녹조류 세포에서 광합성 전류 추출 기술 개발

나노전극기판 1cm2서 10만개 이상 조류세포 전류 추출

▲나노 전극이 삽입된 조류세포 필름 및 광합성 전자 추출 모식도
ⓒ한국연구재단

연세대 류원형 교수와 김용재 대학원생 연구팀이 녹조류로 만든 세포 필름에 수많은 바늘모양 전극을 붙여 장기간 많은 수의 녹조류 세포에서 광합성 전류를 추출하는 기술을 개발했다.

식물세포는 광합성을 통해 태양에너지를 고효율로 전기화학 에너지로 변환하는데, 이 광합성 과정에서 전기에너지를 추출해 활용하려는 연구가진행되고 있다.

그러나 아직까지는 세포 포획과 전극 삽입이 어려워 대량의 전류를 추출하는 데는 한계가 있다.

연구팀은 녹조류 세포를 한 번에 쉽게 다룰 수 있도록 단일층의 세포 필름을 제작했다.

또 바늘모양의 나노 전극이 조밀하게 배열된 기판을 개발해 대량의 조류세포에 삽입할 수 있게 했다. 나노 전극 기판 위에 세포 필름을 샌드위치처럼 올려놓고 압력을 가하면 수많은 조류에 동시에 전극이 삽입되어 전류를 추출한다.

개발된 기술로 나노 전극 기판 1 제곱센티미터(cm2)의 작은 면적 위에서 약 10만개 이상의 조류세포의 전류를 추출할 수 있다.

그 결과, 전기화학적 중계물질 없이 100 나노암페어(nA) 이상의 광합성 전류가 추출되었고, 약 1주일 간 세포의 기능이 유지됐다.

▲류원형 교수 ⓒ한국연구재단

류원형 교수는 “개발된 세포 필름을 이용한 나노 전극 동시 삽입 및 대면적 광합성 전자 추출 기술은 조류세포와 같은 식물세포를 이용한 태양광 에너지 변환 시스템이 실험실 단계를 벗어나 실용화 단계로 나아갈 수 있는 첫 걸음”이라고 설명했다.

이 연구 성과는 국제학술지 바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics) 10월 15일자 논문으로 게재됐다.

(논문명 : Scalable long-term extraction of photosynthetic electrons by simple sandwiching of nanoelectrode array with densely-packed algal cell film)