피부에 넣는 태양전지 개발
… 몸속 의료기기 전력 공급
대부분 인체삽입 의료기기는 배터리의 용량이 제한돼 이를 교체하기 위해 재수술이 필요하다. 인체에 삽입해 심장박동수를 일정하게 유지하는 심박조율기의 경우 배터리 수명이 5∼8년 정도다. 그런데, 빛이 피부를 투과한다면 인체에서도 빛에너지를 전기에너지로 변환할 수 있지 않을까?
16일 미래창조과학부 등에 따르면 이종호 교수, 송광선, 한정현 박사 등 광주과학기술원(GIST) 연구팀이 이런 착상을 바탕으로 몸속 의료기기에 전력을 공급할 수 있는 인체 삽입용 태양전지를 개발했다. 이는 몸에 들어가는 심박조율기 같은 의료기기에 전력을 지속해서 공급할 수 있는 인체삽입용 배터리로 피부 안에 넣을 수 있도록 얇은 막 구조로 제작됐다. 인체삽입 태양전지는 햇빛을 받는 것만으로 배터리를 충전할 수 있어 배터리 수명에 제약을 받는 인체삽입용 의료기구의 한계를 해결해줄 것으로 기대된다.
연구팀은 태양전지를 피부에 이식할 수 있도록 유연하게 만들었다. 단단한 기판에서 제작한 태양전지를 머리카락 두께의 15분의 1에 불과한 6∼7㎛(마이크로미터) 두께로 얇게 떼어 낸 뒤 필름에 붙이는 방법을 썼다. 이렇게 개발한 태양전지를 살아 있는 쥐의 피부 안에 넣고 기능을 알아본 결과, 면적이 0.07cm²에 불과한 작은 태양전지에서 647㎼(마이크로와트)의 전력을 생산했다. 이는 2시간만 햇빛을 받아 충전하면 현재 상용화된 심박조율기를 24시간 동안 구동시킬 수 있는 정도다.
이 교수는 “이번에 개발된 인체삽입용 태양전지는 간단한 피부 시술로 삽입이 가능하며 현재 실제로 사용되고 있는 심박조율기도 구동할 만큼 충분한 전력 생산이 가능하다”며 “배터리 교체를 위한 주기적인 재수술을 피하거나 수술 주기를 늘릴 수 있어 환자들의 심리적, 경제적 부담을 크게 덜어줄 것”이라고 말했다.
연구팀은 또 태양 빛 중에서 자외선 영역은 태양전지 발전에 미치는 영향이 매우 적으므로 자외선 차단제를 바르더라도 전력을 생산할 수 있는 양은 유지할 수 있다고 설명했다. 이번 연구는 피부를 손전등으로 비추면 빛의 일부가 피부를 통과하는 것을 보고, 피부 아래 태양전지를 심어도 태양전지가 전력을 생산할 수 있다는 가정에서 출발했다. 연구수행에는 태양전지, 피부, 생명, 광학, 나노에너지 등 다양한 전문지식을 갖춘 광주과학기술원 연구진도 힘을 보탰다고 한다.
이번 연구는 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 우주핵심기술개발사업 지원으로 수행했으며 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머터리얼스’(Advanced Healthcare Materials)에 지난 4일 실렸다. 이 교수는 “인체삽입 의료 전자기기의 난제인 전력 부족 문제를 획기적으로 해결할 수 있는 방법을 제시한 것”이라며 “지속해서 많은 전력이 필요한 혈당 분석기, 질병 진단 센서, 혈액 분석 센서 등과 같은 헬스케어 인체삽입기기 개발에 기여할 것”이라고 연구의 의의를 설명했다.
[출처] 광주일보 | 2016.05.17
박기웅기자
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