자가 치유 젤리 배터리: 전기 뱀장어에서 영감 받아 만들어져 부드럽고 신축성이 뛰어나다.

케임브리지 대학의 연구자들은 전기세포라고 불리는 변형된 근육 세포로 먹이를 기절시키는 전기 뱀장어에서 영감을 얻었다.

전기세포와 마찬가지로 케임브리지 연구진이 개발한 젤리 같은 물질은 끈끈한 레고처럼 층상 구조를 갖고 있어 전류를 전달할 수 있다.

자가 치유 젤리 배터리는 전도성에 영향을 주지 않고 원래 길이의 10배 이상까지 늘어날 수 있다. 이러한 신축성과 전도성이 단일 소재에 결합된 것은 이번이 처음이다. 결과는 Science Advances 저널에 보고되었다.

젤리 배터리는 60% 이상의 물을 함유한 폴리머의 3D 네트워크인 하이드로겔로 만들어졌다. 폴리머는 젤리의 기계적 특성을 제어하는 ​​가역적인 온/오프 상호작용에 의해 함께 고정된다.

기계적 특성을 정확하게 제어하고 인간 조직의 특성을 모방하는 능력으로 인해 하이드로겔은 소프트 로봇 공학 및 생체 전자 공학에 이상적인 후보가 된다. 그러나 이러한 응용 분야에서는 전도성과 신축성이 모두 필요하다.

이미지 출처: 캠브리지 대학교

"신축성이 뛰어나고 전도성이 높은 재료를 설계하는 것은 일반적으로 두 가지 특성이 서로 상충되기 때문에 어렵다."라고 캠브리지 화학과 유수프 하미드 부서의 첫 번째 저자 스티븐 오닐(Stephen O'Neill)이 말했다. "일반적으로 재료가 늘어나면 전도성이 감소한다."

일반적으로 하이드로겔은 중성 전하를 갖는 폴리머로 만들어지지만, 전하를 가하면 전도성이 될 수 있다고 공동 저자이자 화학과 소속인 제이드 맥큔(Jade McCune) 박사는 말했다. "그리고 각 젤의 염 성분을 변경함으로써 우리는 젤을 끈적하게 만들고 여러 층으로 함께 으깨어 더 큰 에너지 잠재력을 구축할 수 있다."

기존 전자 장치는 전자를 전하 운반체로 사용하는 견고한 금속 재료를 사용하는 반면, 젤리 배터리는 전기 뱀장어처럼 이온을 사용하여 전하를 운반한다.

하이드로겔은 분자 수갑과 같은 쿠커비투릴이라는 통 모양의 분자를 사용하여 서로 다른 층 사이에 형성될 수 있는 가역적 결합으로 인해 서로 강하게 달라붙는다. 분자 수갑이 제공하는 층 간 강한 접착력 덕분에 젤리 배터리는 층이 분리되지 않고, 결정적으로 전도성 손실 없이 늘어날 수 있다.

젤리 배터리의 특성으로 인해 젤리 배터리는 부드럽고 인체 조직에 잘 어울리기 때문에 향후 생체의학 임플란트에 사용할 가능성이 높다. 멜빌 고분자 합성 연구소 소장이자 공학부 조지 말리아라스(George Malliaras) 교수와 공동으로 연구를 주도한 오렌 셰르만(Oren Scherman) 교수는 “우리는 하이드로겔의 기계적 특성을 맞춤화하여 인간 조직과 일치시킬 수 있다”고 말했다.

"히드로겔 임플란트는 금속과 같은 단단한 구성 요소를 포함하지 않기 때문에 신체에 의해 거부되거나 흉터 조직이 쌓일 가능성이 훨씬 적다."

부드러움 외에도 하이드로겔은 놀랍도록 견고하다. 원래 모양을 영구적으로 잃지 않고 찌그러져도 견딜 수 있으며, 손상되면 자가 치유할 수 있다.

연구원들은 다양한 의료 응용 분야에 대한 적합성을 평가하기 위해 살아있는 유기체에서 하이드로겔을 테스트하는 향후 실험을 계획하고 있다.