고려대-美조지아텍 공동연구팀, 페이스메이커, 신경자극기 등에 활용가능한 유연생체전극개발

국내 연구진이 전류가 흐르지 않는 부도체인 섬유를 이용해 생체연료전지를 만들어 인공심장이나 신경자극기를 구동시킬 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다.

고려대 화공생명공학과 조진한 교수와 미국 조지아공대(조지아텍) 기계공학과 이승우 교수 공동연구팀이 면섬유에 금속 나노입자를 코팅한 다음 생체 효소를 넣어 몸 속에서도 부작용 없이 작동할 수 있는 생체연료전지를 개발했다고 6일 밝혔다. 이번 연구결과는 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 최신호(10월 26일자)에 실렸다.

생체연료전지는 전지의 촉매를 생체효소로 대체하고 포도당이 산화할 때 만들어지는 전자를 이용해 전력을 생산한다. 몸 속에서도 전력을 만들어 낼 수 있기 때문에 인체 삽입형 의료기기의 에너지 공급장치로 주목받고 있다.그러나 지금까지 나온 생체연료전지는 전기전도도가 우수한 탄소나노튜브로 만들어지고 있지만 효소로 코팅하기가 어렵고 금속보다 전기전도도는 낮고 유연성이 떨어진다는 단점이 있다.

연구팀은 면섬유 표면에 금속 성분인 금 나노입자를 균일하게 코팅해 섬유의 다공성 표면을 유지하면서도 높은 전기 전도도를 갖는 고성능 생체연료전지 전극을 개발했다.

또 연구진은 단분자 리간드 치환 층상자기조립법이라는 나노제조기술을 활용해 금속 나노입자간 거리를 최소화해 전극 내부 저항을 낮추는 한편 전자전달 효율을 높여 기존 생체연료전지보다 전력생산 성능을 향상시킬 수 있었다.

이번 기술은 전지에 흔히 포함되는 전해질 분리막이 필요 없을 뿐만 아니라 면섬유를 이용했기 때문에 소형화도 가능하고 소형화할 수 있기 때문에 심장 기능정지 시 사용하는 페이스메이커, 신경자극기 같은 체내 삽입형 의료기기 전력공급원으로 활용도가 높을 것으로 연구진은 전망했다.

조진한 고려대 교수는 “이번에 개발한 생체연료전지는 섬유를 전극으로 활용한 최초의 사례로 기존에 나온 생체연료전지보다 전력생성 성능이 우수하다는 장점이 있다”며 “특히 전극이 유연하고 효율과 안정성도 우수해 웨어러블 기기나 인체 삽입형 전자기기에 자유롭게 사용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr