Drahtlose Implantate Energie für weiche Implantate trotz Bewegung und Dehnung

Verrutscht der Sender am Körper oder dehnt sich das Gewebe, ändert sich die Kopplung zwischen Sendespule und Implantat. Ein Forschungsteam kombiniert deshalb eine automatische Frequenznachführung mit einem dehnbaren Empfänger aus Flüssigmetall. Im Tiermodell versorgte das System einen Herzschrittmacher drahtlos – auch bei einem frei beweglichen Schwein.

Ein Herzschrittmacher arbeitet, solange seine Batterie hält. Ist sie nach Jahren erschöpft, wird das Aggregat operativ getauscht. Jeder Eingriff belastet den Patienten. Forscher arbeiten daher an Implantaten, die ohne Batterie auskommen und ihre Energie drahtlos von außen beziehen. Das gelingt gut, solange Sende- und Empfangsspule ruhig übereinanderliegen. Doch ein tragbarer Sender verrutscht, Gewebe dehnt sich, ein weiches Implantat verformt sich mit – und die übertragene Leistung schwankt oder bricht ein. Ein Team um Dae-Hyeong Kim von der Seoul National University und dem Institute for Basic Science stellt in „Nature Electronics“ ein System vor, das diese Schwankungen ausgleicht [1].

Ihre Überlegung: Eine tragbare Spule überträgt die Energie per Magnetfeld zum Implantat. Beide Schwingkreise arbeiten besonders wirksam bei übereinstimmender Resonanz. Abstand und Versatz verändern ihre Kopplung. Verformung kann den Widerstand des Empfängers erhöhen; auch eine wechselnde elektrische Last stört die Übertragung [1].

Der Sender führt seine Frequenz nach

Der Sender schwingt selbstständig. Eine Rückkopplung passt seine Frequenz laufend an. Die Forscher sprechen von einem nichtlinearen, PT-symmetrischen (Parität-Zeit-symmetrischen) Schaltkreis: Verstärkung im Sender und Leistungsentnahme im Empfänger sind aufeinander abgestimmt. So bleibt die Resonanz bei veränderter Kopplung erhalten. Das Grundprinzip beschrieb eine Stanford-Gruppe bereits 2017 [3]. Die Autoren der aktuellen Studie verbinden es mit einem dehnbaren Empfänger und erproben es im Tiermodell [1].

Eines kann die Frequenznachführung allerdings nicht verhindern: Dehnt sich eine herkömmliche Leiterbahn, steigt ihr Widerstand, und ein Teil der Energie geht als Wärme verloren. Die Empfangsspule besteht deshalb aus Leiterbahnen aus Flüssigmetall, eingebettet in ein elastisches Trägermaterial. Weil das Metall flüssig ist, bleibt der Leitungspfad bei Dehnung geschlossen, und der Widerstand steigt nur wenig. Die Aufgaben sind damit verteilt: Die Frequenznachführung sorgt für eine stabile Resonanz, der dehnbare Empfänger für geringe Verluste [1].

Die Zahl, die die Autoren nennen klingt eindeutig: Über 50 Prozent Wirkungsgrad bei 30 Prozent Dehnung und 30 Millimetern Versatz. In ihrem Abstract lassen sie Autoren offen, ob beide Belastungen gleichzeitig vorlagen und zwischen welchen Punkten des Systems gemessen wurde – das erschwert den Vergleich mit anderen Systemen [1].

Schrittmacher im Tierversuch

Ob das Zusammenspiel auch im lebenden Körper trägt, prüften die Forscher an Kaninchen und Schweinen. In einem Vergleich am Schwein versorgte das neue System eine Leuchtdiode am Implantat auch bei verändertem Abstand und Versatz; ein konventioneller Aufbau schaffte das unter diesen Bedingungen nicht mehr. Anschließend stimulierten die Forscher das Herz drahtlos. Bei einem frei beweglichen Schwein saß der batteriebetriebene Sender auf dem Rücken, die Elektroden des Implantats waren auf die Herzoberfläche genäht. Die Autoren berichten zudem, dass sie schnelle Herzrhythmusstörungen beenden konnten. Wie lange die Stimulation jeweils lief, geht aus den zugänglichen Angaben nicht hervor [1, 2].

Für Entwickler zählt, wie Regelung, Empfänger, Gewebeabstand und elektrische Last über längere Zeit zusammenspielen. Vor einem Einsatz am Menschen wären aus redaktioneller Sicht Kapselung, Dauerfestigkeit, Gewebeverträglichkeit und Gewebeerwärmung zu prüfen. Es ist präklinische Forschung, kein zugelassenes Medizinprodukt. 

Quellen

[1] Nam S, Seo T, Yoo S, et al. A wearable-to-implant wireless power transfer technology with variation tolerance. Nat Electron. 2026 Sep 25. doi:10.1038/s41928-026-01714-0. https://www.nature.com/articles/s41928-026-01714-0
[2] Wireless power transfer that tolerates movement and deformation for soft implants [Research Briefing]. Nat Electron. 2026 Sep 25. doi:10.1038/s41928-026-01715-z. https://www.nature.com/articles/s41928-026-01715-z
[3] Assawaworrarit S, Yu X, Fan S. Robust wireless power transfer using a nonlinear parity–time-symmetric circuit. Nature. 2017;546(7658):387–90. doi:10.1038/nature22404. https://www.nature.com/articles/nature22404