KR100581728B1 - 골세포 배양기 - Google Patents

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KR100581728B1
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Abstract

본 발명은 골세포 배양기에 관한 것으로서, 배양조(100)와; 상기 배양조(100) 내에 형성되고, 일측이 상기 배양조(100) 내부에 고정형성되며, 상면에 골세포가 놓여지도록 형성된 외팔보(200)와; 상기 외팔보(200) 타측에 변형률을 부여하기 위한 제어수단(300);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기를 기술적 요지로 한다. 이에 따라 동일한 환경과 동일한 시료에 주파수 및 변형률의 크기만을 달리하여 최적의 골세포 배양조건을 찾아 반복적이고도 지속적인 골세포 배양이 가능하며, 골세포를 효율적으로 배양할 수 있는 이점이 있다.
골세포 배양기 배양조 외팔보 자성체 변형률 주파수

Description

골세포 배양기{culture system of bone cell}
도 1 - 본 발명에 따른 골세포 배양기의 배양조에 자성팁이 결합된 형태에 대한 사시도.
도 2 - 본 발명에 따른 골세포 배양기의 배양조에 자성팁이 결합된 형태에 대한 단면도.
도 3 - 본 발명에 따른 골세포 배양기에 대한 시스템 블럭도.
도 4 - 본 발명에 따른 골세포 배양기의 외팔보에 대한 사시도.
도 5 - 본 발명에 따른 골세포 배양기의 스트립에 대한 사시도.
도 6 - 본 발명에 따른 골세포 배양기의 전자석팁에 대한 사시도.
<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>
10 : 파워앰프 20 : 받침대
100 : 배양조 110 : 하부케이스
111 : 하부수용부 120 : 상부케이스
121 : 상부수용부 200 : 외팔보
210 : 통공 220 : 지지대
221 : 상부지지대 222 : 하부지지대
230 : 스트립 231 : 자성체
232 : 변형률계량기 240 : 나사
300 : 제어수단 310 : 전자석팁
311 : 높이조절부 312 : 전자석
320 : 제어부
본 발명은 골세포 배양기에 관한 것으로서, 특히 적절한 주파수 및 변형률을 부여하여 골세포 배양을 위한 최적의 조건을 찾아 동일한 환경에서의 반복적인 골세포의 배양이 가능한 골세포 배양기에 관한 것이다.
일반적으로 골세포는 골기질 안의 골소강 속에 1개씩 들어있는 것으로, 길이는 15~27㎛이며, 다수의 가는 원형질 돌기가 있어서, 골기질 내의 골세관을 통하여 가까이 있는 골세포의 돌기와 합쳐지게 된다. 이러한 골세포는 골조직을 새로 만드는 조골세포와 골조직을 없애는 파골세포가 있으며, 일반적으로 골다공증이라 함은 조골세포의 기능보다는 파골세포의 기능이 왕성하여 골조직이 줄어든 것을 말한다.
2000년을 기점으로 우리나라는 65세 이상의 고령인구가 총 인구의 7%를 넘어 본 격적인 고령화사회(Aging Society)에 돌입하였고, 2022년에는 14%를 넘어 고령사회(Aged Society)에 진입될 것으로 전망되고 있다. 게다가 우리나라는 고령인구의 비율이 7%에서 이의 2배가 되는 14%에 도달하는데 갈리는 시간이 22년이며, 14%에서 20%는 10년에 불과하여 영국, 프랑스, 스위덴 등 선진국에 비해 훨씬 빠른 속 도로 고령사회로 진입될 것으로 예상된다.
고령인구의 증가에 따라 노인들에게서 발생하는 질환에 속하는 골다공증에 대한 관심도가 전세계적으로 고조되고 있다. 골다공증은 크게 노인성 골다공증과 폐경 후 골다공증으로 구분되는데, 노인성 골다공증은 골생성의 감소로 생기며, 폐경 후 골다공증은 주로 골흡수의 증가로 골밀도가 급속히 감소하게 되어 생긴다.
미국의 경우 매년 120만명 정도가 골다공증으로 인한 골절을 경험하고 있으며, 일본의 경우에도 연간 10만명의 골절환자가 발생되고 있으며, 우리나라는 골다공증 환자가 약 200만명으로 추정된다. 대개 50대의 17%, 60대에 40%, 70대에 75%가 골다공증이 있는 것으로 알려져 있다.이러한 골다공증은 노년기에 유병율이 매우 높은 질환이며, 일단 발현되면 건강에 아주 심각한 영향을 미친다. 골다공증의 예방 및 치료에는 주로 약물요법이 사용된다. 그러나 약물요법은 막대한 의료비의 지출과 부작용을 야기한다.
일반적으로 골다공증은 다양한 원인에 의해 골량이 감소하고, 골의 미세구조의 변화로 인해 외부의 작은 충격으로도 쉽게 골절이 될 수 있는 상태로, 대사성 질환 중에 가장 흔한 질환이다. 골다공증은 골절의 위험성을 증가시키고, 이에 소요되는 의료비를 증가시킬 뿐 아니라 생명에 위협을 가져올 수 있다.
골다공증은 그 자체보다도 합병증으로 생기는 골절이 임상적으로 큰 문제를 야기한다. 폐경기 이후에는 척추골절의 압박골절이 잘 생기고, 노인층에서는 대퇴근위부 골절, 요골원이부 골절 등이 증가하게 된다. 약간의 충격에도 쉽게 골절을 일켜 엄청난 부담을 주게 되는 골다공증은 일단 발생하면 매우 장기간의 치료를 필 요로 하며, 왼전한 회복이 쉽지 않으므로 임상의에게 중요한 문제로 대두되고 있다.
이러한 골다공증의 치료목적은 환자가 호소하는 증상을 제거하고, 골량감소를 방지해서 골다공증에 의한 골절을 예방하는 것이다.
일반적으로 골다공증의 치료는 먼저 과음, 흡연, 커피 같은 위험인자를 제거하고 적절한 영양섭취와 정기적인 운동을 하는 것이다. 현재 골다공증의 치료에 사용되는 약물에는 칼슘제재, 에스트로겐, 비타민 D, 칼시토닌, 플라보네이드, 비스포스네이트, 불소 등이 있다.
칼슘의 적절한 섭취는 골량의 감소를 지연시킬 뿐 아니라 에스트로겐괴 병용할 때 효과적으로 골다공증을 예방할 수 있다. 적당한 칼슘섭취를 위해서는 하루 600mg~1000mg의 칼슘 섭취가 필요하다. 그러나 정상적인 식사만으로는 충분한 칼슘을 섭취하기는 매우 어려운 점이 있다.
에스트로겐은 폐경기 여성의 골다공증 환자에게 가장 효과적인 약제이다. 특히 폐경 수년내의 투여는 대퇴 및 말단 요골부위의 골절을 현저히 감소시킨다. 그러나 에스트로겐은 합병증을 유발할 수 있어 주의가 필요하다. 합병증으로 에스트로겐은 유방암, 부종, 고혈압, 자궁내막암, 혈전증의 위험을 가중시킨다.
최근에는 tamoxifen, raloxifene, droloxifene 등의 선택적 에스트로겐 수용체 조절체가 개발되어 사용되고 있으며, 에스트로겐, 프로게스테론, 안드로겐의 작용을 나타내는 합성제제인 tibolon이 개발되어 사용되고 있다. 칼시토닌은 파골세포의 수용체에 직접 작용해서 골흡수를 억제하는데 진통효과가 크다는 장점이 있다. 비스포스포네이트는 파골세포의 기증을 억제해서 골흡수를 막는다. 비스포스포네이트는 장에서의 흠수가 불량하므로 공복에 물과 복용해야 하는 불편이 있다. 이와 같이 다양한 골다공증의 치료방법에도 불구하고 불소 이외에는 골생성을 직접 촉진시키는 약물은 없다.
골생성을 촉진시키기 위해 일반적으로 골세포에 일정 정도의 진동을 주게 도니다. 여기에서 진동이란 어떤 물체가 앞뒤 또는 좌우, 상하의 방향으로 주기적인 운동을 하는 것을 말한다.
그러나 진동에 대한 의학적인 관심은 주로 진동에 의한 건강장애에 집중되어 있다. 진동은 3Hz이하이면 통증(Motion sickness)을 일으키고, 4~12Hz로 증가됨에 따라 압박감과 동통감을 받게 되며, 심하면 공포감과 오한을 느낀다. 진동은 불쾌감을 야기하고, 활동에 지장을 초래하고 질병을 야기할 수 있는 것으로 알려져 왔다.
즉 진동이 진동공구를 사용하는 작업장 근로자에게 레이노 질환을 야기하여 심한 진동은 뼈, 관절, 신경, 근육, 건인대, 혈관 등에 이상을 일으키고 장기간 노출되는 경우에는 수근골에서는 탈석회화, 손목관절, 주관절, 견관절의 관절면이 거칠어지는 등의 변화가 생기며, 매우 심한 경우에는 분쇄골절이 생기기도 하고, 관절괴저, 이단성 골연골염, 가성관절염, 점액낭종, 건초염, 건의 비후, 근위축이 생기기도 한다.
이와 같이 진동의 건강에 부정적인 영향에 대한 인식으로 인해 진동의 치료적인 효과에 대한 관심은 매우 적었다.
그러나 골에 하중을 부하하면 골밀도가 변화한다는 사실은 오래 전 부터 알 려져 왔지만 특별한 기전에 대해서는 알려져 있지 않았다. 기계적 자극과 골대사의 관계에 대한 일반적인 견해는 기계적 자극이 충분히 커야 골형성에 영향을 준다는 것이었다. 심한 신체적 활동시의 기계적 자극은 골에 미세 파괴를 야기하고 재생을 하게 한다.
이동운동(locomotion)시 생기는 2000~3000마이크로스트레인(microstrain)은 파골세포를 자극하고 조골세포를 자극해서 손상된 골을 제거하고 재생하는 역할을 한다. 0~60Hz의 상대적으로 낮은 진동의 기계적 자극이 골소실을 방지하고 신생골 형성을 자극하게 된다. 비활동성 골전하증이 있는 경우에 30Hz의 진동을 가하게 되면 골생성이 증가하는 것을 볼 수 있다. 또한 0.1mg의 30Hz의 진동이 기립 동물에게 하중이 부하되었을 때 골의 신생골 생성을 증가시키는 것으로 알려져 있다.
또한 양을 대상으로 한 연구에서는 저강도의 고진동의 자극을 하루에 20분씩 1년간 실시했더니 근위 대퇴골의 골밀도가 대조군에 비해 약 34%나 증가하는 것으로 나타났다. 저 강도의 기계적 자극이 골형성을 2.1배 증가시키고, 표면의 무기화(mineralization)를 2.4배 증가시키는 것으로 나타났다. 이런 동화작용은 해면골에는 뚜렷하게 나타났다.
골격에 가해지는 기계적 자극은 기계적 하중의 결과로 신체활동과 관계있는 고강도의 자극 외에도 저강도의 10~50Hz의 자극에 의해서도 일어나는 것으로 알려져 있다.
이와 같이 낮은 강도의 진동에 의한 골형성 효과에 대한 연구는 초보단계이지만, 이미 여러 동물실험에서 증명되고 있다, 하지만 지금까지의 연구는 동물 실 험을 위주로 이루어져 아직 사람을 대상으로 수행된 연구는 부족한 실정이며, 사람의 골밀도를 강화할 수 있는 적정 진동수와 진동강도에 대한 합일점은 종래 나타나 있지 않다. 이에 추후 사람에게 적용할 수 있는 적정 진동수, 진동강도 및 진동 자극 형태에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배양조 내에 일측이 고정형성된 외팔보의 타측에 변형률을 부여하여 진동자극에 의한 골세포를 배양하여 주파수 및 변형률의 크기에 따른 골세포의 성장을 관찰하고 배양시키는 골세포 배양기의 제공을 그 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 배양조와; 상기 배양조 내에 형성되고, 일측이 상기 배양조 내부에 고정형성되며, 상면에 골세포가 놓여지도록 형성된 외팔보와; 상기 외팔보 타측에 변형률을 부여하기 위한 제어수단;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기를 기술적 요지로 한다.
또한 상기 외팔보는, 스트립과, 하부가 상기 배양조 내부에 고정되게 형성되고 상기 스트립의 일측과 결합되는 지지대를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
여기에서 상기 스트립은, 타측에 자성체가 더 형성되는 것이 바람직하다.
여기에서 상기 자성체는, ND타입으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 스트립은, 폴리에틸렌으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 스트립은, 하면에 적어도 두개 이상의 변형률계량기가 더 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 지지대는, 하부지지대와 상부지지대로 구성되어, 상기 하부지지대와 상기 상부지지대 사이에 상기 스트립의 일측이 삽입되도록 형성되는 것이 바람직하다.
여기에서 상기 하부지지대와 상기 상부지지대는, 상기 스트립과 상하부로 나사결합되어 상기 스트립이 고정, 분리되도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 배양조는, 상기 외팔보 타측 하부에 형성되어 내측으로 함몰되게 형성된 하부수용부가 형성된 하부케이스와; 상기 외팔보 타측 상부에 형성되어 내측으로 함몰되게 형성된 상부수용부가 형성되고, 상기 하부케이스를 덮도록 형성된 상부케이스;로 구성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 제어수단은, 상기 자성체의 위치에 대응되게 형성되고, 상기 배양조 상하면에 형성된 전자석팁과; 상기 전자석팁에 연결형성되어 상기 전자석팁을 통해 상기 스트립의 타측에 주파수제어전자기장이 인가되도록 형성된 제어부;를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
여기에서 상기 전자석팁은, 'ㄷ'자 형상으로 형성되고, 높이조절부가 형성되며, 단부로 갈수록 좁게 형성되어 양단부에 전자석이 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 제어부는, 타이머가 더 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이에 따라 동일한 환경과 동일한 시료에 주파수 및 변형률의 크기만을 달리하여 최적의 골세포 배양조건을 찾아 반복적이고도 지속적인 골세포 배양이 가능하며, 골세포를 효율적으로 배양할 수 있는 이점이 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 골세포 배양기의 배양조에 자성팁이 결합된 형태에 대한 사시도(변형률계량기와 자성팁 양단부는 제어부와 연결되며, 본 도 1에서는 이를 생략하였다)이고, 도 2는 본 발명에 따른 골세포 배양기의 배양조에 자성팁이 결합된 형태에 대한 단면도(변형률계량기와 자성팁 양단부는 제어부와 연결되며, 본 도2에서는 이를 생략하였다)이며, 도 3은 본 발명에 따른 골세포 배양기에 대한 시스템 블럭도이고, 도 4는 본 발명에 따른 골세포 배양기의 외팔보에 대한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 골세포 배양기의 스트립에 대한 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 골세포 배양기의 전자석팁에 대한 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 골세포 배양기는, 배양조(100), 외팔보(200), 제어수단(300)으로 크게 구성되어져 있으며, 변형률의 크기에 따른 골세포의 성장을 관찰하고 골세포를 배양시키는 장치이다.
상기 외팔보(200)는 상기 배양조(100) 내에 일측이 고정형성되고 상면에 골세포가 놓여지도록 형성되어 있으며, 상기 제어수단(300)은 상기 외팔보(200) 타측에 변형률이 부여되도록 형성되어 있다.
먼저 상기 외팔보(single cantilever, 싱글컨틸레바)(200)에 대해 설명하고자 한다.
상기 외팔보(200)는 폴리에틸렌 등의 합성수지로 형성되고, 일측은 고정되어 있고 타측은 고정되어 있지 않은 구조를 말하며, 스트립(230)과 하부가 상기 배양조(100) 내부에 고정되게 형성되고 상기 스트립(230)의 일측과 결합되는 지지대(220)를 포함하여 구성되어 있다.
우선, 상기 스트립(strip)(230)은 길이 방향으로 길게 형성된 판상으로 형성되어 있으며, 재질은 폴리에틸렌으로 형성되는 것이 바람직하다. 폴리에틸렌은 탄성율이 15~20Kgf/㎟ 정도를 가지며, 외부 전자기장 및 후술할 자성체(231)에 의해 일정 정도 상하로 진동되게 되어 상기 스트립(230) 상면에 형성된 골세포에 소정의 변형률이 부여되게 된다.
또한 상기 스트립(230) 타측에는 소정 크기의 자성체(231)가 더 형성되는 것이 바람직하며, 이는 외부 전자기장에 의한 상기 스트립(230)의 진동을 유발하여 골세포에 변형률이 부여되게 된다.
상기 자성체(231)는 영구자석으로서 최대에너지적이 가장 높으며, 자력이 센 ND(neodymium)계열로 형성되며, 가능한 작고 얇은 디스크형 영구자석으로 형성되게 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 ND계 자성체(231)는 골세포 배양에 있어서 이물질의 영향으로 자장을 변화시키는 것을 막기 위해 세포배양에 영향을 초래하지 않는 유기용제(실리콘고무)로 코팅되어, 상기 자성체(231)가 배양액에 직접 노출되지 않도록 한다.
그리고 상기 스트립(230)의 하면에 길이 방향으로 적어도 두개 이상의 변형률계량기(232)가 형성되게 하는 것이 바람직하다. 즉 스트립(230) 길이의 1/3 지점과 2/3 지점의 하면에 변형률계량기(232)를 부착하여 변형률을 측정하여 인가되는 하중을 도식화하고 교정하도록 하였다. 상기 변형률계량기(232)는 진동신호를 측정하게 되며, 가늘고 유연한 선으로 연결되어 상기 스트립(230)의 진동에 영향을 주지 않도록 하며, 상기 상부케이스(120)를 통하여 외부의 제어부(320)와 연결되도록 형성되어 있다.
그 다음으로 상기 지지대(220)는 상부지지대(221)와 하부지지대(222)로 나뉘어져 형성되어 있으며, 상기 하부지지대(222)는 하면이 상기 배양조(100) 내부 바닥면에 고정형성되어 있고, 상기 스트립(230)의 일측이 상기 상부지지대(221)와 하부지지대(222) 사이에 삽입되어 고정되어 있도록 형성된다.
또한 상기 하부지지대(222)와 상기 상부지지대(221)에는 상하로 상기 스트립(230)의 일측면과 연통되는 통공(210)이 형성되어, 상기 상부지지대(221)에서 상기 스트립(230) 그리고 상기 하부지지대(222)까지 동시에 나사(240) 결합되어 상기 스트립(230)을 고정시키게 된다. 또한 상기 나사(240)를 풀어 상기 지지대(220)로부터 상기 스트립(230)의 분리가 가능하도록 형성되어 있다.
다음으로 상기 배양조(100)에 대해 설명하고자 한다.
상기 배양조(100)는 아크릴, 폴리에틸렌 등의 합성수지로 형성되어 외부에서 발생되는 각종 전자파를 차폐하도록 형성되며, 하부케이스(110)와 상부케이스(120)로 구성된다. 상기 상부케이스(120)는 상기 하부케이스(110)를 덮도록 형성되어 배양조(100) 내에 이물질이 들어가지 않도록 한다. 상기 하부케이스(110)는 소정 높이로 형성되어 배양액을 채울 수 있도록 형성되어 있다.
또한 상기 배양조(100)는 상기 외팔보(200) 타측 하부와 상부에 각각 하부수용부(111)와 상부수용부(121)가 더 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 여기에서 상기 외팔보(200) 타측 하부와 상부는 후술할 스트립(230)의 타측에 형성된 자성체(231)의 위치에 대응되는 위치이다.
그리고 상기 하부수용부(111)는 상기 하부케이스(110) 내측으로 함몰되게 형성되며, 상기 상부수용부(121)는 상부케이스(120) 내측으로 함몰되게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 하부수용부(111)와 상부수용부(121)는 상기 배양조(100)의 하부케이스(110)와 상부케이스(120)에 형성되는 것으로, 후술할 전자석팁(310)의 양단부가 수용되어 상기 자성체(231) 중앙에 정확하게 전자기장을 인가하기 위한 것이다.
또한 상기 하부수용부(111)와 상기 상부수용부(121)는 골세포 배양시 배양조(100) 내에 이물질이 발생되지 않도록 배양조(100) 외부에서 변형률을 부여하게 되는데 후술할 전자석팁(310)의 양단부가 보다 가깝게 형성되도록 하여 전자기장의 감소를 어느정도 방지하기 위해 형성된 부분이다.
다음으로는 상기 제어수단(300)에 대해 설명하고자 한다.
상기 제어수단(300)은 상기 외팔보(200) 타측에 변형률을 부여하기 위한 것으로, 전자석팁(310)과 제어부(320)로 크게 구성되어 있다.
상기 전자석팁(310)은, 상기 스트립(230) 타측에 형성된 자성체(231)의 위치에 대응되게 형성되고, 상기 배양조(100) 상하면에 즉 상기 하부케이스(110) 하면과 상부 상부케이스(120) 상면에 형성되게 된다.
따라서 후술할 제어부(320)에 의해 전자석팁(310)에서 발생된 교류 전자기장이 상기 자성체(231)에 인가되어, 상기 스트립(230)의 타측이 상하로 진동되게 된다.
상기 전자석팁(310)은 상기 하부케이스(110)와 상기 상부케이스(120)의 하면과 상면에서 끼워져 바람직하게는 상기 하부,상부수용부(111),(121)에 수용되어, 상기 자성체(231) 바로 상하에서 전자기장이 인가될 수 있도록 'ㄷ'자 형상으로 형성되도록 한다. 이때 상기 배양조(100)는 상기 전자석팁(310)의 하부 높이에 의해 다른쪽이 들리게 되므로, 상기 전자석팁(310)에 대응되는 높이로 상기 배양조(100) 일측 하면에 받침대(20)를 고정시켜 사용할 수 있다.
상기 전자석팁(310)은, 단부로 갈수록 좁게 형성되어 양단부에 전자석이 형성되어 있다. 이는 일반적으로 자극 단면적이 좁을수록 높은 자기밀도를 발생시키므로(S1*B1=S2*B2), 상기 스트립(230) 타측에 형성된 자성체(231) 부분에 집중되고 강한 자기장을 인가시키게 된다.
여기에서 상기 전자석(312)은 자성체에 권선이 적절한 권선수로 감겨져 있으며, 전자석의 투자율, 권선수, 기하학적인 치수 등은 변형률의 크기에 따라 사용자가 최적으로 조절할 수 있다.
그리고 상기 전자석팁(310)은 전자석(312)이 형성된 단부를 제외한 다른 부분은, 상기 양단부의 전자석(312)부분과는 격리되고, 가운데 부분은 상호 분리되게 형성된 합성수지관으로 형성되어 있다.
상기 합성수지관의 분리된 부분에는 상기 전자석(312)간의 높이(거리)를 조절하기 위한 높이조절부(311)가 형성되어 있다. 상기 높이조절부(311)는 상기 합성수지관의 내부로 인장스프링이 수용형성되어, 상기 배양조(100)의 높이나 형태에 따라 상기 전자석팁(310)의 높이를 다양하고 적절하게 조절할 수 있으며, 상기 전자석(312)과도 전자기적으로 차폐되게 된다. 여기에서 상기 높이조절부(311)는 상기 전자석팁(310)의 높이 조절을 위한 여하의 수단은 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본다.
다음으로 상기 제어부(320)에 대해 설명하고자 한다.
상기 제어부(320)는 상기 외팔보(200) 타측에 변형률을 부여시키는 것으로서, 변형률의 주파수 및 세기를 조절할 수 있다. 상기 제어부(320)는 상기 전자석팁(310)에 연결형성되어 상기 전자석팁(310)을 통해 상기 스트립(230)의 타측으로 변형률을 부여하게 된다. 상기 제어부(320)에 의해 상기 전자석팁(310)에서 발생되는 전자기장은 주파수제어가 가능하며, 그 세기를 조절할 수 있도록 상기 제어부(320)는 주파수제어 전자기장 신호를 인가하기 위한 정현파 발생기 및 파워앰프(10)로 형성되어 있다.
또한 상기 제어부(320)는 변형률발산기가 형성되어, 변형률계량기(232)에 1KHz의 사인파(sinewave)를 인가하고, PSD(위상검출센서, phase sensitivity detector)를 통하여 신호를 재생하여 변형률을 측정하게 된다.
또한 상기 제어부(320)에는 타이머가 더 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 골세포의 배양은 상당한 시간을 필요로 하게 되며, 사용자가 일일이 시 간을 체크하기가 불편하므로, 골세포 배양시간의 온,오프 시간설정, 날짜 등을 프로그램하여 설정할 수 있는 기능을 포함하여 메모리되도록 형성되어, 시간에 따른 골세포 배양정도를 체크하기가 용이하도록 한다. 여기에서 상기 타이머는 공지의 타이머에 의하므로 상세한 구성은 생략하도록 한다.
상기와 같이 형성된 외팔보(200)의 스트립(230)에는, 변위 X에 따라 변형률이 선형적으로 부여되게 할 수 있으며, 이는 변형률의 변화가 상기 스트립(230)의 타측부에서 일측부로 선형적으로 증가하도록 하여 변형률의 크기에 따른 스트립(230)상의 위치를 정확하고 용이하게 도출해 낼 수 있도록 하기 위해서이다. 변형률의 선형성은 상기 변형률계량기(232)에 의한 신호를 비교하면서 적절히 구현될 수 있다.
선형적인 변형률의 변화에 따른 수직변위 Z는 다음 수학식 1, 2, 3에 의해서 계산되어진다. 도 4에 도시된 바와 같이 외팔보(200)의 끝에 하중을 인가하였을 경우, 응력(σ, 스트레스(stress))은 영률(E)과 변형률(ε, 스트레인(strain))의 곱으로 수학식 1과 같이 주어진다.
Figure 112006004441418-pat00001
이때 변형률은 변위 X와 하중 W에 비례하고 수학식 2와 같이 나타낸다.
삭제
Figure 112004010202722-pat00002
여기서 W를 상수로 놓으면 변형률은 X에 비례하게 된다.
그리고 아래 방향으로 하중을 인가하였을 때 발생하는 변위(Z)는 수학식 3과 같다.
Figure 112004010202722-pat00003
여기서 E : 영률, I : 관성모멘트, M=WX : 인가된 모멘트, c=h/2 : 중앙축의 게이지 표면으로부터 떨어진 거리, W : 스트립(230)에 인가된 하중, X : 변형률 측정점에서 인가 하중점까지의 거리, b : 스트립(230)의 폭, l : 스트립(230)의 총길이, 그리고 h : 스트립(230)의 두께이다.
만약에 상기 스트립(230)의 크기가 높이 1mm, 길이 50mm, 넓이 10mm라면, 스트립(230) 진동자를 제작할 경우, 최대0.005% 변형률 부여시 근사적으로 계산하여 볼때 2gf의 힘이 인가되며, 스트립(230)의 타측 단부 부분의 최대변위는 약 3mm정도가 된다.
상기와 같이 구성된 스트립(230)의 진동력을 계산하면 다음과 같다.
도 5에 도시된 바와 같이 상기 스트립(230)의 타측 중간에 형성된 ND영구자석의 마그네틱모멘트를 m이라고 할 때 발생하는 진동력은 다음 수학식 4,5,6,7에 의해 계산할 수 있다.
자기장 H를 받은 ND영구자석의 마그네틱 포텐셜(Ep)은 수학식 4이다.
Figure 112004010202722-pat00004
스트립(230)의 하중에 따른 변위 y는 상기 수학식 3으로부터 다음 수학식 5와 같다.
Figure 112004010202722-pat00005
스트립(230)의 변위가 y일 때 받은 총에너지는 다음 수학식 6과 같다.
Figure 112004010202722-pat00006
따라서 진동력 W는 다음 수학식 7과 같다.
Figure 112004010202722-pat00007
상기와 같이 구성된 본 발명에 따라 사용자는 인가된 주파수 및 변형률의 크기에 따른 골세포의 성장정도를 관찰하게 되며, 상기 변형률계량기(232)에서 측정된 변형률을 비교하여 변형률의 선형성등을 조사하여 골세포 성장에 필요한 최적의 주파수 및 변형률을 찾게 된다.
또한 인가된 변형률에 따른 골세포의 성장정도를 관찰하기 위해 상기 스트립(230)을 상기 지지대(220)로부터 분리하여 상기 스트립(230)상에 형성된 골세포를 관찰하여 인가된 주파수 및 변형률의 크기에 따른 골세포의 성장정도를 관찰하게 된다.
따라서 사용자는 최적의 골세포 성장 조건을 용이하게 찾을 수 있으며, 동일한 환경에서의 반복적이고 지속적인 골세포 배양이 가능하게 된다.
상기 구성에 의한 본 발명은, 상기 배양조 외부에서 골세포에 변형률을 부여하게 되므로 골세포 배양시 이물질을 발생시키는 요소를 최소화하였으며, 동일한 시료, 동일한 배양액, 동일한 시간, 동일한 변형률 진동주파수 등의 환경에서 변형률의 강도에만 의존하는 골세포의 생리적변화와 배양 정도를 관찰하여 최적의 골세포를 배양 조건을 찾을 수 있으며, 이를 반복적으로 배양할 수 있는 효과가 있다.
또한 스트립에 형성된 변형률계량기에 의해 변형률이 스트립의 타측으로부터 선형적으로 증가하는 변형률의 부여가 가능하므로 스트립상의 최적의 골세포 배양 위치를 알 수 있으며, 이에 의한 최적의 골세포 배양 조건을 용이하게 찾을 수 있는 효과가 있다.
또한 진동자극의 강력한 골형성 작용을 이용하여 현재 약물 치료 위주로 시행하고 있는 골다공증의 치료에 새로운 전기를 마련하는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 배양조(100)와;
    상기 배양조(100) 내에 형성되고, 일측이 상기 배양조(100) 내부에 고정형성되며, 상면에 골세포가 놓여지도록 형성된 외팔보(200)와;
    상기 외팔보(200) 타측에 변형률을 부여하기 위한 제어수단(300);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 외팔보(200)는,
    스트립(230)과, 하부가 상기 배양조(100) 내부에 고정되게 형성되고 상기 스트립(230)의 일측과 결합되는 지지대(220)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 스트립(230)은,
    타측에 자성체(231)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 자성체(231)는,
    ND타입으로 형성되는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 스트립(230)은,
    폴리에틸렌으로 형성되는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 스트립(230)은,
    하면에 적어도 두개 이상의 변형률계량기(232)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 지지대(220)는,
    하부지지대(222)와 상부지지대(221)로 구성되어, 상기 하부지지대(222)와 상기 상부지지대(221) 사이에 상기 스트립(230)의 일측이 삽입되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 하부지지대(222)와 상기 상부지지대(221)는,
    상기 스트립(230)과 상하부로 나사결합되어 상기 스트립(230)이 고정, 분리되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기.
  9. 제 2항에 있어서, 상기 배양조(100)는,
    상기 외팔보(200) 타측 하부에 형성되어 내측으로 함몰되게 형성된 하부수용부(111)가 형성된 하부케이스(110)와;
    상기 외팔보(200) 타측 상부에 형성되어 내측으로 함몰되게 형성된 상부수용부(121)가 형성되고, 상기 하부케이스(110)를 덮도록 형성된 상부케이스(120);로 구성되는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기.
  10. 제 1항 내지 제 9항의 어느 한 항에 있어서, 상기 제어수단(300)은,
    상기 자성체(231)의 위치에 대응되게 형성되고, 상기 배양조(100) 상하면에 형성된 전자석팁(310)과;
    상기 전자석팁(310)에 연결형성되어 상기 전자석팁(310)을 통해 상기 스트립(230)의 타측에 주파수제어전자기장이 인가되도록 형성된 제어부(320);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 전자석팁(310)은,
    'ㄷ'자 형상으로 형성되고, 높이조절부(311)가 형성되며, 단부로 갈수록 좁게 형성되어 양단부에 전자석(312)이 형성되는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 제어부(320)는,
    타이머가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 골세포 배양기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104774749A (zh) * 2015-04-24 2015-07-15 苏州大学 一种成骨细胞精确激励装置
KR102025990B1 (ko) * 2017-11-30 2019-09-26 인제대학교 산학협력단 균일 자기장 세포 자극 시스템

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4839280A (en) 1987-05-04 1989-06-13 Banes Albert J Apparatus for applying stress to cell cultures
KR20000057136A (ko) * 1996-11-20 2000-09-15 나우톤 질 케이. 연골세포에 전단류 응력의 인가
KR20030033025A (ko) * 2001-06-25 2003-04-26 가부시기가이샤하구주생가가꾸겐규쇼 배양장치 및 배양방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4839280A (en) 1987-05-04 1989-06-13 Banes Albert J Apparatus for applying stress to cell cultures
KR20000057136A (ko) * 1996-11-20 2000-09-15 나우톤 질 케이. 연골세포에 전단류 응력의 인가
KR20030033025A (ko) * 2001-06-25 2003-04-26 가부시기가이샤하구주생가가꾸겐규쇼 배양장치 및 배양방법

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