비즈니스 기회
신체의 자체 산소로 작동하는 이식형 배터리
< 이식 가능한 생체 적합성 Na-O 배터리 >
심박 조율기에서 신경 자극기에 이르기까지 이식형 의료 기기는 심장 박동을 유지하고 통증을 완화하기 위해 배터리에 의존합니다. 그러나 배터리는 결국 전압이 떨어지게 되고 교체하기 위해 침습적 수술이 필요합니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 중국 연구진은 신체의 산소로 작동하는 이식형 배터리를 고안했습니다. 3월 27일 켐(Chem) 저널에 발표된 이 연구는 쥐에서 개념 증명 설계가 안정적인 전력을 제공할 수 있고 생물학적 시스템과 호환된다는 것을 보여줍니다.
"산소는 우리 삶의 원천입니다"라고 Tianjin University of Technology의 Xizheng Liu는 말합니다. "체내 산소의 지속적인 공급을 활용할 수 있다면 기존 배터리 내의 한정된 재료에 의해 배터리 수명이 제한되지 않을 것입니다."
안전하고 효율적인 배터리를 만들기 위해 연구원들은 나트륨 기반 합금과 머리카락 너비보다 수천 배 작은 기공을 가진 재료인 나노 다공성 금으로 전극을 만들었습니다. 금은 생체 시스템과의 호환성으로 알려져 있으며 나트륨은 인체에서 필수적이고 어디에나 있는 요소입니다. 전극은 체내의 산소와 화학 반응을 일으켜 전기를 생산합니다. 배터리를 보호하기 위해 연구원들은 부드럽고 유연한 다공성 폴리머 필름으로 배터리를 감쌌습니다.
연구진은 쥐의 등 피부 아래에 배터리를 이식하고 전기 출력을 측정했다. 2주 후, 그들은 배터리가 최대 2.6μW/cm의 전력 밀도로 1.3V에서 1.4V 사이의 안정적인 전압을 생성할 수 있음을 발견했습니다. 출력이 의료 기기에 전력을 공급하기에는 충분하지 않지만 설계는 신체의 산소를 에너지로 활용하는 것이 가능하다는 것을 보여줍니다.
연구팀은 또한 염증 반응, 대사 변화, 배터리 주변의 조직 재생을 평가했습니다. 쥐들은 뚜렷한 염증을 보이지 않았습니다. 나트륨 이온, 수산화물 이온 및 낮은 수준의 과산화수소를 포함한 배터리의 화학 반응으로 인한 부산물은 신체에서 쉽게 대사되었으며 신장과 간에 영향을 미치지 않았습니다. 쥐는 이식 후 잘 치유되었고, 4주 후 등의 털이 완전히 다시 자랐습니다. 놀랍게도 배터리 주변의 혈관도 재생되었습니다.
"이식 직후 불안정한 전기 출력에 당황했습니다"라고 Liu는 말합니다. "배터리가 안정적인 전기를 공급하기 전에 배터리 주변의 혈관이 재생되고 산소를 공급할 수 있도록 상처가 치유될 시간을 주어야 한다는 것이 밝혀졌습니다. 이것은 배터리가 상처 치유를 모니터링하는 데 도움이 될 수 있다는 것을 의미하기 때문에 놀랍고 흥미로운 발견입니다."
다음으로, 팀은 전극에 더 효율적인 재료를 탐색하고 배터리 구조와 설계를 최적화하여 배터리의 에너지 전달을 높일 계획입니다. Liu는 또한 배터리가 생산 규모를 확장하기 쉽고 비용 효율적인 재료를 선택하면 가격을 더욱 낮출 수 있다고 언급했습니다. 팀의 배터리는 의료 기기에 전원을 공급하는 것 이외의 다른 용도로도 사용할 수 있습니다.
"종양 세포는 산소 수치에 민감하기 때문에 산소를 소비하는 이 배터리를 주변에 이식하면 암을 굶겨 죽이는 데 도움이 될 수 있습니다. 배터리 에너지를 열로 변환하여 암세포를 죽이는 것도 가능합니다"라고 Liu는 말합니다. "새로운 에너지원에서 잠재적인 바이오 테라피에 이르기까지, 이 배터리에 대한 전망은 흥미진진합니다."
이상의 기사는 2024년 3월 27일 Phys.org에 게재된 “Implantable batteries can run on the body's own oxygen”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 추가 정보 : https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(24)00074-3?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2451929424000743%3Fshowall%3Dtrue
* 정보 출처 : https://phys.org/news/2024-03-implantable-batteries-body-oxygen.html