삽입형 의료기기 전력공급장치 활용 기대
국내 연구진이 탄소나노튜브에 생체효소를 넣어 유연하면서도 강한 섬유형태의 고성능 생체연료전지를 만드는데 성공했다. 포도당이 산화할 때 생성되는 전자를 전극으로 수집해 전력을 만드는 생체연료전지는 상온에서 구동할 수 있는데다 환경친화적이어서 차세대 에너지 공급장치로 주목받고 있다.
한양대 김선정 교수팀(전기생체공학부)은 탄소나노튜브 시트 표면에 산화·환원 효소를 고정시킨 후 이를 꼬아 만든 다층 구조의 실 형태 전극을 이용한 고효율 생체연료전지 시스템을 개발했다고 12일 밝혔다.
김 교수팀에 따르면 촉매를 표면에 코팅하는 방식의 기존 평판 전극형 생체연료전지는 전력생산 효율과 생체 내 안정성이 낮고, 유연성과 물리적인 특성이 좋지 않아 실제 응용에는 한계가 있었다. 이에 따라 생체연료전지를 실용화하려면 성능과 안정성을 향상시키는 것이 핵심이었다.
이번에 개발된 생체연료전지 시스템은 유연한데다 강한 섬유로 이뤄져 꼬거나 직물형태로 만들 수 있기 때문에 혈관에 삽입하는 카테터나 스텐트 등 의료용 기구 형태로 손쉽게 가공이 가능할 전망이다.
특히 전해질 분리막이 필요 없고 작게 만들 수도 있어 페이스메이커, 신경자극기 등 체내 삽입형 의료기기를 위한 전력공급원으로서의 가능성도 우수하다는 설명이다. 탄소나노튜브 표면에 코팅된 전도성 고분자(PEDOT)가 효소를 보호해주는 이온분리막처럼 작용해 체내 안정성이 높아진다는 것이다.
고성능 전력생산도 가능해 생체조건과 유사한 포도당 농도의 혈청에서 다층구조의 실형태를 이용한 생체연료전지는 1cm의 전극만으로도 1.02 ㎽/㎠의 전력을 낼 수 있는 것으로 나타났다. 삽입형 의료기기 대부분의 구동전력이 수 ㎽ 수준이기 때문이다.
김 교수는 “개발한 섬유형태의 생체연료전지는 직물제조가 가능할 정도로 유연하고 물성이 좋으면서도 사람의 체액 내에서 전력생산 효율과 안정성이 우수해 삽입형 의료기기의 전력공급원으로 응용될 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.
한편 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적 연구)의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 지난 2일자 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)지 온라인판에 실렸다. (논문명 : High-power Biofuel Cell Textiles from Woven Biscrolled Carbon Nanotube Yarns)
