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몸속에서 전기 생산하는 섬유전지 나왔다

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2018년 11월 06일 14:21 프린트하기

금속 코팅된 면 섬유 전극의 표면 이미지. 고려대 제공.
금속 코팅된 면 섬유 전극의 표면 이미지. 고려대 제공.

심장박동 보조기 ‘페이스메이커’를 몸 속에 넣은 사람은 몇 년마다 재수술을 받아야 한다. 배터리를 다쓰면 작동을 멈추기 때문이다. 페이스메이커 외에도 몸안에 들어가는 다양한 인공장기가 개발되면서 전기 공급 문제를 해결할 방안이 속속 개발되고 있다. 

 

조진한 고려대 화공생명공학과 교수팀은 이승우 미국 조지아공대 교수 팀과 공동으로 몸 속에서 스스로 전기를 생산하는 고성능 ‘생체연료전지’를 개발했다고 6일 밝혔다.

 

생체연료전지는 촉매를 생체효소로 대체하고, 포도당이 산화할 때 발생하는 전자를 이용해 전기를 만든다. 몸 속에 이식하면 체액과 반응해 전기를 생산하기 때문에 배터리를 교체하지 않아도 지속적으로 몸 속 장기에 전기를 공급할 수 있다. 이전에는 주로 금속 전극을 이용한 생체연료전지를 연구했다. 하지만 전력생산 효율과 생체 내 안정성 떨어지는 데다 유연성도 낮아 인체 내 원하는 위치에 이식하기가 쉽지 않았다.

 

연구진은 면 섬유에 금나노입자를 입혀 전기가 흐르는 ‘실’을 만들고, 여기에 생체효소를 넣어 인체와의 거부반응을 최소화했다. 이렇게 만든 전극은 사용하기 간편할 뿐 아니라 전기생산 효율도 기존 방식비해 크게 높아졌다. 금속나노 입자 간 거리를 최소화해 전극의 내부 저항을 낮추고, 넓은 표면적을 갖는 다공성 구조로 만들어 전류 밀도와 전력 성능을 크게 높였다. 배터리 를 만들 때 필수로 들어가는 ‘전해질 분리막’이 필요 없고 소형화가 가능한 것도 장점이다.

 

연구진은 이번에 개발한 기술이 페이스메이커는 물론 신경자극기 등 체내 삽입형 의료기기 전력 공급원으로 실용화 될 것으로 기대하고 있다.

 

조 교수는 “이번 연구성과는 생체연료전지를 활용한 최초 사례이며, 최고의 전력생산 성능을 보였다”면서 “웨어러블 및 인체 삽입형 소자의 새로운 플랫폼을 제공할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 이 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’ 10월 26일 자에 게재됐다.
 

면 섬유 전극의 제작 방법 및 생체연료전지 구성 모식도. 고려대 제공.
면 섬유 전극의 제작 방법 및 생체연료전지 구성 모식도. 고려대 제공.

 

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