소변으로 작동, 카드보다 얇은 초박형 배터리
싱가포르의 과학자들이 세계 최초로 소변을 동력으로 사용하는 배터리를 개발했다. 신용카드 크기에 두께는 그보다 더 얇은 이 배터리는 당뇨 검사 키트 같이 저렴한 건강 체크 용품의 동력으로 사용할 수 있으며 나아가 비상상황에서 핸드폰을 충전하는데도 사용할 수 있을 것이라고 연구진은 밝혔다. 소변 검사는 각종 질병을 확인하는데 사용된다. 따라서 한번의 소변 채취로 질병 확인과 동시에 검사 장비의 동력도 공급할 수 있는 것이다.
싱가포르의 Institute of Bioengineering and Nanotechnology 소속 연구원이자 동 연구를 이끌어온 기방 리 박사는 “우리는 그동안 질병 검사에 사용되는 값싼 일회용 바이오칩을 개발하고자 노력해왔다. 이번에 우리가 만든 배터리는 그런 의료기구에 쉽게 사용할 수 있고 소변이나 혈액 같은 체액으로 전기를 공급한다.”고 밝혔다.
현재 사용되는 바이오칩은 진단기능을 수행하기 위해 레이저 스캐너 같은 외부의 리더기가 필요하거나 동력공급을 위해서도 별도의 배터리가 필요하다. 그런데 이번에 개발된 기술은 한 개의 플라스틱 칩에 센서와 배터리를 모두 담은 획기적인 것이다.
그동안 수많은 연구자들이 기존 배터리 사이즈를 축소하여 바이오-MEMS(microelectromechanical: 소형전자기계) 기술에 사용하기 위해 노력해 왔다. 이 배터리는 그러한 연구에서 부딪힌 수많은 문제점들을 교묘히 회피한 결과물이다.
리 연구원은 “많은 과학자들이 바이오-MEMS 기기나 시스템에 사용되는 동력원 혹은 배터리를 개발하려고 노력해왔다. 그동안 그들은 주로 기존의 배터리 사이즈를 줄이는 것에 주력했다. 하지만 그들은 크기가 줄어들면 얻을 수 있는 전기에너지가 너무 적어진다던가 하는 많은 문제들에 봉착했다.”고 설명했다.
리 연구원의 설명에 의하면 소변으로 작동하는 배터리는 0.2ml의 소변으로 약 1.5볼트의 전기를 만들어낼 수 있다고 한다. 그리고 배터리가 작동되기 시작한 후 15시간 후에 다시 소변 한 방울을 더하면 보충된 소변으로 더 많은 전기를 만들어낸다고 한다.
이 배터리는 현재 한번 쓰고 버리는 일회용에 적합한 수준이다. 아직 노트북이나 MP3 플레이어를 작동하기에는 무리인 것이다. 하지만 리 연구원은 “소형 핸드폰이나 무선 송신기에 비상용으로 이 카드 배터리를 사용한다면 비상시 커뮤니케이션 도구로 사용할 만큼은 된다.”고 설명했다. 이 경우 크기는 신용카드보다 더 작게 할 수도 있다.
이 배터리는 염화물에 담근 필터지 층으로 되어 있다. 그리고 필터지는 마그네슘과 구리 층 사이에 들어간다. 이러한 3층 구조물은 다시 전체적으로 플라스틱 커버 코팅이 된다. 최종 결과물은 겨우 1mm 두께에 가로 세로 60mm*30mm 크기의 카드이다. 신용카드보다도 약간 작은 셈이다.
배터리를 작동하기 위해 소변 한 방울을 떨어뜨리면 3층 필터지가 소변을 흡수한다. 그리고 내부에서 화학물질이 용해되고 전기를 발생시킨다. 마그네슘 층과 구리층이 각각 양극과 음극으로 작동하여 전자를 주고받는다. 리 연구원은 디자인에 변화를 주고 전해질 물질을 바꿈에 따라 전압과 전류, 배터리 용량이 달라진다고 덧붙였다.
리 연구원은 이 배터리 시스템이 가정용 건강검진 기구에 사용될 수 있다고 보고 있다. 그는 “장기적으로는 모든 사람들이 약국에서 질병 테스트를 위해 일회용 바이오칩을 살 수 있게 되는 것이 목표이다.”고 포부를 밝혔다.
출처 newscienti