Implantate und Sensoren sollen künftig drahtlos mit Energie versorgt werden können. Forscher am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Hermsdorf haben ein entsprechendes Energietransferverfahren entwickelt.
Akkus scheiden aufgrund ihrer begrenzten Lebensdauer bei Implantaten meist aus – schließlich bleiben diese jahrelang im Körper. Derzeit kommen meist radiowellenbasierte (HF) und induktive Systeme zum Einsatz – mit dem Nachteil, dass sie lage-, positions- und bewegungsbedingte Wirkungsgradunterschiede aufweisen und zudem oft in ihrer Reichweite beschränkt sind.
Den Fraunhofer-Forschern ist es gelungen, Strom drahtlos von einem tragbaren Sendermodul zu einem mobilen Generatormodul – dem Empfänger – zu übertragen. „Das Transfermodul in Form eines Zylinders ist so klein und kompakt, dass es sich am Gürtel befestigen lässt“, sagt Dr. Holger Lausch, Wissenschaftler am IKTS. Der Sender stellt eine elektrische Leistung von über 100 mW bereit und hat eine Reichweite von etwa 50 cm. Der Empfänger kann sich also fast überall im Körper befinden.
„Mit unserem tragbaren Gerät können wir berührungslos Implantate, Medikamentendosiersysteme und andere medizintechnische Anwendungen ferngesteuert mit Energie versorgen – etwa schluckbare Videoendoskopiekapseln, die den Magen-Darm-Trakt durchwandern und Bilder vom Körperinneren nach außen senden“, so Lausch. Das Generatormodul lässt sich unabhängig vom Energietransfer jederzeit auf seine Position und Lage orten. Befindet sich der Generator also in einer Videoendoskopiekapsel, ist die Zuordnung der Bilder zu bestimmten Darmregionen möglich. Ist er in einer Dosierkapsel platziert, lässt sich der Medikamentenwirkstoff zielgenau freisetzen.
Und so funktioniert das neue, bereits patentierte Verfahren: Im Transfermodul erzeugt ein rotierender, durch einen EC-Motor angetriebener Magnet ein magnetisches Drehfeld. Eine im Empfänger befindliche Magnetkugel koppelt an das wechselnde äußere Magnetfeld an und wird dadurch selbst in Rotation versetzt. Die Rotationsbewegung wird in Elektrizität umgewandelt, der Strom also erst im Generatormodul erzeugt. „Durch die magnetische Kopplung lässt sich die Energie durch alle nichtmagnetischen Materialien wie etwa biologisches Gewebe, Knochen, Organe, Wasser, Kunststoff oder sogar verschiedene Metalle transportieren. Außerdem hat das so hergestellte Magnetfeld keine schädlichen Nebenwirkungen für den Menschen. Auch eine Gewebeerwärmung ist ausgeschlossen“, betont Lausch die Vorteile des Verfahrens.
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