체내 응용이 가능한 섬유형 생체연료전지 연구

Abstract

생체연료전지는 생체 내 고분자의 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치로써 영구적으로 동작이 가능한 이식형 의료기기의 에너지원으로 이용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 현존하는 많은 생체연료전지는 효소와 전극사이의 전자전달을 촉진시키기 위해 중금속 성분이 포함된 산화·환원 매개체를 사용하는데, 이는 체내에서 유출시 이로 인한 문제가 발생 할 가능성이 있어 이를 사용하지 않고 동작하는 직접적 전자전달 기반의 생체연료전지가 체내로의 응용에 더 적합하다고 할 수 있다. 하지만 현존하는 직접적 전자 전달 기반의 생체연료전지들은 체내에 바로 적용하기엔 부적합한 요소가 많다. 효소와 전극사이의 전자전달을 유도하기 위해 생체친화성과 거리가 먼 물질을 사용하거나 전극의 형태가 부피가 큰 디스크 또는 필름 형태여서 체내의 공간을 많이 차지하며, 전지의 구동시간이 2~3 일 정도로 매우 짧기 때문이다. 본 연구에서는 외부의 압축이나 화학적 접착제 없이 탄소나노튜브가 효소 용액에 침지되었다가 나와 건조 될 때 효소 용액의 표면장력에 의해 자연스럽게 섬유형태의 전극이 만들어지는 것을 이용하여 탄소나노튜브와 생체적합성을 가진 전도성고분자 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), 그리고 효소로만 이루어진 생체적합성이 우수한 전극으로 직접적 전자전달기반의 생체연료전지를 제시하였다. 또한 이 전극으로 구성된 생체연료전지는 최대 236 ㎼ cm-2의 전력을 생산할수 있으며, 20일동안 연속 구동 시 성능이 84%, 32일 동안 연속 구동시 64% 정도 유지하는 높은 성능을 보였다. 이 생체연료전지는 생체적합성 및 구동안정성이 우수한 초소형의 섬유형태 전극으로써 직물의 형태로 직조되거나, 바늘이나 카테터 형태로 삽입되어 추후 심박조율기나 신경자극기 등의 체내 삽입형 의료기기의 에너지를 대체할 가능성이 높다고 할 수 있다.