(Using materials that are safe for human consumption, MIT researchers have created tiny batteries that could be used to power ingestible electronic devices. The entire battery is bioresorbable, meaning that it can be fully broken down and absorbed by the body. Credit: Massachusetts Institute of Technology)
인체에서 질병을 치료하거나 진단하는 마이크로 로봇은 이제 점점 현실이 되고 있습니다. 하지만 동시에 여전히 극복하기 어려운 현실도 있습니다. 예를 들어 배터리가 그런 경우입니다. 몸속에서 몇일 간 작동할 수 있으면서 임무가 끝나면 안전하게 생분해될 수 있는 배터리는 상당한 기술적 도전이었습니다.
MIT 기계공학과 교수이자 브리검 여성 병원의 전문의이고 MIT와 하버드 브로드 연구소의 준회원인 지오반니 트라베르소 교수 (Giovanni Traverso, a professor of mechanical engineering at MIT, a gastroenterologist at Brigham and Women's Hospital, and an associate member of the Broad Institute of MIT and Harvard) 연구팀은 생분해성 배터리를 개발했습니다.
지난 10년 동안 트라베르소 교수 연구팀은 생체 신호를 모니터링하고, 다양한 약물을 투여하거나 혹은 마약류 과다 복용을 감지할 수 있는 캡슐을 개발했습니다. 이런 장치 중 일부는 배터리 없이 외부 전력으로 작동할 수 있습니다. 다만 일부 장치는 배터리가 필요한 데 리튬, 산화은 또는 기타 금속을 포함한 배터리는 보호 코팅이 손상될 경우 인체에 위험을 초래할 수 있습니다.
그래서 연구팀은 소량 섭취 시 인체에 안전한 금속을 사용했습니다. 양극과 음극 소재로 마그네슘과 삼산화몰리브덴 (magnesium and molybdenum trioxide)을 사용한 이 생분해성 배터리는 1.84볼트의 전력을 수일 간 공급할 수 있습니다. 연구팀은 이 배터리가 동물에서 두 가지 장치에 전력을 공급한 후 안전하게 분해되는지 테스트했습니다.
물론 이 장치는 배터리 이외에 다른 부분도 완전히 분해되거나 무해하게 위장관 밖으로 배설될 수 있습니다. 연구팀은 다양한 용도에 사용할 수 있도록 지름 7.5mm의 원반형과 길이 24mm의 직사각형 막대형, 두 가지 버전의 배터리를 설계했습니다.
연구팀은 배터리가 위장관에서 어떻게 작용하는지 알아보기 위해 먼저 위액과 유사한 고산성 용액에 배터리를 노출시켰습니다. 테스트 결과 이 배터리는 약 3일 동안은 정상적으로 작동하다가 그 후 성능이 서서히 저하되기 시작했고, 몇 주 안에 작동을 멈췄습니다.
연구팀은 우선 직사각형 배터리를 2023년에 처음 발표한 생분해성 장치에 통합했는데, 이 장치는 위벽에 미세한 전류를 전달하는 장치로 위 내분비 세포를 자극하여 그렐린을 생성하게 만듭니다. 그렐린은 메스꺼움이나 식욕 부진을 동반하는 질병, 예를 들어 악액질(암이나 기타 만성 질환 환자에게 발생할 수 있는 체중 감소) 치료에 도움이 될 수 있습니다.
이번 연구에서 연구팀의 생분해성 배터리는 최대 3일 동안 지속적인 전기 자극을 가했습니다. 동물 실험 결과는 위장 내에서 20분간 자극을 가했을 때 그렐린 수치가 약 50% 증가함을 보여줬습니다. 두 번째로 연구팀은 이 배터리를 RFID 장치에 통합했습니다. 이 캡슐은 몰리브덴과 셀룰로오스로 만들어진 생분해성 RFID 태그를 통해 위장관 내에서 자신의 위치 정보를 전송할 수 있습니다.
이전에 연구팀은 SAFARI라는 RFID 시스템을 개발했는데 이는 자체 전력이 없는 수동형 RFID 태그로 통신 범위가 짧았습니다. 하지만 생분해성 배터리와 통합된 RFID 태그는 위장관에서 지속적으로 데이터를 전송할 수 있으며, 전송 거리도 최대 1.5미터로 늘었습니다. 덕분에 더 다양한 상황에서 응용이 가능할 것으로 기대됩니다.
앞으로 인체에서 실제로 안전성을 검증할 수 있다면 인체 내에서 활약하는 마이크로 로봇의 쓰임새가 늘어날 수 있을 것으로 기대합니다.
참고
https://medicalxpress.com/news/2026-09-batteries-safely-gi-tract-ingestible.html
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