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체액으로 작동하는 생체삽입형 전지 개발

[기타] | 발행시간: 2017.03.12일 12:05
이식형 의료기기에 반영구적 전원 공급 기대

(지디넷코리아=안희정 기자)혈액, 림프액 등 인체의 체액을 통해 에너지를 저장할 수 있고 외장재 없이 반영구적으로 사용가능한 생체 이식형 전지가 개발됐다.

미래창조과학부는 한국세라믹기술원 노광철 박사 연구팀과 인하대 허윤석 교수 연구팀이 생체 친화적인 물질로 만들어진 전극을 직접적으로 체내에 삽입하고, 인체의 체액 속에 존재하는 나트륨, 칼륨, 칼슘, 염소 이온 등이 전극에 흡탈착함으로써 작동하는 반영구적인 생체 이식형 슈퍼커패시터(에너지 저장장치)를 개발했다고 12일 밝혔다.

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.

체액으로 구동되는 생체 삽입형 전지의 모식도

현재 사용되는 체내 삽입형 의료 장치는 인체 내외부의 전지에 의해 전원이 공급된다. 의료장치에 사용되는 전지의 종류는 체내에 삽입하는 내부전지가 있고 체외로부터 도선으로 연결하여 에너지를 공급하는 외부전지가 있다.

외부전지로 의료장치에 전원을 공급하는 경우에는 피부 및 조직을 통과하여 전선이 연결되므로 도선이 부식될 수 있고, 격한 운동 또는 외부 충격 등으로 인해 피부의 전선연결부위로 병원균이 침입할 가능성이 있으며, 이는 2차 감염문제를 발생시킬 수 있다. 또한 인체 내부 의료 장치까지 전지를 연결하기 위한 수술과정이 복잡하고 일부 인체삽입 전자기기는 외부전지 사용이 불가능한 경우도 있다.

연구팀은 기존 내부전지의 제한적인 용량으로 인한 재수술 과정 및 전해액 누수로 인한 인체감염과 독성 문제를 해결하기 위하여 사람 몸속에 풍부하게 존재하는 체액을 전지의 전해액으로 사용하는 방법을 고안했다. 연구팀에서 개발한 외장재가 없는 생체 삽입형 전지는 체액 속의 Na+(나트륨), K+(칼륨), Ca2+(칼슘), Cl-(염소) 이온 등이 전지의 전극에 흡?탈착하는 과정에서 생성되는 전자의 흐름을 통하여 구동되는 슈퍼커패시터이다. 더불어, 쥐에 이식해 생체 내 실제 체액을 이용해 전지의 구동을 확인한 연구가 최초로 개발됐다.

이번 연구는 생체 친화적인 소재를 사용하고 실제 쥐에 이식해 체액으로 전지가 안정적으로 구동되는 것을 검증했다는 부분에서 큰 의의가 있다. 전극을 생체 친화적 소재로 만들었기 때문에 세포독성이 없고 생체적합성이 우수하게 나타났다. 이 연구로 개발된 반영구적인 수명 특성을 가진 생체 이식형 전지는 인체의 체액으로 충전이 가능하므로 기존 내부전지의 한정된 전원용량으로 인해 실용화가 어려웠던 신개념 의료 기기에도 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

노광철 박사와 허윤석 교수는 “이 연구는 생체 친화적 소재로 제작한 전극만을 삽입하여 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 연구의 의의를 설명했다.

안희정 기자(hjan@zdnet.co.kr)

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