죽을 때까지 쓸 수 있는 자가발전 심장박동기

이건재·정보영 교수 연구팀 공동연구
기존보다 40배 전력 생산하는 압전나노발전기로
누르기만 해도 전기 생산해 반영구적 작동 가능

이건재 한국과학기술원(카이스트) 신소재공학과 교수

국내 연구진이 누르거나 구부리기만 해도 전기를 생산하는 압전소자를 이용해 반영구적으로 작동할 수 있는 자가발전 심장박동기 실험에 처음 성공했다. 지금은 심장박동기에 전기를 공급하는 배터리를 주기적으로 교체해야 하는데 이런 불편을 어느 정도 해결할 수 있으리라 기대된다.

이건재 한국과학기술원(카이스트) 신소재공학과 교수 연구팀은 7일 연세대 세브란스병원 정보영 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 기존 소자보다 40배의 전력을 생산하는 압전나노발전기를 만든 뒤 쥐한테 이식해 심장을 자극함으로써 심장이 규칙적으로 뛰게 만드는 실험을 구현했다고 밝혔다.

정보영 연세대 세브란스병원 교수

압전나노발전기는 화학작용으로 전기를 생산하는 기존 배터리와 달리 압력이나 구부러짐 등 물리적인 힘만으로 전기를 생산하는 압전물질을 이용해 만든 소형 발전기를 말한다. 압전물질은 2000년대 중반부터 물질 분야에서 관심을 받아온 소재로, 연구팀은 ‘단결정 피엠엔-피티(PMN-PT)’라는 압전 박막으로 8.2볼트의 전압과 0.22밀리암페어의 전류를 생산할 수 있는 나노발전기를 만들었다.

이건개 교수는 “이는 기존 소자보다 40배 가까이 많은 전력 생산 능력을 가졌다는 것을 말한다. 이 정도의 전력이면 현재 임상에서 적용하고 있는 인공심장박동기를 충분히 가동할 수 있다”고 말했다. 현재 심장박동기와 파킨슨병 치료용 전기자극기 등 생체이식형 의료기기 시술은 미국에선 한해 2만건, 한국도 한해 500건에 이른다. 하지만 전기를 공급하는 배터리를 몇개월에서 몇년 주기로 갈아줘야 해 노약자의 경우 시술 도중 감염·출혈 등 위험이 크다. 심장박동기 시장은 미국 의료기기 기업 메드트로닉스가 독점하고 있으며 연간 매출이 10조원에 이른다.

재료 분야 유명 학술지인 <어드밴스트 머티리얼스> 7월23일치(현지시각) 표지

연구팀은 압전나노발전기를 전극에 연결하고 자극바늘을 실험 쥐의 심장에 고정시킨 뒤 발전기를 굽혔다 펴니 쥐의 심전도가 변하는 모습을 관찰했다고 밝혔다. 이를 이용하면 쥐의 심장 박동을 규칙적으로 만들 수 있다.

이 교수는 “압전나노발전기를 심장박동기에 사용할 수 있을뿐더러 남는 에너지로 심장의 실시간 모니터링을 할 수 있다. 이로써 부정맥과 같은 심장의 이상 증후를 미리 진단해 심장마비 등을 예방할 수 있을 것”이라고 말했다. 현재 임상에 적용되는 심장박동기는 에너지 존속 기간을 늘리느라 블랙박스 정도를 가동할 뿐 예방을 위한 사전 진단시스템까지는 가동하지 못하고 있다.

연구팀의 성과는 재료 분야 유명 학술지인 <어드밴스트 머티리얼스> 7월23일치(현지시각) 표지논문으로 실렸다.

이근영 선임기자 [e-mail]