나노기술 및 정책 정보

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● 고려대학교의 조진한 교수, 권정훈 박사, 미국 Georgia Tech의 이승우 교수 연구팀이 물 속에 녹아 있는 효소를 기름 속에 분산되어 있는 금속 나노입자와 결합하는 새로운 양친화성 어셈블리 방법을 바이오 시스템에 도입하고 효소를 전극 위에 안정적으로 고정하여 직접 전자전달 방식의 고성능 바이오 연료전지를 개발

● 기존의 바이오 연료전지는 전력 생산 효율이 매우 낮고 생체 내에서 구동 안정성이 좋지 않을 뿐만 아니라 유연성과 물리적 특성도 좋지 않아 실제 응용에는 많은 한계가 존재했기 때문에 이러한 전력 성능과 안정성을 동시에 향상하는 것이 바이오 연료전지 분야에서의 해결해야 할 핵심과제임.

● 이에 연구팀은 물속에 녹아 있는 효소를 기름 속에 분산되어 있는 금속 나노입자와 결합하는 새로운 양친화성 어셈블리 방법을 바이오 시스템에 도입하였고, 효소를 전극 위에 안정적으로 고정하여 직접 전자전달(direct electron transfer) 방식의 고성능 바이오 연료전지를 개발

● 특히, 이번에 개발된 직접 전자전달 방식의 바이오 연료전지 전극은 기존에 가장 높은 성능을 보일 수 있다고 알려진 메디에이터(mediator) 방식의 전극보다 최대 전류생성 성능이 2배 정도 더 높음을 확인

● 또한, 이번에 개발된 직물형 바이오 연료전지의 전력 생성성능은 네 개의 셀을 직렬로 연결하여 테스트하였을 때, 기존 바이오 연료전지의 성능을 25배 이상 증가

● 해당 연구로 개발된 양친화성 어셈블리 기반의 바이오 연료전지 전극은 생체와 유사한 체액 내에서 구동 안정성과 전력생산 효율이 획기적으로 뛰어나므로 높은 전하전달 현상을 요구하는 고성능 바이오센서나 생체 삽입형 의료기기의 전력공급원으로 폭넓게 사용될 수 있을 것으로 기대

※ 용어설명

- 양친화성 어셈블리(amphiphilic assembly): 효소와 금속 나노입자 표면 간의 강한 친화력을 기반으로 추가적인 물질 삽입 또는 표면처리 없이 효소와 금속 나노입자 층을 교차로 적층하면서 박막 형태의 기능성 복합체를 제작할 수 있는 나노제조기술

※ Applied Physics Reviews 게재(2022.05.24.), “High-Performance Hybrid Biofuel Cells Using Amphiphilic Assembly-Based Enzyme Electrodes”