고려대 연구팀, 금속 나노입자 이용 직물형 바이오 연료전지 개발

[서울=뉴시스]연구팀 사진. (왼쪽부터) 조진한 교수, 권정훈 박사, 이승우 교수. 사진 고려대 *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]박선민 인턴 기자 = 고려대(총장 정진택) 화공생명공학과 조진한 교수·권정훈 박사와 조지아텍 이승우 교수 연구팀은 양친화성 어셈블리 방법을 바이오 시스템에 도입해 효소를 전극 위에 안정적으로 고정하는 직접 전자전달 방식의 고성능 바이오 연료전지를 개발했다고 30일 밝혔다.

양친화성 어셈블리란 효소와 금속 나노입자 표면의 강한 친화력을 기반으로 추가 물질 삽입 또는 표면처리 없이 효소와 금속 나노입자 층을 교차로 적층하면서 박막 형태의 기능성 복합체를 제작하는 나노제조기술을 말한다.

바이오 연료전지는 포도당을 산화시킬 때 생성되는 전자를 전극으로 수집해 전력을 생산하는 생체 친화형 전지다. 생체 내 이식한 바이오센서·심장박동기 등의 전기전자소자를 외부 전원 공급 없이 구동시킬 수 있다. 그러나 기존 바이오 연료전지는 전력 생산 효율이 낮고 생체 내 구동 안정성이 떨어져 실제 응용에 한계가 존재했다.

이에 연구팀은 물속에 녹아 있는 효소를 기름 속에 분산되어있는 금속 나노입자와 결합하는 양친화성 어셈블리 방법을 바이오 시스템에 도입했고, 효소를 전극 위에 안정적으로 고정하여 직접 전자전달하는 방식의 고성능 바이오 연료전지를 개발했다. 해당 바이오 연료전지는 기존 메디에이터 방식 전극보다 전류생성 성능이 최대 2배 정도 더 높다. 또한 네 개의 셀을 직렬로 연결하면 기존 바이오 연료전지 성능을 25배 이상 향상시킬 수 있다.

고려대 조진한 교수는 “이러한 독특한 어셈블리 방법은 효소를 비롯한 바이오 물질들이 기름에서 활성이 완전히 사라질 것이라는 기존 개념에서 벗어난 매우 독창적인 방법이며, 전해질 내에서의 구동안정성을 획기적으로 향상할 수 있다"며 "더 나아가서, 효소와 전극 사이의 전자 이동을 매우 쉽게 유도함으로써 전극 내 전자전달 효율을 향상시키고 결과적으로 바이오 연료전지의 성능을 큰 폭으로 향상할 수 있다"고 밝혔다.

연구를 주도한 권정훈 박사는 "이번에 개발된 양친화성 어셈블리 기반의 바이오 연료전지 전극은 생체와 유사한 체액 내에서 구동 안정성과 전력생산 효율이 획기적으로 뛰어나므로 높은 전하전달 현상을 요구하는 고성능 바이오센서나 생체 삽입형 의료기기의 전력공급원으로 폭넓게 사용될 수 있을 것으로 기대한다"고 전했다.

한편 해당 연구결과는 응용물리 분야 최우수 저널 '응용 물리학 리뷰'(Applied Physics Reviews '에 지난 24일 최우수 논문으로 온라인 게재됐다.

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