Ein Forschungsteam der Tokyo University of Science in Japan hat eine wässrige „Enzymtinte“ entwickelt, die die Herstellung von enzymatischen Bio-Brennstoffzellen auf einen einzigen Siebdruckprozess vereinfacht. Diese Innovation könnte ein Schlüsselhindernis für die Massenproduktion von energieautarken, tragbaren Sensoren überwinden.
Enzymatische Bio-Brennstoffzellen können aus Chemikalien in Körperflüssigkeiten Strom erzeugen und so energieautarke, tragbare Biosensoren antreiben. Herkömmliche Herstellungsverfahren erfordern jedoch mehrstufige Beschichtungs- und Trocknungsprozesse, was zu Gerätevariationen und Schwierigkeiten bei der Massenproduktion führt. Das Team unter der Leitung von Associate Professor Isao Shitanda entwickelte eine wässrige Tintenformulierung, bei der Enzyme, Kohlenstoffmaterialien, Mediatoren und Bindemittel vorab gemischt sind und direkt auf Papiersubstrate gedruckt werden können.
Die Tinte verwendet Magnesiumoxid-templatisiertes mesoporöses Kohlenstoff, Elektronenmediatoren und ein neuartiges wässriges Bindemittel namens POLYSOL, wobei Carboxymethylcellulose zur Einstellung der Konsistenz hinzugefügt wird. Tests zeigten, dass die gedruckten Elektroden im Vergleich zu herkömmlichen Tropfelektroden höhere katalytische Ströme erzeugen und nur einen minimalen Leistungsabfall aufweisen. Eine aus gedruckten Elektroden zusammengesetzte Laktat/Sauerstoff-Bio-Brennstoffzelle erreichte eine Leistungsdichte von 165 µW/cm², was höher ist als bei bisherigen vergleichbaren Systemen. Die Studie bestätigte auch die Machbarkeit eines kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Druckverfahrens, das eine skalierbare Fertigung auf bis zu 400 Metern Trägermaterial ermöglicht.
Das Gerät kann Laktatkonzentrationen im Schweiß gesunder Personen im Bereich von 1-25 mM genau messen und erzeugt genug Strom, um eine drahtlose Übertragung via Bluetooth Low Energy zu unterstützen. Das Forschungsteam hat bereits eine drahtlose, energieautarke Überwachung der Laktatkonzentration demonstriert und bestätigt, dass das Gerät ohne externe Stromquelle arbeiten kann.
Isao Shitanda sagte: „Die wässrige Enzymtintenformulierung ist eine skalierbare, reproduzierbare und leistungsstarke Herstellungsmethode, die praktische Vorteile für die Integration in flexible, tragbare Biosensorplattformen bietet.“ Die Forschung wurde in „ACS Applied Engineering Materials“ veröffentlicht.
Weitere Informationen: Autoren: Isao Shitanda et al., Titel: „Enzyme Ink Formulation with an Aqueous Binder Preserves Enzyme Activity in Biofuel Cells“, erschienen in: ACS Applied Engineering Materials (2026).
