헬스케어(healthcare)가 점차 개인화되어감에 따라 연구자들은 지속적인 기준으로 신체를 모니터링하는 새로운 방법을 개발하고 있다. 입을 수 있는 바이오센서가 하나의 해결책이 될 수 있지만 보다 효과적으로 이들이 이용되기 위해서는 휴대용 전력이 필요하다. 배터리의 필요성을 줄이기 위해, 캘리포니아대 연구팀은 땀(sweat)으로부터 전기를 만들어내어 에너지를 발생시키는 바이오연료 전지 타투(biofuel cell tattoo)를 개발하는데 성공했다.

오늘날, 많은 연구자들이 혈류에 존재하는 글루코오스(glucose)와 산소로부터 에너지를 생산하는 시스템에 대해 연구하고 있다. 그러나, 이들은 침습적(invasive)이며 신체로 이식되어야 할 필요가 있다. 캘리포니아대 샌디에이고 캠퍼스(University of California San Diego) 소속의 연구자들은 인간의 피부에서 발견되는 연료-땀 속에 존재하는 락틱산(lactate)-를 이용해 이러한 문제를 해결하고자 했다.

락틱산은 신체가 호기성 호흡(aerobic respiration)으로 충분한 양의 에너지를 얻을 수 없을 때 발생한다. 혐기성 호흡(Anaerobic respiration)이 시작되면 글루코오스나 글리코겐은 락틱산으로 변환되며 이 과정에서 에너지를 발생시킨다. Joseph Wang과 그의 연구팀은 락틱산을 피루베이트(Pyruvate)로 산화시키기 위한 목적으로 음극에 락틱산 산화효소를 이용하는 바이오연료를 만들어내기 위해 이러한 원리를 이용했다. 백금 입자를 기반으로 하는 양극은 존재하는 산소의 양을 줄여주어 전지에 전력을 공급할 수 있게 한다.

Wang과 그의 연구팀은 인간을 대상으로 그 전지를 실험해보았으며 일회용 타투(스티커)의 형태로 운동을 하고 있는 사람의 팔에 이를 적용시켜보았다. 그 결과 Wang은 이를 통해 만들어지는 전력이 5~70μW cm-2정도임을 발견할 수 있었다. 건강한 사람들은 훨씬 적은 양의 락틱산을 배출했으며 결과적으로 만들어지는 전기의 양도 적었다. 그러나, Wang은 이들에게 에너지 저장 장치가 결합되어 있는 바이오연료 전지가 적합할 것이라고 제안했다. 그는 또한 “건강한 사람의 경우 계속해서 타투 바이오연료 전지를 입는다면 이들을 통해 에너지를 저장할 수 있을 것이다. 시간이 지남에 따라, 저장된 에너지는 다른 전자기기에 전력을 공급하는데 이용될 수 있다”고 말했다.

프랑스 그로노블대(University of Grenoble)에서 이식이 가능한 바이오연료 전지에 대해 연구 중인 Serge Cosnier는 이번 연구가 상당히 가치가 있다고 생각했다. 다른 페이스메이커와 달리, 바이오연료 전지는 멸균하고 몸 속에 삽입되기 어렵다. Wang의 이번 연구는 이러한 단점을 해결하는데 큰 도움을 줄 수 있다. 또한, 프린팅된 전지에 의해 이용되는 산소의 양이 제한적이다. 유타대(University of Utah)의 Shelley Minteer 역시 “이 기술은 몸 속에 침습적으로 삽입될 필요가 없으며 자가 전력이 가능한 센서를 제공한다”고 말했다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 [W Jia et al, Angew. Chem., Int. Ed., 2013, DOI: 10.1002/anie.201302922]를 참고하기 바란다.

그림1: 타투(tattoo)의 경우 몸을 수축하거나 늘려도 변하지 않는다.