몸 속에서 전기 생산하는 섬유 전지

몸 속에서 전기 생산하는 섬유 전지

 

심장 박동 보조기 ‘페이스 메이커’(Pace maker)를 몸 속에 넣은 사람은 몇 년마다 재수술을 받아야 한다. 배터리를 다 쓰면, 작동을 멈추기 때문이다. 페이스 메이커 외에도 몸 안에 들어가는 다양한 인공 장기가 개발되면서 전기 공급 문제를 해결할 방안이 속속 개발되고 있다. 고려대학교 화공 생명공학과 조진한 교수팀은 미국 조지아 공대 이승우 교수팀과 공동으로 몸 속에서 스스로 전기를 생산하는 고성능 ‘생체 연료 전지’를 개발했다고 2018년 11월 06일 밝혔다.

 

생체 연료 전지는 촉매를 생체 효소로 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 생체 연료 전지를 연구했다. 하지만, 전력 생산 효율과 생체 내의 안정성이 떨어지고, 유연성도 낮아 인체 내에 원하는 위치에 이식하기가 쉽지 않았다.

 

연구진은 면 섬유에 금 나노 입자를 입혀 전기가 흐르는 ‘실’을 만들고, 여기에 생체 효소를 넣어 인체와의 거부 반응을 최소화했다. 이렇게 만든 전극은 사용하기 간편할 뿐 아니라 전기 생산 효율도 기존 방식 비해 크게 높아졌다. 금속 나노 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 페이스 메이커는 물론 신경 자극기 등 체내 삽입형 의료기기 전력 공급원으로 실용화 될 것으로 기대하고 있다. 고려대학교 화공 생명공학과 조진한 교수는 “이번 연구 성과는 생체 연료 전지를 활용한 최초 사례이며, 최고의 전력 생산 성능을 보였다”면서 “웨어러블 및 인체 삽입형 소자의 새로운 플랫폼을 제공할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 이 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’ 2018년 10월 26일 자에 게재됐다.