[충청포스트] 육심무 기자 = 한국과학기술원 이건재 교수팀과 연세대 세브란스 병원 정보영 교수팀이  고효율·유연 압전나노발전기에서 자체 생성되는 전기에너지를 이용하여 반영구적으로 작동 가능한 자가발전 심장박동기 실험을 세계 최초로 성공했다.

한국과학기술원 이건재 교수

압전나노발전기는 압력이나 구부러짐 등 물리적인 힘이 가해질 때 전기를 발생하는 압전물질을 이용하여 만든 소형 전기발전기이다.

향후 인체 적용을 통해 배터리가 필요 없는 인공심장박동기를 구현을 앞당길 것으로 예상되며, 더 나아가 심장마비를 예방하고 생체이식형 의료기기의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있을 것으로 기대된다.

수행한 이 연구 결과는 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’지 최신호 7월 23일(수)자 표지논문으로 게재되었다.

(논문명: Self-Powered Cardiac Pacemaker Enabled by Flexible Single Crystalline PMN-PT Piezoelectric Energy Harvester)

연세대 세브란스병원 정보영 교수

인공심장박동기는 심장박동이 불규칙한 환자의 몸속에 이식되어 심장에 전기자극을 가해 박동을 정상적으로 만들어주는 의료장치이다.

하지만 제한된 배터리의 수명 때문에 주기적으로 기기를 교체하는 시술이 필요한데, 이는 노약자 등 많은 환자들에게 감염 및 출혈을 유발 할 수 있기 때문에 매우 위험하고 불편하였다.

이번에 개발한 유연한 압전나노발전기는 신체의 미세한 움직임을 이용해 발생한 전기에너지로 심장을 직접 자극할 수 있기 때문에 심장박동기의 수명을 늘리는 것은 물론, 그동안 에너지가 부족하여 불가능했던 심장의 실시간 모니터링도 가능할 것으로 예상된다.

이번 연구에서는 ㈜아이블포토닉스의 단결정 PMN-PT 압전박막을 활용하여 고효율의 유연 나노발전기를 제작하였으며, 이 나노발전기는 굽힘과 누름 등 압력에 의해 8.2볼트(V)의 전압과 0.22밀리암페어(mA)의 전류를 생성하고 쥐의 심장을 직접 자극해 심장박동을 인위적으로 규칙화하는데 최초로 성공했다.

세브란스병원 심장내과 정보영 교수는 “이번 연구성과를 임상에 적용하면 자가발전 심장박동기에 사용될 뿐만 아니라, 부정맥과 같은 심장의 이상증후를 미리 진단하여 심장마비 등을 예방 할 수 있으며, 그 외에도 다양한 이식형 의료기기의 에너지원으로 활용할 수 있을 것이다.”라고 말했다.