미래창조과학부(장관 최양희)는 노광철 한국세라믹기술원 박사 연구팀과 허윤석 인하대 교수 연구팀이 혈액, 림프액 등 인체의 체액을 통해 에너지를 저장하고 외장재 없이 반영구적으로 사용가능한 생체 이식형 전지를 만들었다고 12일 밝혔다. 

고령화와 만성 질환 환자 증가로 심박 조율기, 삽입형 심장 박동 모니터기, 척추 신경 자극기 등 인체 기관을 보조하거나 모니터링 할 수 있는 체내 삽입형 의료장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 

현재 사용되는 체내 삽입형 의료 장치는 인체 내·외부의 전지에 의해 전원이 공급된다. 그러나 외부전지로 의료장치에 전원을 공급하는 경우에는 피부와 조직을 통과해 전선이 연결돼 도선이 부식되거나 격한 운동 또는 외부 충격 등을 인해 피부의 전선연결부위로 병원균이 침입할 가능성이 있다.

인체 삽입형 내부전지는 용량이 제한적이기 때문에 일정 시간이 지나면 전지를 교체하는 재수술이 필요하고 전지를 구성하고 있는 전해액(전류가 흐를 수 있는 물질) 누수로 인한 인체감염과 독성문제가 있다.

연구팀은 이에 생체 친화적인 물질로 만들어진 전극을 직접적으로 체내에 삽입, 인체의 체액 속에 존재하는 나트륨·칼륨·칼슘·염소 이온 등이 전극에 흡·탈착함으로써 작동하는 반영구적인 생체 이식형 '슈퍼커패시터'를 개발했다. 

슈퍼커패시터는 축전용량이 큰 에너지 저장장치로 전자의 물리적 흡·탈착을 이용해 충·방전을 하며 일반적인 2차전지에 비해 에너지 밀도는 적지만 순각적인 고출력을 낼 수 있는 강점을 갖고 있다. 

연구팀은 개발한 슈퍼커패시터를 생쥐를 통한 실험을 진행한 결과 세포독성이 없고 생체적합성이 우수하게 나타났다. 또 충전과 방전도 안정적으로 이뤄짐을 확인했다. 

노광철 박사는 "전극을 생체 친화적 소재로 만들어 체액에 직접 노출이 가능하고 체액 속의 이온들의 흡탈착을 이용해 에너지를 안정적으로 저장 및 방출할 수 있는 신개념 전지를 개발한 것"이라며 "기존 내부전지의 한정된 전원용량으로 인해 실용화가 어려웠던 신개념 의료 기기에도 활용될 수 있을 것"이라고 말했다. 

이번 연구는 미래창조과학부·한국연구재단 기초연구사업(개인연구) 지원으로 수행됐으며, 연구 성과는 국제 학술지 '나노 에너지(Nano Energy)' 2월 13일자에 실렸다.