국내 연구진이 스텐트 등 삽입형 의료기기에 응용할 수 있는 고성능 생체연료전지를 개발했다.

12일 김선정 한양대학교 전기생체공학부 교수팀은 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업의 지원을 받아 탄소나노튜브에 생체효소를 넣어 유연하면서도 강한 섬유형태의 고성능 생체연료전지를 만들었다고 밝혔다.

생체연료전지는 기존 연료전지의 촉매를 생물체 내에 존재하는 생체촉매인 효소로 대체하고 수소보다 저렴하고 다루기 편한 포도당을 연료로 한 전지다. 상온에서 구동할 수 있고 친환경적이어서 차세대 에너지 공급 장치로 주목받고 있다.

기존의 생체연료전지는 촉매를 표면에 코팅하는 방식으로, 전력생산효율과 생체 내 안정성이 낮고 유연성과 물리적 특성이 좋지 않아 실제 응용에 한계가 있었다.

연구팀은 탄소나노튜브 시트 표면에 산화·환원 효소를 고정시킨 뒤 이를 꼬아 만든 다층 구조의 실 형태 전극을 이용해 고효율 생체연료전지 시스템을 개발했다. 이 연료전지는 유연하고 강한 섬유로 이뤄져 꼬거나 직물형태로 만들 수 있어 카테터, 스텐트 등 의료용 기구 형태로 가공하기 쉽다.

특히 전해질 분리막이 필요없고 소형화가 가능해 심장 기능이 정지했을 때 인공적으로 자극 펄스를 주기 위해 사용하는 페이스메이커, 신경자극기 등 체내 삽입형 의료기기를 위한 전력공급원으로서의 가능성이 기대된다. 이는 탄소나노튜브 표면에 코팅된 PEDOT(나노단위 두께로 코팅 가능한 생체친화성이 높은 전도성고분자)가 효소를 보호해주는 이온분리막처럼 작용해 체내 안정성이 높아지기 때문이다.

이번에 개발된 생체연료전지는 고성능 전력 생산이 가능하다. 생체조건과 유사한 포도당 농도의 혈청에서 다층구조의 실형태를 이용한 생체연료전지는 1㎝의 전극만으로도 1.02㎽/㎠의 전력을 낼 수 있는 것으로 나타났다. 대부분의 삽입형 의료기기는 구동하는 데에 수 ㎽ 수준의 전력이 필요하다.

김 교수는 "이번에 개발한 섬유형태의 생체연료전지는 직물제조가 가능할 정도로 유연하고 물성이 좋으면서도 사람의 체액 내에서 전력 생산 효율과 안정성이 우수해 삽입형 의료기기의 전력공급원으로 응용될 수 있을 것으로 기대한다"고 밝혔다.

이번 연구결과는 네이처 커뮤니케이션즈 온라인판 6월2일자에 게재됐다.