녹조류가 광합성할 때 생성되는 광합성 전자를 효율적으로 추출하는 기술이 개발됐습니다. 연세대학교 류원형 교수와 김용재 대학원생 연구팀이 녹조류로 만든 세포 필름에 수많은 바늘모양 전극을 붙여 장기간 많은 수의 녹조류 세포에서 광합성 전류를 추출할 수 있게 됐다고 합니다. 이 기술은 향후 신재생 에너지 분야에서 지대한 역할을 수행할 것으로 기대됩니다.
식물 세포는 광합성을 통해 태양에너지를 전기화학에너지로 변환합니다. 높은 에너지 변환 효율을 가진 광합성 과정에서 전기 에너지를 추출하고자 하는 연구들은 계속 진행돼왔습니다. 특히, 광합성에 의해 발생하는 전자를 식물 세포의 생장 또는 다른 대사 사이클에 적용되기 전 단계에서 직접 추출하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 그러나 아직까지 세포 포획과 전극 삽입이 간단하지 않아 대량의 전류를 추출하기 어렵다는 한계가 있었습니다.
연구팀은 녹조류 세포를 한 번에 쉽게 다룰 수 있도록 단일층의 세포 필름을 제작했습니다. 또한 바늘 모양의 나노 전극이 조밀하게 배열된 기판을 개발해 대량의 조류 세포에 삽입할 수 있게 했습니다. 연구팀은 나노 전극 기판 위에 세포 필름을 샌드위치처럼 올려놓고, 압력 가해 수많은 조류에 동시에 전극을 삽입해 전류를 추출할 수 있었습니다.
개발된 기술로 나노 전극 기판 1제곱센티미터(cm2)의 작은 면적 위에서 약 10만개 이상의 조류세포의 전류를 추출할 수 있었습니다. 그 결과 전기화학적 중계물질 없이 100나노암페어(nA) 이상의 광합성 전류가 추출됐고 약 1주일 간 세포의 기능이 유지됐습니다.
이 연구 결과는 이전 연구에서 한계점으로 지적됐던 다수 세포 동시 삽입의 기술적, 시간적 문제를 해결했습니다. 또한, 단순화된 방법으로 대량의 세포에 전극을 삽입하고 광합성 전류량을 비약적으로 향상시킴으로써 실용적 기술로의 첫 단추를 꿰었다는 점에서 의미가 있습니다.
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"이라며 연구의 의의를 설명했습니다. 이 연구는 국제학술지 <바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스>에 게재됐습니다.
