전력 생산하는 인공버섯

양송이 버섯에 전력 생산하는 남세균 잉크와 전기 수집하는 그래핀 나노리본 잉크 입혀
그래핀 리본으로 이뤄진 전극 네트워크 (가지 뻗친 형태)와 남세균(나선형)의 3D 프린트 잉크를 버섯에 입혀 바이오 전력을 생산한다. / 사진:AMERICAN CHEMICAL SOCIETY

박테리아와 그래핀 나노리본을 이용해 전력을 생산하는 인공버섯이 개발됐다. 지금은 어떤 기기를 돌릴 만큼 많은 전력을 생산하지는 못하지만 이 기술의 시연은 광범위한 개발과 바이오 전력 활용의 촉매제가 될 수 있다.

미국 뉴저지주 스티븐스공대 연구팀은 인근 슈퍼마켓에서 양송이 버섯(button mushroom)을 구입해 3D 프린터로 만든 2종의 전자 잉크를 입혔다. 하나는 햇빛으로 에너지를 생산하는 박테리아가 담겼고 다른 하나는 전류를 수집하는 그래핀 나노리본이 담겼다. 남세균(cyanobacteria)으로 불리는 박테리아는 전력을 생산하는 것으로 알려졌지만 인공표면에서 수명이 길지 않아 공학기술에 응용하는 데 한계가 있다.

학술지 나노 회보(Nano Letters)에 발표된 논문에서 연구팀은 남세균이 버섯 표면에서 어떻게 살아남을 수 있는지 보여줬다. 박사후 연구원이자 논문 작성자 중 한 명인 수딥 조시는 두 개의 미생물 왕국을 통합하는 혼성 시스템을 어떻게 구축해 전력을 생산할 수 있는지 최초로 입증한 연구라고 말했다.

조시 팀은 버섯을 숙주로 하는 미생물집단이 풍부해 남세균의 숙주로서 그 잠재력을 조사했다. 남세균이 생존하기에 알맞은 환경을 버섯이 제공할 잠재력을 갖고 있다는 의미다. 그들은 버섯에 그래핀 리본을 입혀 전극 네트워크를 형성한 뒤 바이오잉크를 입혔다. 연구팀이 버섯에 빛을 비추자 전력이 생산되기 시작했다. 그는 “버섯에 빛을 비추면 남세균의 광합성 메커니즘이 가동돼 바이오 전자를 만들어낸다”고 뉴스위크에 말했다. 생산된 전압은 65나노앰프(nanoAmps, 1나노앰프는 1암페어의 10억분의 1)에 불과했다. 대단히 작으며 작은 전기기기도 돌릴 수 없다. 그러나 인공 버섯 네트워크 전체는 LED 전구에 불이 들어오게 할 만큼 전력을 생산할 수 있다.

조시 연구원은 “박테리아 같은 미생물의 세계, 스마트 전자 나노물질(그래핀 나노리본), 그리고 균류 간의 3차원 인터페이스를 설계하고 정확히 만들어내는 방법을 보여주려는 게 연구의 목표”였다고 말했다. 연구에서는 남세균이 살아남아 광합성을 통해 에너지를 공급할 수 있음을 입증했다. 그는 “우리 연구는 미생물 왕국과 스마트 전자 나노물질 간의 3차원 인터페이스를 설계하고 정확히 구성하는 방법을 보여주는 원리증명 실험”이라고 설명했다. “광전류 생성은 그런 ‘맞춤형 혼합 구조’의 응용 측면을 보여주는 사례였다. 그러나 우리는 이런 인공 버섯을 연달아 배열하면 LED를 설치한 저전력 표면에 불을 밝힐 수 있다고 본다. 더 높은 전류 생성에 최적화하도록 연구 중인데 우리의 미래 연구작업이 될 것이다.”

– 한나 오스본 뉴스위크 기자