삼키는 전자기기 배터리, 위장관에서 작동한 뒤 분해될까
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삼키는 전자기기에 전기를 공급한 배터리는 사용 후 어디로 갈까? MIT 연구진은 위액과 비슷한 용액에서 작동한 뒤 분해되는 배터리를 만들고, 동물 실험에서 위 자극 캡슐과 위치 신호를 보내는 태그에 전력을 공급했다.
AI 개념 이미지: 위장관 속 섭취형 기기와 생체흡수성 배터리의 관계를 보여준다. 실제 기기나 실험 장면을 촬영한 사진은 아니다.
생체흡수성 배터리는 어떻게 구성했나
배터리의 두 전극에서는 전기를 내는 반응이 일어난다. 연구진은 소량 섭취 시 안전한 재료인 마그네슘을 음극에, 삼산화몰리브덴을 양극에 썼다. 두 전극 사이에는 전하를 띤 입자가 이동하는 통로인 이온성 액체 젤 전해질을 넣었다.
전해질을 포함한 배터리 시스템 전체가 몸속에서 분해·흡수될 수 있다는 것이 연구진의 설명이다. 이런 성질을 생체흡수성이라고 한다. 전력을 내는 부품만 바꾸는 데 그치지 않고 배터리 전체의 사용 후 상태를 다룬 설계다.
MIT 연구진은 용도에 맞춰 지름 7.5mm인 원반형과 길이 24mm인 직사각형 막대형 배터리를 설계했다. 막대형은 위를 자극하는 기기에, 원반형은 신호를 보내는 태그에 적용했다. 같은 전원이라도 들어갈 기기에 따라 모양이 달랐다.
위액 유사 용액에서 작동과 분해는 어떻게 달랐나
MIT 연구진은 배터리를 위액과 비슷한 강산성 용액에 노출했다. 그 안에서 약 3일간 정상 작동했고, 이후 성능이 서서히 떨어졌다. 완전히 분해되는 데에는 몇 주가 걸렸다. 전원을 쓰는 기간과 재료가 사라지는 기간을 구분해 읽어야 하는 결과다.
위 자극 기기는 위 안쪽 점막에 작은 전류를 전달하도록 설계됐다. 초기 버전에는 산화은 코인 배터리 두 개가 들어갔지만, 연구진은 직사각형 생체흡수성 배터리를 적용했다.
MIT 연구진은 새 배터리가 이 기기의 연속 전기 자극을 최대 3일간 유지할 만큼 전력을 공급함을 보였다. 동물 실험에서는 위 안쪽을 20분간 자극했을 때 식욕 호르몬인 그렐린 수치가 약 50% 높아졌다. 이 수치는 해당 실험에서 관찰한 호르몬 반응이다.
RFID 태그에는 무엇이 달라졌나
다른 적용 대상은 위장관 안에서 위치를 알리는 RFID 태그다. RFID는 전파로 정보를 주고받는 방식이다. 연구진은 몰리브덴과 셀룰로스로 만든 생체흡수성 태그에 원반형 배터리로 전력을 공급했다.
앞선 SAFARI 시스템은 주변에서 얻은 에너지로 움직이는 수동형 태그를 썼고, 통신 거리에 제한이 있었다. MIT 연구진에 따르면 새 배터리를 쓴 기기는 동물 실험에서 위장관 안으로부터 연속 신호를 최대 1.5m까지 보냈다. 거리는 그 실험에서 신호가 닿은 범위를 뜻한다.
아이컨택은 섭취형 기기를 살필 때 배터리의 분해와 기기 전체의 분해를 따로 확인해야 한다고 본다. 이번 위 자극 기기에서도 인쇄회로기판은 생체흡수성 구성의 예외로 남았다. 흡수되지 않는 부품은 위장관을 지나 배출될 수 있다는 것이 연구진의 설명이다.
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