소형 생체융합기기 및 로봇공학용 배터리

옥스퍼드 대학 연구원들은 심장 조직의 제세동 및 페이싱을 포함한 다양한 생물의학적 응용 분야에서 사용할 수 있는 소형 소프트 배터리를 실현하기 위한 중요한 진전을 이루었습니다. 이 연구는 오늘 저널 Nature Chemical Engineering에 게재되었습니다.

몇 밀리미터보다 작은 초소형 스마트 기기를 개발하려면 그에 맞게 작은 전원이 필요합니다.

생물학적 조직과 상호작용하는 최소 침습적 생물의학 장치의 경우, 이러한 전원은 부드러운 소재로 제작되어야 합니다.

이상적으로는 이러한 제품은 높은 용량, 생체 적합성 및 생분해성, 작동 가능한 활성화, 원격 제어 기능과 같은 특징을 갖춰야 합니다.

지금까지 이러한 모든 요구사항을 동시에 충족시킬 수 있는 배터리는 없습니다.

이러한 요구 사항을 충족하기 위해 옥스퍼드 대학교 화학과와 약리학과의 연구자들은 생체적합성 하이드로젤 물방울로 구성된 소형의 부드러운 리튬 이온 배터리를 개발했습니다.

같은 연구진이 작년에 Nature 저널에 보고한 기술인 계면활성제 지원 조립(비누와 같은 분자의 도움을 받는 조립)은 10나노리터 부피의 미세한 물방울 3개를 연결하는 데 사용되었습니다.

두 끝단에 각각 포함된 서로 다른 리튬 이온 입자가 출력 에너지를 생성합니다.

'저희의 물방울 배터리는 빛으로 활성화되고, 충전이 가능하며, 사용 후 생분해됩니다.

'지금까지 가장 작은 하이드로겔 리튬 이온 배터리이며 뛰어난 에너지 밀도를 가지고 있습니다.' 연구를 주도한 옥스퍼드 대학교 화학과의 유지아 장 박사가 말했습니다. 그는 로잔 연방공대의 초임 조교수이자 이번 연구의 수석 연구원입니다.

'우리는 합성 세포 사이에서 대전된 분자의 움직임에 동력을 공급하고, 생쥐 심장의 박동과 제세동을 제어하기 위해 물방울 배터리를 사용했습니다.

움직임을 제어하기 위해 자기 입자를 포함시킴으로써 배터리는 이동식 에너지 ​​운반체 역할도 할 수 있습니다.'

개념 증명 심장 치료는 심장 부정맥 분야의 수석 전기 생리학자인 밍 레이(Ming Lei) 교수(약리학과)의 연구실에서 수행되었습니다.

그는 "심장 부정맥은 전 세계적으로 사망의 주요 원인"이라고 말했습니다.

'동물 모델에서의 개념 증명 적용은 부정맥 관리를 위한 무선 및 생분해성 장치의 새로운 길을 보여줍니다.'

연구의 연구 그룹 리더인 헤이건 베일리 교수(화학과)는 "이 작은 소프트 리튬 이온 배터리는 장 박사가 개발한 일련의 마이크로 스케일 전원 팩 중 가장 정교한 제품이며, 생리적 조건에서 작동할 수 있는 생체 적합 전자 기기에 대한 놀라운 미래를 보여줍니다."라고 말했습니다.

연구자들은 옥스포드 대학교 혁신을 통해 특허 출원을 제출했습니다. 그들은 특히 생물 응용 분야를 위한 소규모 로봇과 관련된 작은 다재다능한 배터리가 임상 의학을 포함한 다양한 분야에서 새로운 가능성을 열어줄 것으로 예상합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241025122622.htm