Stromsparende Transistortechnik Energie aus biologischen Zellen treibt Herzschrittmacher an

Ein Start-up aus Dresden will Halbleitertechnik künftig mit der Energie aus menschlichen Zellen versorgen. Dazu notwendig sind wenige Nanowatt. Beispielsweise lassen sich mit der angezapften Energie selbstversorgende Implantate betreiben.

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Elektronische Implantate: Mit der Energie aus den menschlichen Zellen sollen sich künftig auch Herzschrittmacher energieautark betreiben lassen.
Elektronische Implantate: Mit der Energie aus den menschlichen Zellen sollen sich künftig auch Herzschrittmacher energieautark betreiben lassen.
(©peterschreiber.media - stock.adobe.com)

Energy Harvesting ist praktisch: Notwendige Energie lässt sich aus der Umgebung beziehen und so wird der Energiebedarf eines technischen Systems gedeckt. Geht das auch im menschlichen Körper. Denn auch hier hätte Energy Harvestig entscheidende Vorteile. Keinen Batteriewechsel mehr für Implantate oder gar ein weiterer operativer Eingriff, um ein implantiertes Gerät zu wechseln.

Dem Thema Energiegewinnung aus biologischen Zellen hat sich das Start-up Celtro aus Dresden gewidmet. Gegründet 2019 mit dem Ziel, medizinische Produkte autark aus Zellen mit der notwendigen Energie zu versorgen. Der Grundgedanke des Unternehmens besteht darin, dass lebende Zellen in einem Organismus biologischen Batterien ähneln. Denn Zellen erzeugen ständig Energie. Gelingt es, einen kleinen Teil dieser Energie zu nutzen, lassen sich implantierte Medizinprodukte ganz Energie-autark mit der notwendigen Energie erzeugen.

Leistungsstarke Halbleitertechnik

Neben der Energiegewinnung kommt der Medizinelektronik noch die leistungsstarke Halbleitertechnik zugute. „Die heutigen Halbleitertechniken sind sehr leistungsfähig“, sagt Gerd Teep, Mitbegründer und Geschäftsführer bei Celtro. „1.000 Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde lassen sich mit weniger als einem Watt elektrischer Leistung berechnen. Biologische Prozesse sind dagegen viel langsamer. Deshalb können wir den Energieverbrauch auf wenige Nanowatt reduzieren.“ Diese Leistung reicht dann schließlich aus, um biologische Funktionen aufrecht zu erhalten. Möglich werden autarke, implantierbare Systeme.

Als Teil des vierköpfigen Gründerteams bringt Teepe sein Halbleiter-Know-how in die Geschäftsidee von Celtro ein. Mit seiner langjährigen Erfahrung bei Motorola, AMD und GlobalFoundries verfügt er umfangreiches Fachwissen über das Design von extrem stromsparenden Transistortechniken. „Man muss sehr tief in Techniken wie FinFet (Doppel-Gate-Feldeffekttransistor) und FD-SOI-Transistoren einsteigen, um Schaltungen zu entwerfen, deren Stromverbrauch bei wenigen Nanowatt liegt“, sagt Teepe.

Herzschrittmacher versorgen sich selbst

„Eine Zelle nimmt Zucker als Energiequelle und wandelt ihn in elektrische und mechanische Energie um. In einem menschlichen Herz gibt es Milliarden von Zellen. Nur ein kleiner Teil der dort umgewandelten Energie wird benötigt, um selbstversorgende Implantate wie Herzschrittmacher zu betreiben“, sagt die Mitbegründerin, Kardiologin und Elektrophysiologin Dr.-med. Judith Piorkowski.

Im Dezember 2021 schloss Celtro erfolgreich seine erste Finanzierungsrunde mit privaten Investoren aus Deutschland und den USA ab. Auch der Freistaat Sachsen unterstützt das Entwicklungsprojekt im Rahmen seines Technologieförderprogramms finanziell und ermöglichte einen frühen Betriebsstart.

Der aktuelle Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Halbleiterentwicklung zusammen mit sächsischen Partnern. Für 2022 ist geplant, das Personal in Dresden mit Experten aus Halbleiterentwicklung, Systementwicklung und Zellbiologie auszubauen. Mit dem Abschluss der Seed-Finanzierungsrunde ist die erste Phase des Entwicklungsprogramms „NanoPower-BioChip“ gesichert. Das Programm ist der Grundstein für das zelluläre Energiegewinnung und wird sie demonstrieren.

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