유연하고 강한 생체연료전지 개발됐다

체내 삽입형 의료기기 전력공급원으로 역할 기대

▲삽입형 의료기기의 전력공급원으로 역할을 수행할 생체연료전지.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자]탄소나노튜브에 생체효소를 넣어 유연하면서도 강한 섬유형태의 고성능 생체연료전지가 만들어졌다. 생체연료전지는 포도당을 산화시킬 때 생성되는 전자를 전극으로 수집해 전력을 만든다. 상온에서 구동할 수 있고 친환경적이기 때문에 차세대 에너지 공급 장치로 주목받고 있다. 삽입형 의료기기의 전력 공급원 역할을 할 것으로 기대된다.

생체연료전지 기존 연료전지의 촉매를 생물체내에 존재하는 생체촉매인 효소로 대체하고 수소보다 저렴하고 다루기가 편한 포도당을 연료로 한 연료전지를 말한다. 효소의 산화환원 반응으로 연료물질에서 발생한 전자가 전극으로 이동하는 원리로 에너지를 발생시킨다.

촉매를 표면에 코팅하는 방식의 기존 평판 전극형 생체연료전지는 전력생산효율과 생체 내에서의 안정성이 낮았다. 유연성과 물리적인 특성이 좋지 않아 실제 응용에는 한계가 있었다.

생체연료전지 실용화를 위해서는 성능과 안정성을 높이는 게 관건이었다. 연구팀은 탄소나노튜브 시트 표면에 산화·환원 효소를 고정시킨 뒤에 이를 꼬아 만든 다층 구조의 실 형태 전극을 이용한 고효율 생체연료전지 시스템을 개발했다.

유연하고 강한 섬유로 이뤄져 꼬거나 직물형태로 만들 수 있다. 카테터나 스텐트 등 의료용 기구 형태로 쉽게 가공하는 것이 가능해 진 것이다. 전해질 분리막이 필요 없고 소형화가 가능해 페이스메이커(심장 기능이 정지하였을 때 인공적으로 자극 펄스를 주기 위해 사용하는 전자 장치), 신경자극기 등 체내 삽입형 의료기기를 위한 전력공급원으로서의 가능성도 주목받고 있다.

고성능 전력생산도 가능해 생체조건과 유사한 포도당 농도의 혈청에서 다층구조의 실형태를 이용한 생체연료전지는 1㎝의 전극만으로도 1.02 ㎿/㎠의 전력을 낼 수 있는 것으로 나타났다. 대부분 삽입형 의료기기는 구동하는 데에 수 ㎿ 수준의 전력이 필요하다.

이번 연구는 한양대 전기생체공학부 김선정 교수팀이 주도했다. 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적 연구)의 지원으로 이뤄졌다. 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)지 온라인판 6월 2일자(논문명 : High-power Biofuel Cell Textiles from Woven Biscrolled Carbon Nanotube Yarns)에 실렸다.

김 교수는 "섬유형태의 생체연료전지는 직물제조가 가능할 정도로 유연하고 물성이 좋다"며 "사람의 체액 내에서 전력생산 효율과 안정성이 우수해 삽입형 의료기기의 전력공급원으로 응용될 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr