.

Om het werkzame oppervlak efficiënt te vergroten experimenteert het team met koolstof-nanobuisjes die als een bos over de elektrode oppervlakken zitten. Het volgende doel is om het nano bos te voorzien van redoxpoly-meren. De eerste testen met door het nano bos afgedekte elektroden zonder redoxpolymeren leverden al een vierhonderdvoudige elektronenstroom op.

Een uitgebreidere beschrijving vindt u op de website van de Ruhr Universität Bochum