이 배터리는 자체 파괴됩니다: "미션 임파서블"에서 영감을 받은 생분해성 전력

최석훈 "션" 교수는 과도 전자장치 제작에서 가장 어려운 부분은 배터리라고 말합니다. 이미지 출처: 제공. 출처: 최석훈 "션"

미션 임파서블 영화 에서 톰 크루즈가 연기한 슈퍼 스파이 이선 헌트는 상관으로부터 5초 안에 자폭하는 다양한 장치에 대한 명령을 받습니다.

현실에서 전자 제품이 완전히 무(無)로 분해될 수 있을까요? 빙엄턴 대학교 석훈 "션" 최 교수는 지난 20년 동안 일회용 "종이 전자공학"을 연구해 왔지만, 소위 일시적 전자 제품을 만드는 데 가장 어려운 부분은 배터리입니다.

"일시적 전자 장치는 생물의학 및 환경 분야에 사용될 수 있지만, 생물학적으로 안전한 방식으로 분해되어야 합니다."라고 토마스 J. 왓슨 공과대학 전기 및 컴퓨터 공학과 교수인 최 교수가 말했습니다.

"체내에 독성 잔류물이 남는 것은 바람직하지 않습니다. 이러한 유형의 장치를 생체흡수성 전자 장치라고 합니다. 과도 전류 또는 생체흡수성 전자 장치의 경우, 가장 중요한 과제는 전원입니다. 하지만 리튬 이온 배터리와 같은 대부분의 전원에는 독성 물질이 포함되어 있습니다."

최와 그의 학생 연구팀은 바이오 배터리에 대한 이전 연구에서 얻은 지식을 바탕으로 새로운 아이디어를 개발했습니다. 최근 Small 저널에 발표한 논문에서 그들은 프로바이오틱스를 활용할 가능성을 보여주었습니다. 프로바이오틱스는 섭취 시 건강상의 이점을 제공하지만 그 외에는 환경이나 인간에게 무해한 살아있는 미생물입니다.

최 박사의 생체전자 및 마이크로시스템 연구실 졸업생인 마에데 모하마디파르(20학위)는 빙엄턴 대학 재학 시절에 최초의 용해성 미생물 연료 전지를 개발했습니다.

"생물안전등급 1에 해당하는 잘 알려진 전기 생성 박테리아를 사용했기 때문에 안전합니다. 하지만 이 박테리아가 자연에 방출되면 어떤 일이 일어날지 확신할 수 없었습니다."라고 최 박사는 말했습니다. "하지만 제가 학회에서 발표할 때마다 사람들은 '박테리아를 사용한다고요? 안전하게 사용할 수 있을까요?'라고 묻곤 했습니다."

현재 박사과정에 있는 마리암 레자이는 15가지 프로바이오틱스를 미리 혼합한 혼합물을 사용하여 최신 연구를 진행했습니다.

"프로바이오틱스가 안전하고 생체 적합성이 있다는 것은 잘 알려져 있지만, 그 프로바이오틱스가 전기를 생성하는 능력이 있는지는 확신할 수 없었습니다."라고 최 박사는 말했다. "의심스러운 점이 있어서, 그녀는 그 부분에 대해 많은 실험을 했습니다."

초기 결과는 기대에 미치지 못했지만, 그는 "우리는 포기하지 않았습니다. 폴리머와 나노입자를 사용하여 박테리아보다 더 나은 전극 표면을 설계하여 프로바이오틱스의 전기 촉매 작용을 개선하고 효과를 증진시켰습니다."라고 덧붙였습니다.

변형된 전극은 다공성이고 거칠어 박테리아가 부착하고 성장하기에 좋은 환경을 제공했고, 미생물의 전기 발생 능력을 향상시켰습니다. 용해성 종이를 pH에 민감하지 않은 폴리머로 코팅함으로써 오염된 지역이나 사람의 소화기관과 같은 산성 환경에서만 작동하도록 하여 전압 출력과 배터리 작동 시간을 증가시켰습니다.

비록 생산된 전력은 미미했지만, 최씨는 이 실험을 자신과 미래 학생들이 발전시킬 수 있는 개념 증명으로 여긴다.

"다른 연구가 필요합니다."라고 그는 말했다. "우리는 프로바이오틱스 블렌드를 사용했지만, 어떤 블렌드가 추가적인 전기 유전자를 가지고 있는지, 그리고 시너지 효과를 통해 어떻게 발전량을 향상시킬 수 있는지 개별적으로 연구하고 싶습니다. 또한, 이 연구에서는 바이오 배터리를 단일 유닛으로 개발했습니다. 전력을 향상시키기 위해 이들을 직렬 또는 병렬로 연결하고 싶습니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/06/250607231828.htm