우리 기술로 인체 삽입 태양전지 개발 성공

[박영례기자]피부안에 넣을 수 있는 태양전지가 우리 기술로 개발됐다.

이같은 인체 내 의료기기에 지속적으로 전력을 공급할 수 있는 인체삽입용 태양전지 개발 성공으로 향후 심박조율기(pacemaker) 등과 같은 인체 삽입기기 개발에도 보다 탄력을 받을 전망이다.

이종호 교수 연구팀(광주과학기술원)은 미래창조과학부 기초연구사업(개인연구), 우주핵심기술개발사업 지원 연구를 통해 이같은 피부 안에 넣는 태양전지를 개발했다고 16일 발표했다.

이 연구는 헬스케어 분야 국제 학술지 어드밴스드 헬스케어 머터리얼스 5월 4일자에 게재됐다.

그동안 인체 기관을 보조하는 생체 삽입용 전자기기는 주로 용량이 제한된 배터리를 사용, 일정시간이 지나면 배터리 교체를 위한 재수술 등 유지에 어려움이 있었다. 가령 심장 부정맥 치료를 위해 사용되는 인체 삽입 기구인 심박조율기의 배터리는 통상 5~8년 정도 유지돼, 주기적인 재수술로 배터리를 교체해야 해 불편했다.

그러나 이번 태양전지를 할용하면 인체 내에서 자체적인 전력 생산이 가능해 교체 없이 사용할 수 있어 편리한 셈이다.

◆인체 흡수 빛 활용 가능, 삽입기기 개발 탄력

이번 연구는 손전등으로 얇은 피부를 비출 때 빛의 일부가 피부를 통과한다는 사실에 착안, 인체 내에 흡수된 빛을 태양전지를 통해 전기 에너지로 변환해 인체삽입용 전자기기의 에너지원으로 지속적으로 사용할 수 있도록 한 게 핵심.

특히 기존 태양전지는 두껍고 깨지기 쉬워 피부에 삽입할 경우 몸의 움직임에 의해 파손, 성분이 체내 노출되거나 피부에서 분리될 수 있다는 문제점이 있었다.

이번에 고성능 태양전지를 딱딱한 기판에서 박막(6-7마이크로미터) 형태로 분리, 필름에 결합하는 방법을 활용해 얇고 유연한 인체 삽입용 태양전지 제작에 성공한 것.

실제로 살아있는 쥐를 통해 실험한 결과, 0.07cm2(순수 태양전지 면적) 이내 태양전지에서 직류전류로 647마이크로와트의 매우 높은 전력 생산이 가능했고, 소형 충전지나 유연한 심박조율기와 결합할 경우 태양광 없이도 태양전지를 통해 충전된 배터리로 전력 공급이 가능한 것을 확인했다는 게 연구진 측 설명이다.

이는 하루 약 2시간 정도의 발전으로 현재 사용되는 심박조율기를 24시간 구동할 수 있는 전력량. 크기 조절이 쉬워, 태양전지 발전시간을 더욱 줄일 수 도 있다는 설명이다.

또한, 자외선 영역의 빛은 태양전지 발전에 미치는 영향이 미미해 자외선 차단제를 바르더라도 인체 내 전력 생산량은 비슷하게 유지되는 것으로 나타났다.

이번 성과로 인체 내 안정적인 전력공급이 가능해져, 실시간 혈당 분석기, 질병 진단 센서, 혈액 분석 센서와 같은 실시간 체내 헬스케어 기기 개발에도 기여할 것으로 기대된다.

다만, 실제 사람의 피부는 쥐 피부보다 두껍기 때문에 사람에게 적용하기 까지 좀 더 넓은 면적의 유연한 인체삽입용 태양전지 개발 등까지 다소 시간이 필요할 전망이다.

이종호 교수는 "이 연구 결과는 인체삽입 의료 전자기기의 난제인 전력 부족 문제를 획기적으로 해결할 수 있는 방법을 제시한 것"이라며 "많은 전력을 지속적으로 필요로 하는 실시간 혈당 분석기, 질병 진단 센서, 혈액 분석 센서 등과 같은 헬스케어 인체삽입기기 개발에 기여할 것으로 기대된다"고 설명했다.

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