피부 안에 넣는 태양전지 개발

▲ 피하에 삽입된 유연 인체삽입용 태양전지가 태양광을 통해 생성된 전기에너지를 이용하여 실제 사용되는 심박조율기에 전력을 공급하는 개념도. (사진제공=한국연구재단)

실시간 혈당 분석기 등 체내 헬스케어 기기 개발 기대

태양전지를 피부안에 넣어 인체 내 의료기기에 지속적으로 전력을 공급할 수 있는 인체삽입용 태양전지가 개발됐다.

한국연구재단은 광주과학기술원 이종호 교수 연구팀이 박막 구조의 유연 태양전지를 피부 안에 넣어 심장 박동수를 일정하게 유지시키는 심박조율기(pacemaker)와 같은 인체 내 의료기기에 지속적으로 전력을 공급하는 인체삽입용 태양전지를 개발했다고 16일 밝혔다.

인간의 수명을 연장하거나 삶의 질을 높이기 위해 인체 일부 역할을 보조하는 생체 삽입용 전자기기들이 개발되고 있다.

그러나 생체 삽입용 전자기기는 주로 용량이 제한된 배터리에 의존해 일정 시간이 흐르면 배터리를 교체하기 위해 재수술이 필요하다.

심박조율기는 배터리가 5∼8년 정도다.

따라서 인체 내에서 자체적인 전력 생산이 가능하다면 재수술을 하지 않아도 돼 심리적ㆍ물리적ㆍ경제적 부담을 줄일 수 있다.

연구팀은 손전등으로 얇은 피부를 비추면 빛의 일부가 피부를 통과하는 사실에 주목해 인체 내에 흡수된 빛을 태양전지를 통해 전기 에너지로 변환했다.

또 기존의 태양전지는 두껍고 깨지기 쉬어 피하에 삽입하면 몸의 움직임에 의해 파손될 수 있었다.

연구팀은 이를 극복하고자 피부와 같이 유연한 특성을 갖도록 고성능 태양전지를 딱딱한 기판에서 박막(6∼7㎛) 형태로 분리해 필름에 결합하는 방법으로 얇고 유연한 인체 삽입용 태양전지를 제작했다.

연구팀은 살아 있는 쥐에 삽입해 0.07㎠ 태양전지에서 직류전류로 647㎼(마이크로와트)의 높은 전력을 생산했으며 소형 충전지ㆍ유연한 심박조율기와 결합해 태양광이 없을 경우에도 충전된 배터리로 전력 공급이 가능함을 확인했다.

이는 기존에 체내 전력 생산량과 비교했을 때 수십∼수백 배 이르는 수치로 현재 하루 약 2시간 정도의 발전으로 상용화 된 심박조율기를 24시간 구동할 수 있는 전력량이다.

또 자외선 영역의 빛은 태양전지 발전에 미치는 영향이 적어 자외선 차단제를 바르더라도 인체 내 전력 생산량은 비슷하다.

그러나 사람에게 적용하기 위해서는 사람피부는 쥐 피부보다 두꺼운 것을 감안해 좀 더 넓은 면적의 유연한 인체삽입용 태양전지를 개발할 필요가 있다.

이종호 교수는“인체삽입 의료 전자기기의 난제인 전력 부족 문제를 해결할 수 있는 방법을 제시한 것으로 많은 전력을 지속적으로 필요로 하는 실시간 혈당 분석기, 질병 진단 센서, 혈액 분석 센서 등과 같은 헬스케어 인체삽입기기 개발에 기여할 것”이라고 설명했다.

이 연구결과는 지난 4일 헬스케어 분야 국제 학술지 어드밴스드 헬스케어 머터리얼스에 게재됐다. 최소망 기자 somangchoi@

▲ LED와 결합된 유연 인체삽입용 태양전지를 쥐에 삽입. 태양전지에 조사된 유사 태양광을 통해 생성된 전력으로 LED가 구동되고 있음. (사진제공=연구재단)