LED 패치로 몸속 기기 전력 공급

▲(왼쪽) 생체 조직(손가락)을 통과하는 마이크로 LED 적색광 사진, (오른쪽) 유연성 마이크로 LED 패치에서 피부를 통해 빛을 조사하는 사진. [GIST 제공]

국내 연구진이 피부형 작은 LED 패치를 이용해 몸속에서 전기를 얻는 기술을 개발했다.

광주과학기술원(GIST) 기계공학부 이종호 교수 연구팀이 피부에 직접 부착해 인체 내 전력 전송을 위한 유연한 마이크로 LED 패치를 개발했다. 

이번 연구 성과로 향후 간단한 패치 형태로 옷 속이나 야간에도 빛을 매개로 인체삽입 헬스케어 기기에 능동적으로 전력을 공급할 수 있다. 또한 마이크로 LED 패치는 피부에 부착하여 치료 및 미용 용도로도 활용할 수 있다.

연구 결과(논문명: Active Photonic Wireless Power Transfer into Live Tissues)는 미국 국립과학원회보(PNAS)에 7월 6일(현지시각) 온라인 실렸다. 

▲마이크로LED를 이용한 전력공급과정 개념도. 피부 부착 마이크로LED 패치에서 발광 된 빛이 생체 조직을 투과하고 피하의 삽입형 헬스케어기기에 통합된 태양전지에서 광전류(photocurrent)를 생성한다. [GIST 제공]

인체삽입 헬스케어 기기 출현의 가장 큰 제약 중 하나는 인체 내 전력량 부족 문제다. 이를 위해 최근에 주변 빛을 흡수하여 발전할 수 있는 인체 삽입 태양전지 관련 연구가 진행되고 있으나 실내, 야간, 또는 삽입된 부위가 옷으로 가려질 경우 광량이 부족하여 충분한 전력을 생산할 수 없다는 한계가 있다.

하지만 연구팀은 마이크로 LED 패치를 피부에 직접 부착해 태양전지가 통합된 인체 삽입 기기에 능동적으로 전력을 공급할 수 있다. 

연구팀은 적색 및 근적외선 영역(파장: 650nm 이상)의 빛이 상대적으로 생체 조직 투과율이 높다는 사실에 기반하여 적색 마이크로 LED(파장: 670 nm) 패치를 제작했다. 패치에서 발생시킨 빛은 생체 조직을 투과하고 태양전지에 도달해 광전류(photocurrent)를 생성시킨다. 이는 날씨, 실내, 야간과 관계없이 생체 내에서 전력 공급이 가능하게 한다. 특히 패치는 복잡한 회로 없이 시중에서 쉽게 구할 수 있는 건전지를 이용하여 구동할 수 있다.

연구팀은 동물 실험을 통해 쥐 피부에 부착된 마이크로 LED 패치는 피하에 삽입된 작은 면적(0.11cm2)의 태양전지에 8.2 µW의 전력을 공급할 수 있다는 것을 확인했다. 

이는 이미 일부 상용 심장의 부정맥을 치료하기 위해 주기적인 전기 자극을 줄 수 있는 삽입형 헬스케어 기기인 심박조율기(pacemaker, 소비전력: 1~10µW)를 구동할 수 있는 전력이다. 또한 면적을 늘리는 간단한 방법만으로도 전력량을 더욱 증가시킬 수 있다.

김한비 기자 itnews@