이식형 의료기기에 반영구적 전원 공급 기대 -

체액으로 구동되는 생체 삽입형 전지의 모식도. 생체 친화적인 소재를 사용하여 제작된 전지를 쥐의 상피조직에 삽입하여 체액으로 구동하는 외장재 없는 생체 삽입형 전지를 개발하였다. 에너지 하베스팅인 태양전지를 이용하여 에너지를 발생시켜 삽입된 전지에 에너지가 저장된다. 삽입된 전지는 슈퍼커패시터이며 이를 구성하는 외장재, 전극, 전해질, 분리막 중 체액과의 접촉을 위해 외장재를 제외시켰다. 전극소재의 생체적합성문제를 해결하기 위하여 양극은 나노입자 고정화 기술을 활용하고 음극은 인화 처리 된 활성탄을 사용하였다. 삽입된 전극은 쥐의 체액을 이용하여 안정적인 거동과 높은 수명 특성을 나타내는 것을 확인하였다.

노광철 박사

허윤석 교수

채지수 연구원

미래창조과학부(장관 최양희)는 혈액, 림프액 등 인체의 체액을 통해 에너지를 저장할 수 있고 외장재 없이 반영구적으로 사용가능한 생체 이식형 전지를 개발했다고 12일 밝혔다. 
    

* 체액 : 혈액·림프액·조직액 등 체내의 액체. 체내를 이동하여 조직세포에 영양분이나 산소를 운반하고 노폐물을 운반·제거하며, 병원체의 박멸과 체온조절 등의 기능이 있음.

고령화 및 만성 질환 환자 증가로 인해 심박 조율기, 삽입형 심장 박동 모니터기, 척추 신경 자극기 등 인체 기관을 보조하거나 모니터링할 수 있는 체내 삽입형 의료장치에 대한 관심이 높아지고 있다.

생체 친화적인 물질로 만들어진 전극을 직접적으로 체내에 삽입하고, 인체의 체액 속에 존재하는 나트륨, 칼륨, 칼슘, 염소 이온 등이 전극에 흡·탈착함으로써 작동하는 반영구적인 생체 이식형 슈퍼커패시터가 개발됐다. 생쥐를 통한 실험 결과, 세포독성이 없고 생체적합성이 우수하게 나타났다. 충전과 방전도 안정적으로 이뤄졌다.

* 슈퍼커패시터 : 축전용량이 대단히 큰 에너지 저장장치. 전자의 물리적 흡·탈착을 이용해 충·방전을 하며 일반적인 2차전지에 비해 에너지 밀도는 적지만 순간적인 고출력을 낼 수 있는 장점을 가짐.

노광철 박사 연구팀 (한국세라믹기술원)과 허윤석 교수 연구팀(인하대)은 미래창조과학부, 한국연구재단 기초연구사업(개인연구) 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 세계적인 학술지 나노 에너지(Nano Energy) 2월 13일자에 게재됐다.

노광철 박사와 허윤석 교수는 “이 연구는 생체 친화적 소재로 제작한 전극만을 삽입해 외장재 없이 체액으로 구동하는 생체 삽입형 전지를 개발한 것이다. 기존의 전지의 교체를 위해 이루어졌던 수술의 번거로움을 줄여 반영구적으로 사용이 가능하며 안정적인 전원 공급이 가능하다. 신개념의 나노 의료 기기 개발 및 보급화를 가능하게 할 수 있는 원천 기술이 될 것으로 기대된다” 라고 연구 의의를 설명했다.

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