Nooit meer de batterijen in een pacemaker vervangen: nieuwe implanteerbare batterijen draaien op zuurstof uit het bloed

De batterij kan daarmee energie leveren voor medische implantaten. Chinese onderzoekers testten de batterij in ratten waaruit bleek dat de batterij een stabiele stroom opwekt en wordt geaccepteerd door het lichaam.

Implanteerbare medische apparaten, zoals pacemakers en neurostimulatoren, kunnen levensreddend zijn. Maar de afhankelijkheid van batterijen brengt een groot nadeel met zich mee: de batterij van een pacemaker gaat bijvoorbeeld maar vijf tot tien jaar mee. Wanneer de batterij bijna leeg is, moet een patiënt dus opnieuw onder het mes, om het kastje te vervangen. Onderzoekers uit China hebben daar nu mogelijk een oplossing voor: een implanteerbare batterij die werkt op zuurstof uit het lichaam.

Xizheng Liu, hoofdonderzoeker en specialist in energiematerialen en -apparaten aan de Tianjin University of Technology, licht de innovatie toe: “Zuurstof is de bron van ons leven. Als we de continue toevoer van zuurstof in het lichaam kunnen benutten, wordt de levensduur van de batterij niet langer beperkt door de eindige materialen in conventionele batterijen.” Op die manier zou zo’n batterij net zolang meegaan als dat we zelf leven.

AAA batterij
De eerste resultaten zijn hoopvol. Na implantatie onder de huid van ratten bleek dat de batterij stabiele voltages tussen 1,3 V en 1,4 V kon produceren. Dat is vergelijkbaar met een AAA batterij die je vaak in apparaten als afstandsbedieningen vindt. Dat is nog niet voldoende om de huidige medische implantaten van stroom te voorzien, maar toont wel aan dat het mogelijk is om zuurstof uit het lichaam te gebruiken als energiebron.

Wondgenezing
De batterij blijkt daarnaast nog een andere onverwachte functie te hebben. “We waren verbaasd over de instabiele elektriciteitsoutput direct na implantatie”, vertelt Lui. “Het bleek dat we de wond tijd moesten geven om te genezen en net als de bloedvaten die opnieuw gevormd moesten worden rond de batterij om zuurstof aan te voeren. Pas dan kon de batterij stabiele elektriciteit leveren. Dit is een verrassende en interessante bevinding omdat het betekent dat de batterij dus ook kan helpen bij het monitoren van wondgenezing.”

Materialen
Het team onderzocht verder nog in hoeverre het apparaat door het lichaam werd geaccepteerd door te kijken naar ontstekingsreacties, metabole veranderingen en weefselregeneratie rondom de batterij. De elektroden van de batterij gebruiken namelijk een chemische reactie met zuurstof in het lichaam om elektriciteit te produceren. De bijproducten van de chemische reacties van de batterij (waaronder natriumionen, hydroxide-ionen en lage niveaus van waterstofperoxide) bleken gemakkelijk door het lichaam te worden omgezet en hadden geen invloed op de nieren en lever. Er waren verder ook geen zichtbare ontstekingen te vinden bij de ratten.

 

Toekomst
Het team wil in de toekomst de energielevering van de batterij verhogen door efficiëntere materialen voor de elektroden te onderzoeken en de structuur en het ontwerp van de batterij te optimaliseren. Daarnaast speculeren ze over mogelijke andere doeleinden voor de innovatie. In de strijd tegen kanker bijvoorbeeld. “Omdat tumorcellen gevoelig zijn voor zuurstofniveaus, kan het implanteren van zo’n zuurstofverbruikende batterij rondom een tumor misschien helpen om kankercellen uit te hongeren”, vertelt Liu. “Het is ook mogelijk om de energie van de batterij om te zetten in warmte om zo kankercellen te doden. Van een nieuwe energiebron tot potentiële biotherapieën, de vooruitzichten voor deze batterij zijn opwindend.”

Pacemakers op zonne-energie
Ook op andere plekken in de wereld werken onderzoekers aan manieren om de batterijduur van medische implantaten te verbeteren. In Zwitserland ontwikkelden wetenschappers een aantal jaar geleden bijvoorbeeld zonnecellen die onder de huid kunnen worden geplaatst om op die manier implantaten van energie te voorzien. Daarbij hielden de onderzoekers uiteraard rekening met alle seizoenen, aangezien een zonnecel in een winter ook genoeg energie moet genereren. Anders stopt de pacemaker er natuurlijk mee.

Bronmateriaal

"Implantable and Bio-compatible Na-O2 battery" - Chem
Afbeelding bovenaan dit artikel: Science Photo Library

Fout gevonden?

Voor jou geselecteerd