바이오인

미생물을 활용한 화학물질 생산을 위해서는 고부가가치 화학물질 대량 생산을 위한 미생물 개발만큼 중요한 것이 미생물 전기생합성을 극대화시킬 수 있는 지지체 개발이다. 미생물로의 전기 혹은 수소 공급을 극대화하기 위해서는 미생물 친화적이면서 넓은 비표면적을 가져 미생물이 최대한 부착될 수 있으면서도 전기전도성이 뛰어난 지지체가 필요하기 때문이다. 이를 위해서 미생물 크기가 수 마이크로미터인 것을 감안하여 비표면적을 최대한 증가시킬 수 있는 3차원 다공성 전극 제작이 필요하다.

최근 이와 관련하여 여러 연구 결과가 보고되었는데, Zhang et al. (2013)은 bio cathode 역할을 하는 여러 전극에 sporomusa ovata를 부착시켜 acetate 생산량을 측정한 결과 chitosan이 코팅된 carbon cloth 전극에서 일반 carbon cloth 전극에 비해 6~7배가량 많은 acetate를 생산해낸다는 것을 밝혀냈고 그 원인으로 일반 carbon cloth 전극에 비해 chitosan 코팅 전극에 부착된 cell 밀도가 9배나 증가한 까닭이라고 보고하였다.

Nie et al. (2013)은 graphite bio cathode에 nickel nanoparticle을 코팅한 후 그 위에 nickel nanowire network를 성공적으로 형성함으로써 계층구조를 제작하였고 그 결과 전극의 표면적을 50배가량 증가시킬 수 있었다. 이 때 nickel nanowire network와 graphite간의 낮은 adhesion으로 인해 일반적으로 nickel network가 용액 상에서 떨어져나가는 현상이 발생하는데 이는 microwave 조사법을 활용하여 해결하였다. Sporomusa를 부착시키고 acetate 생산량을 측정한 결과 일반 graphite bio cathode에 비해 2.3배 증가한 산출량을 기록하였다.
Flexer et al. (2013)은 상용화되어 판매되고 있는 일반 카본 다공성 전극에 탄소나노튜브를 직접 성장시켜 하나의 계층구조를 갖는 bio anode를 제작하였다. 여기에 geobacterae sp.로 추정되는 다량의 미생물로 구성된 biofilm을 형성한 후 전류밀도를 측정한 결과 일반 카본 다공성 전극에 비해 3배가량 높은 전류밀도를 형성하는 것을 확인하였고 이를 통해 계층구조를 갖는 다공성 전극에 대한 우수성을 확인하였다.