돼지 위장에서 사흘 작동하는 ‘먹는 종이 배터리’ 개발 [사이언스 브런치]

출처: 서울신문

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요약

최근 MIT에서 몸속 의료기기에 전기를 공급한 뒤 용도가 끝나면 분해돼 사라지는 ‘먹는 종이 배터리’가 개발되어 화제가 되고 있다. MIT의 공동 연구팀은 마그네슘과 삼산화몰리브데넘으로 만든 생체흡수성 종이 배터리를 개발하고 돼지 실험으로 안전성을 확인했다고 밝혔다. 기존의 삼키거나 몸에 심는 전자기기는 실시간 건강 모니터링과 전기 자극 치료의 폭을 넓히고 있었으나 전원 공급이 문제였다. 또한 알칼리·리튬 이온 전지는 포장이 손상되면 전해질이 새어 체내 조직을 손상할 수 있고 분해되지 않는 케이스는 그대로 몸속 전자 폐기물로 남게 된다는 문제가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 음극에 마그네슘 합금, 양극에 삼산화몰리브데넘과 셀룰로스 나노섬유, 활성탄을 섞은 종이 형태의 복합체를 만들었다. 셀룰로스 나노섬유 효소인 것은 아니므로 셀롤로스 나노 섬유는 체내 효소에 쉽게 분해된다. 전해질이 새어 나오는 문제는 콜린 염화물과 젖산을 녹여 만든 생분해성 이온성 액체를 젤라틴 젤에 섞어 굳혀 보완하였고 전체를 밀랍으로 감싸 위산에 너무 빨리 녹지 않게 하였다. 종이 배터리의 개방 회로의 전압은 1.84 볼트로 일반적으로 쓰는 아연 전지와 산화 전지보다 더 높았고, 면적당 용량은 2.43㎃h/㎠, 에너지 밀도는 4.13㎃h/㎠였고 계속 방전시켜도 하루 동안 1.6V 정도 계속 유지하였다.

연구팀은 사람과 위장구조가 가장 비슷한 돼지에게 실험을 진행하였다. 실험 결과 전압, 종이 배터리와 캡슐이 분해되는 속도, 체내에 노출되는 마그네슘, 몰리브데넘의 정도 등이 전부 안전한 수치로 나왔다고 말했다. 연구팀은 이번에 개발한 기술은 복약 순응도를 추적하는 배터리 보조형 RFID 태그, 위 전기자극 치료 캡슐로 사용될 수 있고, 기존 수동형 태그는 판독기를 목이나 허리에 붙여야 한다는 단점이 있었지만, 종이 배터리 태그로 4m 이내까지 안정적으로 신호를 보낼 수 있게 되었다.

느낀점: 기존의 문제점을 보완하여 몸속에서 적절한 타이밍에 안전하게 녹아 몸속에 전자 폐기물도 남기지 않는 배터리 기술을 보며 정말 이번 기술이 앞으로의 의료기술을 한 단계 더 끌어올린 것 같다는 생각이 들었고, 알약 하나로 치료와 신호 송신까지 가능하다는 사실이 신기했다.