Bioelektronische Energiesysteme nutzen natürliche Energiequellen (mikrobielle Aktivität, RF‑Harvesting, chemische Gradienten) zur autonomen Versorgung von Sensoren. Dadurch können Bioelektronik‑Netzwerke wartungsfrei über lange Zeiträume operieren.

Wissenschaftlicher Kontext & Abgrenzung

Vorhandene Systeme benötigen meist Batterien oder externe Energiezufuhr. Zukunftstechnologien greifen auf körpereigene oder umgebungsbasierte Energie zurück und reduzieren somit Betriebskosten und Umweltimpact.

Forschungsteams & Projekte

ETH Zürich – Biotechnology & Bioengineering (Prof. Martin Fussenegger) – haben eine implantierbare Brennstoffzelle entwickelt, die überschüssigen Blutzucker (Glukose) aus dem Gewebe nutzt, um daraus elektrische Energie zu erzeugen. Die Brennstoffzelle wiederum kombinierten die Forschenden mit bereits vor einigen Jahren in ihrer Gruppe entwickelten künstlichen Beta-Zellen, die wie ihre natürlichen Vorbilder in der Bauchspeicheldrüse Insulin produzieren und den Blutzuckerspiegel wirksam senken.

University of California, San Diego (UCSD) – NanoBioElectronic (NBE) Lab (Prof. Joseph Wang) – Arbeitsgruppe ist unter den weltweit Führenden bei „Tattoo-Sensoren“ und dehnbaren Brennstoffzellen. Highlight: Sie entwickelten ein Pflaster, das genug Energie aus Schweiß gewinnt, um eine LED oder ein Bluetooth-Modul zu betreiben.

IIT Delhi – MEMS, Microfluidics and Nanoelectronics (MMNE) Lab – Das Labor für MEMS, Mikrofluidik und Nanoelektronik ist ein interdisziplinäres Gemeinschaftsprojekt der verschiedenen Fachbereiche am BITS-Pilani-Campus in Hyderabad. Das MEMS-, Mikrofluidik- und Nanoelektronik-Labor (MMNE) arbeitet an der Entwicklung zukunftsweisender intelligenter Sensoren und intelligenter Energiegewinnungssysteme, die verschiedene interdisziplinäre Bereiche abdecken, darunter (unter anderem) Energiegewinnung, Mikrofluidik, Gesundheitswesen und Umwelt sowie druckbare und flexible Elektronik.

Mithras Technology AG – entwickelt Systeme, über die die menschliche Körperwärme in elektrische Energie umgewandelt wird.

Micro Energy Harvesting – Graduiertenkolleg GRK 1322 – „Micro Energy Harvesting“ ist das Schlagwort für ein völlig neuartiges Konzept, um verteilte Systeme – bevorzugt kleine, robuste und leistungsarme Mikrosysteme – ohne Kabel oder Batterie zuverlässig mit Energie zu versorgen. Dieses Konzept folgt im Grundsatz den Prinzipien biologischer Energiesysteme. Die benötigte elektrische Energie wird aus der unmittelbaren Umgebung des Systemknotens „geerntet“. Mechanische Energie aus Vibration, Schall oder Strömung kann beispielsweise mit piezoe-lektrischen, elektromagnetischen oder kapazitiven Generatoren gewonnen werden, Wärmeenergie mit thermoelektrischen Wandlern, Energie aus Licht mit Solarzellen und chemische Bindungsenergie mit Bio-Brennstoffzellen.

Die hier genannten Teams und Projekte sind nur eine kleine Auswahl, international gibt es zahlreiche weitere Arbeiten zum Thema biologisch-integrierte Energiesysteme.

Zeit bis zur Marktreife

➡ Kommerzielle autonome Energieversorgung für Bioelektronik in 3–8 Jahren.

ausgesuchte Publikationen

Biswas S, Lee SW, Lee Y, Choi HJ, Chen J, Yang X, Du Y, Falcone N, de Barros NR, Lee SM, Kim H, Khademhosseini A, Zhu Y. Emerging Energy Harvesters in Flexible Bioelectronics: From Wearable Devices to Biomedical Innovations. Small Sci. 2024 Jan 29;4(3):2300148. doi: 10.1002/smsc.202300148.  (PDF)

Xu M, Liu Y, Yang K, Li S, Wang M, Wang J, Yang D, Shkunov M, Silva SRP, Castro FA, Zhao Y. Minimally invasive power sources for implantable electronics. Exploration (Beijing). 2023 Aug 31;4(1):20220106. doi: 10.1002/EXP.20220106. (PDF)

Fredj Z, Rong G, Sawan M. Recent Advances in Enzymatic Biofuel Cells to Power Up Wearable and Implantable Biosensors. Biosensors (Basel). 2025 Mar 28;15(4):218. doi: 10.3390/bios15040218. (PDF)

Maddalwar S, Kumar Nayak K, Kumar M, Singh L. Plant microbial fuel cell: Opportunities, challenges, and prospects. Bioresour Technol. 2021 Dec;341:125772. doi: 10.1016/j.biortech.2021.125772. (PDF)

Shi J, Li P, Kim S, Tian B. Implantable bioelectronic devices for photoelectrochemical and electrochemical modulation of cells and tissues. Nat Rev Bioeng. 2025 Jun;3(6):485-504. doi: 10.1038/s44222-025-00285-7. (PDF)