KR100317973B1 - Ball-valve controlling device of gas or air in particle bombardment system for transformation of cell - Google Patents
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Abstract
본원의 발명은 세포에 DNA(유전자)를 기계적으로 삽입할 때(보통 형질전환이라고 함)사용되는 도구이다. 유전자를 조작하는 연구나 산업이 점점 발달하면서 이런 목적의 기계의 수요도 증가한다. 현재 개발된 것이 몇가지 있으나 모두 한가지 이상의 단점이 있어서 이를 개선한 새로운 방식의 장치를 만들었으므로 특허를 신청하는 바이다.The present invention is a tool used when mechanically inserting DNA (gene) into a cell (usually called transformation). As the research and industry of genetic engineering develops, the demand for machines for this purpose also increases. There are several currently developed, but all have one or more disadvantages, so we have applied for a patent because we have created a new type of device that improves on this.
기존의 대표적인 기계는 Biolistic PDS-1000 과 Particle Inflow Gun(PIG)이 잘 알려져 있다. 이들에서 나타나는 가장 큰 문제는 기계의 값이 사용빈도나 재료의 구성에 비하여 너무 비싸고 조작하는데 시간이 많이 걸리거나, 기능을 제대로 하지 못하는 것이다.Existing representative machines are well known Biolistic PDS-1000 and Particle Inflow Gun (PIG). The biggest problem with these is that the value of the machine is too expensive for the frequency of use or the composition of the material, it takes a long time to operate, or it does not function properly.
본 발명에서는 기존의 다른 장치에서 지적된 문제들이 모두 해결되었다. 그 것은 장치의 구조를 단순화하여 사용이 편리하게 하였고 유입된 개스가 임무를 마친후 진공실로 들어가지 않음므로 목표물이 튀지 않는 점이다. 또한 용도에 따라 각각 다른 2가지 장치를 한가진로 할 수 있게 한 것이다.In the present invention, all the problems pointed out by other existing devices have been solved. This simplifies the structure of the device, making it easy to use and the target does not bounce because the incoming gas does not enter the vacuum chamber after completing the mission. In addition, it is possible to use two different devices depending on the use.
Description
이 발명은 생물의 조직이나 세포에 외부의 DNA(유전자)를 주입하여 그 본래의 형질을 변경시키는 작업(형질전환)에서 DNA를 주입하는 도구로 사용된다. 여기서는 미세한 텅스텐이나 금입자에 DNA를 피복하고 이 입자를 강한 압력으로 추진시켜 목표세포를 뚫고 들어가게 하므로 이런 일을 보통 입자투사(particle bombardment)라고 한다.This invention is used as a tool for injecting DNA in the work (transformation) of injecting external DNA (gene) into a tissue or cell of an organism to change its original trait. This is commonly referred to as particle bombardment because it coats DNA with fine tungsten or gold particles and pushes them into the target cell with high pressure.
입자의 추진력을 내는 수단으로 폭약의 이용, 강한 전압의 방전, 고압질소가스, 압축공기 및 고압헬륨가스의 이용 등 다양하게 시도되었으나 헬륨이 가장 효과적인 것으로 증명되었다(Soughgate,1998). 고압(60~70kg/cm2 )의 헬륨가스로 추진되는 장치는 미국의 DuPont 사에 의해서 Biolistic짊 PDS-1000/He 라는 이름으로 개발되었고(Kikkert,1993), 이것은 곧 Bio-Rad사로 인계되어 생산되고 있다. 90년대 이후 유전자를 삽입하는 연구가 많이 이루어지면서 이 기구는 매우 유용한 것으로 인식이 되었다. 그러나 기구 자체에 비하여 값이 매우 비싸서 사용에 제한이 있을 뿐만아니라 조작하는데 시간이 많이 걸리는 단점이 있다.Various attempts have been made to use explosives, strong voltage discharges, high pressure nitrogen gas, compressed air and high pressure helium gas as a means of generating the propulsion of particles (Soughgate, 1998). A high-pressure (60-70 kg / cm2) helium gas-propelled device was developed by DuPont in the US under the name Biolistic PDS-1000 / He (Kikkert, 1993), which was soon taken over by Bio-Rad. have. Since a lot of research has been conducted on gene insertion since the 1990s, the instrument has become very useful. However, the price is very expensive compared to the mechanism itself, there is a limitation in use as well as a long time to operate.
이후 Takeuchi등(1992)은 앞의 것보다 압력이 낮은 6-7kg/cm2 의 헬륨개스와 함께 입자를 투사하였을 때에도 입자가 목표세포를 뚫는 것을 발견하였고, 이를 토대로 Finer 등(1992)과 Vain 등(1993)은 개선된 Particle Inflow Gun(PIG)을 개발하였다. 이 장치는 가스의 사용 압력이 BiolisticsTM PDS -1000/He 의 1/10밖에 되지 않으므로 경제적이며, 구조가 간단하고 조작과정도 단순하여 BiolisticsTM PDS -1000보다 우수한 점이 있으나, 큰 결점이 하나 있다. 그것은 입자가 개스와 함께 목표물에 집중적으로 접촉되기 때문에 목표물이 분산된다. 이를 방지하기 위해서 목표물 위에 철망을 씨우고 투사하지만 단일세포와 같이 철망의 망목보다 작은 목표물은 철망 사이로 빠져서 날라가며, 입자가 철망에 걸려서 투사효율도 낮다. 단지 목표물이 배지에 꼭 붙어있어서 압력이 가해져도 튀지않을 때는 편리한 방식이다.Takeuchi et al. (1992) found that the particles penetrate the target cells even when the particles were projected with helium gas of 6-7 kg / cm2, which is lower than the previous one. Finer et al. (1992) and Vain et al. 1993) developed an improved Particle Inflow Gun (PIG). This device has advantages over BiolisticsTM PDS -1000 due to its economical, simple structure and simple operation, since the gas pressure is only 1/10 of BiolisticsTM PDS -1000 / He, but it has one major drawback. It disperses the target because the particles are in intensive contact with the target with the gas. In order to prevent this, the wire mesh is seeded and projected on the target, but a target smaller than the mesh of the wire mesh, such as a single cell, falls through the wire mesh and is blown away, and particles are caught in the wire mesh, so the projection efficiency is low. This is convenient when the target is stuck to the medium and will not bounce under pressure.
투사의 동력으로 헬륨대신 공기도 사용된다. Oard등(1990,1993)은 압축공기로 텅스텐입자를 가속시키는 장치를 만들었고, Morikawa 등(1994)은 200kg/cm2 이상의 고압으로 압축된 공기를 분출시켜 발사체를 추진시키는 장치를 개발하였다.위와 같은 여러가지 형식의 입자투사장치가 고안되었으나 기능면에서 BiolisticsTM PDS -1000/He 이 가장 우수하므로, 지금까지 상품으로 이것이 가장 많이 판매되고 있다. 본인은 위와 같은 장치들이 사용하는데 불편한 점이 많아서 이들과 다른 새로운 장치를 개발하고 1997년에 특허를 출원한바 있다(출원번호:97-007933)Air is used instead of helium as the fighter's power. Oard et al. (1990,1993) created a device that accelerates tungsten particles with compressed air, and Morikawa et al. (1994) developed a device that propels a projectile by ejecting compressed air at a high pressure of 200 kg / cm2 or more. Although the type of particle projector was devised, BiolisticsTM PDS -1000 / He is the best in terms of function, so far it is the most sold as a commodity. I have a lot of inconvenience in using these devices, I developed them and other new devices and applied for a patent in 1997 (application number: 97-007933)
이후 이전의 모든 모델들이 압력차단판을 투사때마다 끼워야하는 번거로움이 있으므로 본인은 이것을 제거한 새로운 모델을 개발하였다. 이것은 개스가 진공실로 나오기 이전에 별도의 배출관을 통하여 나가게 된다. 이 기능과 함께 몇가지 개선점을 종합하여 같은 장치에 대하여 또하나의 특허를 출원하는 바이다.Since then, all the previous models had to insert the pressure barrier plate every time they were projected, so I developed a new model that eliminated it. This exits through a separate discharge line before the gas exits the vacuum chamber. Along with this feature, several improvements have been filed for another patent on the same device.
도1은 발명의 전체모형을 나타낸 사면도1 is a perspective view showing the overall model of the invention
도2는 장치의 상부에 설치된 배관실의 수직도Figure 2 is a vertical view of the piping room installed on the top of the device
도3은 개스탱크(3-1), 디스크홀더(3-2) 및 정지망홀더(3-3)의 종단면Fig. 3 is a longitudinal section of the gas tank 3-1, the disc holder 3-2 and the stop network holder 3-3.
도4는 입자분사망과 이것이 입자추진체에 장착되었을 때의 종단면Fig. 4 is a longitudinal section when the particle spray network and it are mounted on the particle propellant;
제1도에서 문(4)이 달린 부분은 진공실(10)(내부 15×15×25cm)로 이용된다. 진공은 입자의 비산을 촉진시키기 위한 것이며 사용범위는 약 20~40hg/cm2 이다. 상자벽의 모든 면은 투명한 PC판으로 하고 앞의 문(4)을 제외한 모든 면의 외부는 2mm철판을 대어 고압개스가 분출할 때 생기는 압력에 견디도록 한다. 진공상자 좌우면과 뒷면의 중앙에는 각각 투광창(5) 을 두어 진공실 내부를 밝게 한다.The part with the door 4 in FIG. 1 is used as the vacuum chamber 10 (inner 15x15x25cm). The vacuum is for promoting the scattering of the particles and the use range is about 20 ~ 40hg / cm2. All sides of the box wall are made of transparent PC board, and all sides except the front door (4) are covered with 2mm steel plate to withstand the pressure generated when high pressure gas is ejected. At the center of the left and right sides and the back of the vacuum box, respectively, a light emitting window 5 is placed to brighten the inside of the vacuum chamber.
장치의 윗부분은 배관실(8, 도2)로서 입자투사와 공기의 입출에 관련된 주요 부분이 설치되고, 이의 전면에는 압력계(1)와 진공계(2)가 부착된다. 압력계는 투사에 사용되는 개스의 적정압력을 알려주고 진공계는 진공실의 진공도를 나타낸다. 진공실의 공기배출은 진공실 공기배출구(15)와 진공모타연결관(17)을 통하여 이루어진다. 장치의 외부에서 가스유입관(9)을 통하여 들어간 가스는 3구 볼밸브(13)의 조절에 의해서 개스유입구(11)를 거처 개스탱크(22)로 들어간다. 볼밸브의 노브를 시계방향으로 돌리면 개스가 가스탱크(22)에 차고 원위치로 돌리면 개스의 유입이 정지한다. 원위치에서 시계반대방향으로 돌리면 내부에 들어가 있던 개스가 공기필터(14)를 통하여 외부로 빠져나간다.The upper part of the apparatus is a piping chamber 8 (Fig. 2), which is provided with a main part related to particle projection and air ingress and discharge, and a pressure gauge 1 and a vacuum gauge 2 are attached to the front thereof. The pressure gauge indicates the proper pressure of the gas used for the projection and the vacuum gauge indicates the degree of vacuum in the vacuum chamber. Air discharge of the vacuum chamber is made through the vacuum chamber air outlet 15 and the vacuum motor connecting pipe (17). The gas which enters through the gas inlet pipe 9 from the outside of the apparatus enters the gas tank 22 via the gas inlet 11 by adjustment of the three-hole ball valve 13. When the knob of the ball valve is turned clockwise, the gas enters the gas tank 22, and when it is turned to the original position, the inflow of gas stops. When it is turned counterclockwise from the original position, the gas which has entered inside escapes through the air filter 14.
제3도에서 개스탱크(22)의 개스압력이 어느 수준에 이르면 파열디스크(24)가 터지고 분출되는 개스는 입자추진관(25)을 지나 입자운반디스크(26)를 추진시킨다. 이때 입자(27)도 같이 진행하여 정지망(29)에 이른다. 여기서 입자운반체는 정지망에 걸리고 입자만 망사이로 빠져나가 목표물(7)인 세포를 뚫고 들어간다. 개스는 입자운반체 때문에 앞으로는 더 진행하지 못하고 개스배출구(18)를 통하여 역으로 진행하여 장치밖으로 배출된다.In FIG. 3, when the gas pressure of the gas tank 22 reaches a certain level, the bursting disk 24 bursts and the ejected gas propels the particle transport disk 26 past the particle propagation pipe 25. At this time, the particles 27 also proceed to reach the stop network 29. Here, the particle carrier is caught in the stationary network, and only the particles escape through the network to penetrate the cell, which is the target (7). The gas cannot proceed further in the future because of the particle carrier and is reversed through the gas outlet 18 and discharged out of the apparatus.
입자투사방식을 이용하여 세포에 유전자를 전입시키는 장치는 이미 개발이 되어 있으나 본 발명이 이들과 크게 다른 점은 첫째 입자를 추진시킨 고압개스가 일을 마친 후 진공실 내로 분출되지 않고 입자추진부의 벽쪽을 통하여 들어올 때의 역방향으로 다시 빠져나가는 것이다. 이것이 주는 효과는 진공실의 진공도를 끝까지 유지하고, 시료가 움직이지 않아서 매우 안정적이다. 둘재 본 발명은 기존의 제품에서 개스의 입출조절용으로 사용되는 고압용 솔레노이드밸브를 볼밸브로 대체할 수도 있으므로 구조가 간단하고 경제적이다. 셋째 기존의 2가지 장치인 Biolistic PDS 1000He, PIG gene gun의 기능을 하나의 장치로 할 수 있게 하였고 BiolisticPDS 1000/He보다는 작업단계를 반으로 줄여서 사용이 편리하다.A device for introducing genes into cells using the particle projection method has already been developed, but the present invention is significantly different from those of the present invention. It is exiting in the reverse direction when it comes in. The effect of this is to keep the vacuum level in the vacuum chamber to the end, and the sample does not move, which is very stable. Secondly, the present invention can replace the high-pressure solenoid valve used for the gas inlet and outlet control in the existing product with a ball valve, the structure is simple and economical. Third, the functions of the two existing devices, Biolistic PDS 1000He and PIG gene gun, can be used as one device.
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Citations (1)
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US5371015A (en) * | 1984-11-13 | 1994-12-06 | Cornell Research Foundation, Inc. | Apparatus for transporting substances into living cells and tissues |
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1998
- 1998-07-23 KR KR1019980030467A patent/KR100317973B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5371015A (en) * | 1984-11-13 | 1994-12-06 | Cornell Research Foundation, Inc. | Apparatus for transporting substances into living cells and tissues |
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