배터리 없이 자가발전으로 작동되는 반영구적 심장박동기 개발이 앞당겨질 전망이다.
미래창조과학부는 카이스트 신소재공학과 이건재 교수·연세대학교 세브란스병원 심장내과 정보영 교수 공동연구팀이 고효율.유연 압전나노발전기에서 생성되는 전기에너지를 이용한 자가발전 심장박동기 실험에 세계 최초로 성공했다고 7일 밝혔다.
인공심장박동기는 심장박동이 불규칙한 환자의 몸속에 이식돼 심장에 전기자극을 가해 박동을 정상적으로 만들어주는 의료장치다. 하지만 제한된 배터리 수명 때문에 환자는 주기적으로 기기를 교체하는 시술을 받아야 할 뿐만 아니라 이에 따른 감염 및 출혈 유발 등 위험도 감수해야 한다.
이에 연구팀은 신체의 미세한 움직임을 이용해 발생한 전기에너지로 심장을 직접 자극할 수 있도록 유연한 압전나노발전기를 구현했다. 압전나노발전기는 심장박동기의 수명을 늘리는 것은 물론, 그동안 에너지가 부족해 불가능했던 심장의 실시간 모니터링도 가능하다는 게 연구팀의 설명이다.
연구팀은 벤처기업 아이블포토닉스의 단결정 PMN-PT 압전박막을 활용해 나노발전기를 제작했으며 굽힘과 누름 등 압력에 의해 8.2V의 전압과 0.22㎃의 전류를 생성하고 쥐의 심장을 직접 자극해 심장박동을 인위적으로 규칙화하는 데 성공했다. 단결정 PMN-PT 압전박막은 현존하는 최고효율의 압전물질로, 결정이 규칙적으로 배열된 두께는 수 마이크로미터(㎛·100만분의 1m) 수준이다.
세브란스병원 심장내과 정보영 교수는 "이번 연구성과를 임상에 적용하면 자가발전 심장박동기에 사용될 뿐 아니라, 부정맥과 같은 심장의 이상증후를 미리 진단해 심장마비 등을 예방할 수 있다"며 "그 외에도 다양한 이식형 의료기기의 에너지원으로 활용할 수 있을 것"이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업과 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐으며 연구 결과는 세계적 학술지인 '어드밴스트 머티리얼스' 최신호 7월 23일자 표지논문으로 게재됐다. 김혜민 기자
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