종이 위의 미세유체 연료전지의 개발로, 의학용 진단장치가 한 단계 더 진보할 것으로 예상된다.

이 연구결과는 분석될 동일한 생물학적 샘플 즉, 혈관의 포도당이나 오줌의 요소 등에서 전원을 공급받을 수 있는 자동 진단장치를 위한 기반을 제공한다.

이번 개발은 스페인 국립 마이크로일렉트로닉스 센터 바르셀로나 연구소(CSIC, Barcelona Microelectronics Institute of the National Microelectronics Centre) 쥬앙 파블로 에스퀴벨(Juan Pablo Esquivel) 박사와 동료들이 창조한 종이에 기반을 둔 마세유체 연료전지는, 측면유동(lateral flow) 시험용 스트립의 편리함과 단순성에 영감을 받아 외부의 펌핑 없이 반응물을 운송하는 모세혈관 확산(capillary diffusion)을 이용한다.

그렇지만, 전력공급을 위해 작은 버튼-셀(button-cell) 축전지에 의존하는 많은 상업용 측면유동 시험과는 달리, 에스퀴벨 박사가 개발한 시스템은 추가적인 외부 전력소스가 불필요하다. 종이 미세유체 시스템은 펌프의 필요성을 제거함으로써 휴대용 장치에 단순화된 유체 취급을 가능케 한다.

에스퀴벨 박사는 "이러한 많은 장치들은 여전히 측정을 수행하고 그 결과를 알려줄 때 외부 리더기에 의존한다"며 "같은 일회용 패키지 내에 전력소스를 통합시키는 것은 우리가 외부의 또 다른 장치를 구비하지 않고도 진단장치를 운영하는 것이 가능하도록 한다"고 설명했다.

연료전지는 연료를 전기로 변환시키기 위해 결정화된 전자화학적 반응을 이용한다. 에스퀴벨 박사가 개발한 시스템 내의 종이는 연료전지를 위해 수산화칼륨 전해질(potassium hydroxide electrolyte)과 메탄올 연료 모두를 저장하고 있지만, 이번 경우의 실험에서는 샘플이 추가된 상태에서 그것을 혼합 전기를 생산했을 뿐이다.

즉 물은 고체 수산화칼륨을 분해하고, 그다음 메탄올과 전극 쪽을 향해 흐른다. 이것은 시험될 샘플의 추가가 반응을 트리거시켜 진단장치를 구동시킬 정도의 전력을 생산함을 의미한다.

스위스 취리히 아이비엠 리서치(IBM Research) 진단장치 전문가인 엠마뉴엘 델라마르셰(Emmanuel Delamarche)씨는 "이 시스템이 매우 영리하다"며 "당신이 무엇인가를 배울 때 완벽하게 인지할 수는 있지만 그것을 인식하고 시행한다는 것은 아마도 쉬운 일이 아닌 것처럼, 이번 기술개발은 이러한 유형의 작업"이라고 말했다.

실제로, 수동적인 종이 장치를 사용해 전자화학적 반응을 현실화시킨다는 것은 전해질의 흐름과 반응물질의 확산과 분해 사이에 많은 동기화가 필요하다.

이 기술은 화학물질이 외부 액추에이션에 의존하지 않고 언제 어디로 갈 것인지를 결정하는 타이밍의 문제다.

델라마르셰씨는 "이번 개발된 연료전지에 의해 전송된 전력이 몇 분 동안 지속됨에 따라, 신속한 데이터 캡처는 충분히 가능하지만 생물화학적 반응의 지속적인 모니터링을 위해 필요한 시험은 도전적인 작업이 될 것"이라고 덧붙였다.

에스퀴벨 박사팀은 종이 장치를 위한 증명된 콘셉트로서 메탄올 연료전지를 사용했지만, 현재는 많은 생물학적 소스로서 많이 각광받고 있는 포도당과 작동될 수 있는 전극 결정체에 대한 수정 연구를 진행 중이다. 
 

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