KR100809836B1

KR100809836B1 - 압력 조절 배양 장치

Info

Publication number: KR100809836B1
Application number: KR1020070016834A
Authority: KR
Inventors: 이은일; 오상남
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2007-02-16
Publication date: 2008-03-04
Also published as: US20080199944A1; WO2008100033A1; US8338167B2

Abstract

본 발명은 압력 조절 배양 장치에 관한 것으로서, 특히 배양 시스템에 포함되며 내부에 배양할 생물이 안치되는 압력챔버 내부의 압력을 대기압 이상으로 가압·유지하면서, 이산화탄소의 농도를 일정하게 유지할 수 있는 압력 조절 배양 장치에 관한 것이다. 개시된 본 발명에 의하면, 압력챔버 내부로 주입될 5 내지 10 중량부의 이산화탄소 함유 공기를 저장하고 압력챔버로 이를 공급할 수 있는 봄베와 압력챔버 내부의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 열제어기가 포함된 압력 조절 배양 장치가 제공된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 사용자가 원하는 배양조건으로서의 압력, 온도 및 이산화탄소 농도를 일정한 상태로 장시간 동안 유지할 수 있으므로 다양한 생물의 배양에 효과적으로 적용될 수 있다.

압력, 배양, 세포, 동물, 이산화탄소

Description

압력 조절 배양 장치{AN INCUBATING APPARATUS WITH PRESSURE CONTROLLED}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력 조절 배양 시스템의 구성도.

도 2는 도 1의 시스템에 포합되는 압력챔버의 사시도.

도 3은 도 1의 시스템에 포함되는 봄베의 사시도.

도 4는 도 1의 시스템에 포함되는 열제어기 및 모니터의 사시도.

도 5는 도 1의 시스템을 가동할 때, 압력챔버 내부의 시간에 따른 압력 변화를 나타낸 그래프.

도 6은 도 1의 시스템을 가동할 때, 압력챔버 내부의 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

1 : 압력챔버(chamber) 2 : 온도센서

3 : 열제어기 4 : 보온 자켓

5 : 도어(door) 6 : 봄베(bomb)

7 : 압력제어장치 8 : 공기히터

9 : 압력주입 벨브 10 : 압력센서

11 : 모니터 12 : 압력분출 벨브

13 : 진공펌프 14 : 이산화탄소 센서

15 : 받침다리 16 : 열주입부

17 :물받이 18 : 압력변환기

20 : 트레이 21 : 전류전압모니터

본 발명은 압력 조절 배양 시스템에 관한 것으로서, 특히 배양 시스템에 포함되며 내부에 배양할 생물이 안치되는 압력챔버 내부의 압력을 대기압 이상으로 가압·유지하면서, 이산화탄소의 농도를 일정하게 유지할 수 있는 압력 조절 배양 시스템에 관한 것이다.

본 발명이 속하는 기술 분야에는, 사람의 고혈압 수준의 압력(약 1.2기압)에서 배양된 다양한 동물의 혈관 내피 및 혈관 근육 세포, 사구체 세포 등에 관한 순환계 질환 연구 분야, 치조골 및 치주인대 세포에 관한 치의학 연구, 연골 세포 및 줄기 세포의 연골화 분화에 압력과 같은 기계적·물리적 자극이 주는 영향에 대한 연구 분야 등이 포함된다. 또한 생체 외부에서 100% 산소를 2 내지 4 기압으로 단시간 동안 가압하여 상처 및 저산소증, 감압병, 잠수병, 일산화탄소 중독 등을 치료하는 방법으로써 오랫동안 사용된 고압산소치료법에 관한 연구 분야, 세포 혹은 개체의 산화스트레스 및 항산화 물질에 관한 연구 분야 등이 포함된다.

위와 같은 연구를 진행하기 위해 필수적인 세포 또는 선충류와 같은 생물에게 '압력'이 미치는 생물학적인 영향을 연구하기 위해서는, 일정한 압력, 온도, 및 이산화탄소 농도 등의 유지가 필수적이다. 이를 위해 다양한 방법으로 세포 또는 선충류와 같은 생물에 압력을 가하는 장치나 시스템이 제공된 바 있다.

종래의 기술은, 큰 병에 25게이지 바늘을 사용하여 95% 공기와 5% 이산화탄소를 주입하는 방식(와타나베 등 일본 Saga 대학, 1987), 압력챔버를 직접 이산화탄소 배양기에 넣어 이산화탄소 농도를 5%로 맞추는 방식(카토 등, 일본 Kurume 대학, 1994) 등이 제공되었다. 또는 피스톤에 여러 종류의 납 덩어리를 놓아 압력을 조절하는 방식(야마모토 등, 일본 오사카 대학, 1991) 등이 제공된 바 있으며, 최근에는 고체상 감지기(solid-state sensor)와 압축장치가 동시에 배양기 내의 압력을 측정, 조절하는 방식(Chris Healey 등, 미국 버몬트 대학, 2003)이 제공된 바 있다.

위와 같은 종래의 기술에 의한 배양 시스템은, 대부분이 공기 혹은 오일 펌프시스템과 솔레노이드 벨브 등을 이용하여 챔버에 압력을 가하는 방식이었는데, 세포 또는 선충류와 같은 생물을 배양하기 위한 실험조건으로서, 5%의 이산화탄소 농도 유지 등과 같은 조건을 장시간 유지하기에는 적합하지 않았다. 따라서 종래의 기술에 의해 제공되는 압력 조절 생물 배양 시스템은 신뢰할 수 있는 정확한 결과를 얻기 어려웠다.

또한 복잡한 구조로 인해 배양 시스템에 포함되는 구성기기의 부피가 늘어날 수 밖에 없었으며, 작동이 번거롭고 고장이 잦아서 세심한 관리가 필요했다. 더욱이 생물학적 연구의 가치가 매우 높은 작은 실험동물로서 선충류 등에 대한 압력 주입 실험에는 부적합하다. 따라서 압력이 생체에 미치는 영향은 동물 세포 수준에서만 제한적으로 관찰되었을 뿐, 개체에 미치는 연구는 진전이 어려운 것이 사실이다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 생물 배양의 기본 조건인 온도, 습도, 이산화탄소 농도 및 압력 등의 특정 값을 장시간 동안 안정적으로 유지함은 물론, 컴팩트한 구성을 통해 작동이 쉬우면서도 공간을 많이 차지하지 않는 압력 조절 배양 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 각각의 배양 대상물에 따라 필요한 배양 조건으로 쉽게 전환할 수 있는 압력 조절 배양 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 실시예에 따른 압력 조절 배양 장치는, 생물 배양을 위한 압력 조절 배양 장치에 있어서, 배양하기 위한 상기 생물이 안치되는 압력챔버; 상기 압력챔버와 연결되며, 상기 압력챔버 내부로 주입될 5 내지 10 중량부의 이산화탄소 함유 공기를 저장하는 봄베; 상기 압력챔버와 연결되어 상기 압력챔버 내부의 공기를 흡입하는 진공펌프; 상기 압력챔버의 내부 온도를 온도센서를 통해 감지하고, 상기 감지된 내부 온도에 따라 상기 압력챔버에 열을 주입하는 열제어기; 상기 압력챔버의 내부 압력을 압력센서를 통해 감지하고, 상기 압력센서에 의해 측정된 상기 압력챔버 내부의 압력을 수치로 변환하는 압력변환기; 및, 상기 변환된 압력 수치를 표시하는 모니터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 봄베와 상기 압력챔버를 연결하는 호스 상에 설치되어, 상기 봄베로부터 상기 압력챔버로 유입되는 상기 5 내지 10 중량부의 이산화탄소 함유 공기의 양을 조절하는 압력주입 벨브;와, 상기 진공펌프와 상기 압력챔버를 연결하는 호스 상에 설치되어, 상기 압력챔버로부터 상기 진공펌프로 분출되는 상기 공기의 양을 조절하는 압력분출 벨브;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 봄베로부터 분출되어 상기 압력챔버 내부로 주입되는 상기 5 내지 10 중량부의 이산화탄소 함유 공기의 온도를 상기 압력챔버 내부로 주입되기 전에 일정한 온도로 가열하기 위한 공기히터;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

삭제

한편 상기 압력챔버는, 상기 압력챔버 내부의 온도를 일정하게 유지하기 위해 상기 압력챔버의 외부를 감싸는 보온 자켓; 상기 압력챔버를 지면으로부터 지지하고 상기 지면으로부터의 높이를 조절할 수 있는 받침다리; 및, 상기 압력챔버 내부에 안치되는 상기 생물을 관찰할 수 있도록 압력유리가 포함된 개폐 가능한 도어;를 포함하는 것이 바람직하다.

더욱이 상기 압력챔버는, 내경이 300 mm 이하이고 길이가 600 mm 이하인 원통형 챔버로 형성되는 것이 바람직하다.

한편 상기 열제어기는, 상기 압력챔버의 내부 온도가 떨어지는 경우, 상기 압력챔버에 전기에너지를 공급하여 상기 압력챔버의 내부 온도를 상승시킬 수 있는 열주입부;를 포함하는 것이 바람직하다.

더욱이 상기 열제어기는, 상기 열주입부를 통해 상기 압력챔버로 공급되는 전류와 전압의 값을 표시할 수 있는 전류전압모니터;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압력 조절 배양 시스템의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 조절 배양 시스템은 배양하기 위한 생물이 내부에 안치되는 압력챔버(1), 압력챔버(1) 내부로 주입되는 고농도의 이산화탄소 함유 공기를 저장하고 압력챔버(1)와 연결되는 봄베(Bomb, 6), 압력챔버(1)와 연결되어 압력챔버(1) 내부의 공기를 흡입할 수 있는 진공펌프(13), 압력챔버(1)의 내부 온도를 온도센서(2)를 통해 감지하고 압력챔버(1)에 열을 주입할 수 있는 열제어기(3), 압력센서(10)에 의해 측정된 압력챔버(1) 내부의 압력을 수치로 변환하는 압력변환기(18) 및, 변환된 압력 수치를 표시하는 모니터(11)를 포함한다. 또한 진공펌프(13)에서 분출되는 공기의 이산화탄소 농도를 검출하는 이산화탄소 센서(14)가 포함된다.

압력챔버(1)에는 배양할 생물을 안치시킬 수 있는 트레이(20, 도 2 참조) 및 압력챔버(1) 내부의 습도 조절을 위한 물받이(17)가 포함된다.

또한 압력챔버(1) 내부의 온도 측정을 위한 온도센서(2)와 압력센서(10)가 압력챔버(1) 내부에 설치되며, 각각 압력챔버(1)의 외부로 연통되는 온도센서 연결부(2', 도 2 참조)와 압력센서 연결부(10', 도 2 참조)를 통해 열제어기(3)와 압력변환기(18)로 연결되어 압력챔버(1) 내부의 온도 및 압력 정보를 제공한다.

여기서 온도센서 연결부(2', 도 2 참조)와 압력센서 연결부(10', 도 2 참조)를 통칭하는 의미로 '연결부'를 정의한다. 또한 '연결부'에는 봄베(6)와 진공펌프(13)를 압력챔버(1)에 각각 연결하는 호스가 결합되는 부분으로서 압력주입 연결부(9') 및 압력분출 연결부(12')를 포함한다. 이러한 '연결부'는 동일한 규격으로 제조되어 상황에 따라 위치를 변경할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

'호스'는 일반적인 액체나 유체를 전달하는 수단으로서 내부 공간이 형성된 관을 의미한다. 도 1은 구성도로서, 각각의 구성요소 간을 직선으로 도시하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 압력 조절 배양 시스템에서 기체가 소통되는 부분에는 '호스'가 사용되는 것은 당연한 것으로서 이에 대해서 상세하게 설명하지는 않는다.

보온 자켓(4)은 압력챔버(1) 내부의 온도를 일정하게 유지하기 위해 압력챔버(1)의 외부를 감싸는 형상으로 형성된다. 보온 자켓(4)은 실리콘 재질로 압력챔버(1)의 외부를 밀폐시키는 것이 바람직하다. 다만 어느 경우에나 압력챔버(1)와 외부 공기와의 온도 차이로 인해 압력챔버(1)의 내부 온도가 저하되는 것을 방지할 수 있은 재료를 이용하면 족하다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 압력챔버(1)에는 압력챔버 내부에 안치되는 생물 을 외부에서 관찰할 수 있는 압력유리(19)가 포함된 개폐 가능한 도어(5)와 압력챔버(1)를 지면으로부터 지지하고 지면으로부터의 높이를 조절할 수 있는 받침다리(15)가 포함되는 것이 바람직하다.

압력유리(1)는 대기압 이상의 압력에 충분히 견딜 수 있는 강성을 구비한 소재로 제조된다. 물론 유리가 아닌 플라스틱 재료를 이용하여 대체될 수도 있다. 어느 경우에나 내부를 관찰할 수 있도록 투명성이 확보되며, 대기압 이상의 압력으로서 1 내지 5 기압을 견딜 수 있는 정도의 강성을 가지는 재료이면 족하다.

도어(5)는 압력챔버(1)의 일측에 형성되며, 힌지(미도시)를 이용하여 개폐가능하게 형성된다. 물론 힌지가 없이 압력챔버(1)와 분리되는 형태로 형성될 수도 있다. 어느 경우에나 도어(5)는 압력챔버(1)를 밀폐할 수 있어야 한다. 따라서 도 2에 보이듯이, 원형 도어의 외주면을 따라 일정간격으로 잠금장치(5')를 부가하여 형성시키는 것이 바람직하다. 잠금장치(5')는 나사를 이용하여 견고하게 결합시키는 방식이 제공될 수 있다. 또한 탄성부재(미도시)를 중간에 삽입하여 도어(5)를 닫았을 때, 압력챔버(1)의 내부 공기가 외부로 새어나오지 않게 밀폐하는 것이 바람직하다.

받침다리(15)는 압력챔버(1)가 지면으로부터 수평이 되도록 지면으로부터 압력챔버(1)를 조절한다. 지면이 굴곡이 있는 경우에는 받침다리(15)의 높이를 조절하여 압력챔버(1)의 수평을 유지할 수 있다. 도 2에 보이듯이, 받침다리(15)는 적절한 개수로 형성되는 것이 바람직하며, 각각의 받침다리(15)는 압력챔버(1)에 나사로 결합되어 회전에 의해 높이를 조절할 수 있는 것이 바람직하다. 물론 나사 이 외에도 적절한 물리적 구조를 이용하여 높이를 조절할 수 있다. 어느 경우에나 받침다리(15)의 길이는 자유롭게 조절될 수 있어야 한다.

압력챔버(1)의 크기에는 특별한 제한은 없다. 다만 본 발명의 실시예에 의한 압력 조절 배양 시스템에 포함된 압력챔버(1)는 바람직하게 내경이 300 mm 이고 길이가 600 mm로 제공된다. 중량은 50kg으로 기존의 배양기에 비해 매우 가볍지만, 실시예를 통해 100 mm 직경의 배양접시 총 50 개가 충분히 압력챔버(1)의 내부에 안치되었다. 또한 소형의 원통형 형상으로서 이동이 매우 용이하며, 부피가 최대한 축소되어서 원하는 실험조건을 빠른 시간 내에 조성할 수 있으며, 불필요한 공간을 줄여 과도한 에너지 소모를 방지할 수 있다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 조절 배양 시스템은, 봄베(6)와 봄베(6)에서 연결되는 공기히터(8) 및 압력제어장치(7)를 포함한다.

봄베(6)는 압축가스를 저장하고 운반하는 데에 사용되는 일반적인 용기를 의미한다. 봄베(6)의 내부에는 고농도의 이산화탄소 함유 공기가 저장되어 있다.

종래의 기술에서는 배양 조건으로서의 이산화탄소 농도를 유지하기 위해 일반적인 공기와 이산화탄소 기체를 별도로 저장하고 각각을 배양기에 주입하면서 혼합시키는 방식이 제공되었다. 그러나 본 발명에 의하면 필요한 농도로 계산되어 제조된 고농도의 이산화탄소 함유 공기가 봄베(6)에 미리 저장되고, 이를 압력챔버(1)에 연결된 호스(미도시)를 통해 압력챔버(1) 내부로 주입하면서, 압력챔버(1) 내부의 이산화탄소 농도 및 공기압력을 동시에 맞출 수 있다. 이는 표준기체를 제조할 때 사용되는 정적희석법(static dilution)의 원리를 이용하는 것이다.

아래 표 1을 참조하면, 5 내지 10 중량부의 이산화탄소 함유 공기를 주입한 경우, 다양한 수치의 압력에 따른 압력챔버(1) 내부의 이산화탄소 농도가 제시된다. 이는 궁극적으로는 5%의 이산화탄소 농도를 조성하는 것이며, 5±0.15 % 의 범위 내로 조정할 수 있는 이론적, 실험적 수치이다. 단시간(대략 3분 내외)에 고농도의 이산화탄소 함유 공기의 주입·분출을 반복하여 압력챔버(1) 내부의 이산화탄소 농도를 표 1에 제시된 것과 같이 조성할 수 있다. 표 1에서 기압에 별표(*)가 표시된 곳은 고농도의 이산화탄소 함유 공기를 주입한 후 압력을 조정하기 위해 분출하는 과정으로서, 압력챔버(1) 외부의 공기가 내부로 유입되지 않으므로 이산화탄소 농도 수치에 대한 실험 오차가 작고, 안정한 범위의 pH를 유지할 수 있다.

<표1>

기압(ata)	1(챔버내부)	1.2*	1.2*	1.2*	1.2	주입가스
Bar(표시압력)	0	0.203	0.203	0.203	0.203	10% CO2+90% air (O2 18.9%+N2 70.2%) pH range: 7.4±0.2)
CO2(%)	0.030	1.692	3.076	4.230	5.192
O2(%)	21.000	20.650	20.358	20.115	19.913
N2(%)	78.000	76.700	75.617	74.714	73.962
etc.(%)	0.970	0.958	0.949	0.941	0.934
total	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000
기압(ata)	1(챔버내부)	1.4*	1.4
Bar(표시압력)	0	0.405	0.405
CO2(%)	0.030	2.879	4.913
O2(%)	21.000	20.400	19.971
N2(%)	78.000	75.771	74.180
etc.(%)	0.970	0.950	0.936
total	100.000	100.000	100.000
기압(ata)	1(챔버내부)	1.6*	1.4*	1.6
Bar(표시압력)	0	0.608	0.405	0.608
CO2(%)	0.030	3.769	3.769	4.807
O2(%)	21.000	20.213	20.213	19.994
N2(%)	78.000	75.075	75.075	74.263
etc.(%)	0.970	0.944	0.944	0.936
total	100.000	100.000	100.000	100.000
기압(ata)	1(챔버내부)	1.8*	1.7*	1.8
Bar(표시압력)	0	0.811	0.709	0.811
CO2(%)	0.030	4.461	4.461	4.965
O2(%)	21.000	20.067	20.067	19.961
N2(%)	78.000	47.533	74.533	74.139
etc.(%)	0.970	0.939	0.939	0.935
total	100.000	100.000	100.000	100.000
기압(ata)	1(챔버내부)	2.0
Bar(표시압력)	0	1.013
CO2(%)	0.030	5.015
O2(%)	21.000	19.950
N2(%)	78.000	74.100
etc.(%)	0.970	0.935
total	100.000	100.000
기압(ata)	1(챔버내부)	2.2*	2.2*	2.2*	2.2	주입가스
Bar(표시압력)	0	1.216	1.216	1.216	1.216	5% CO2+95% air (O2 19.9%+N2 74.1%) pH range: 7.3±0.2)
CO2(%)	0.030	2.741	3.973	4.533	4.788
O2(%)	21.000	20.427	20.167	20.049	19.995
N2(%)	78.000	75.873	74.906	74.466	74.266
etc.(%)	0.970	0.959	0.954	0.952	0.951
total	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000
기압(ata)	1(챔버내부)	2.4*	2.4*	2.4*	2.4
Bar(표시압력)	0	1.419	1.419	1.419	1.419
CO2(%)	0.030	2.929	4.137	4.640	4.850
O2(%)	21.000	20.388	20.132	20.026	19.982
N2(%)	78.000	75.725	74.777	74.382	74.218
etc.(%)	0.970	0.958	0.953	0.951	0.951
total	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000
기압(ata)	1(챔버내부)	2.6*	2.6*	2.6*	2.6
Bar(표시압력)	0	1.621	1.621	1.621	1.621
CO2(%)	0.030	3.088	4.265	4.717	4.891
O2(%)	21.000	20.354	20.105	20.010	19.973
N2(%)	78.000	75.600	74.677	74.322	74.185
etc.(%)	0.970	0.958	0.953	0.951	0.950
total	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000
기압(ata)	1(챔버내부)	2.8*	2.8*	2.8*	2.8
Bar(표시압력)	0	1.824	1.824	1.824	1.824
CO2(%)	0.030	3.255	4.366	4.774	4.919
O2(%)	21.000	20.325	20.084	19.998	19.967
N2(%)	78.000	75.493	74.597	74.278	74.163
etc.(%)	0.970	0.957	0.953	0.951	0.950
total	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000
기압(ata)	1(챔버내부)	3*	3*	3*	3
Bar(표시압력)	0	2.027	2.027	2.027	2.027
CO2(%)	0.030	3.343	4.448	4.816	4.939
O2(%)	21.000	20.300	20.067	19.989	19.963
N2(%)	78.000	75.400	74.533	74.244	74.148
etc.(%)	0.970	0.957	0.952	0.951	0.950
total	100.000	100.000	100.000	100.000	100.000

도 1 및 도 2를 참조하면, 고농도의 이산화탄소 함유 공기는 봄베(6)로부터 봄베(6)와 압력챔버(1)를 연결하는 호스(미도시)에 의해 압력챔버(1) 내부로 주입된다.

압력주입 벨브(9)는 압력주입 연결부(9')에 연결되는 호스(미도시)에 설치되어 압력챔버(1)로 유입되는 고농도의 이산화탄소 함유 공기의 양을 조절할 수 있도록 한다.

압력분출 벨브(12)는 압력분출 연결부(12')에 연결되는 호스(미도시)에 설치되어 진공펌프(13)로 분출되는 압력챔버(1) 내부의 공기의 양을 조절할 수 있도록 한다.
압력주입 벨브(9)와 압력분출 벨브(12)를 조절하여 압력챔버(1) 내부의 압력이 1 내지 3 기압의 범위가 유지된다.

압력챔버(1) 내부의 압력은 압력센서(10)에서 측정하여 압력변환기(18)로부 터 수치로 변환되어 모니터(11) 상에 표시된다. 여기서 압력변환기(18)는 압력센서(10)를 포함하는 개념으로 해석할 수도 있다.

모니터(11)는 압력변환기(18)에서 변환된 수치 값을 전기신호로 변환하여 사용자가 인지할 수 있는 숫자로 표시하는 장치를 의미한다. 모니터(11)는 도 4에서 보이듯이 열제어기(3)와 독립된 별도의 장치로 구성되거나 열제어기(3)와 일체로 형성될 수 있음은 물론이다. 또한 전류전압모니터(21)의 기능을 함께 수행하는 하나의 모니터로 형성되는 것도 가능할 것이다.

사용자는 모니터(11)에 표시되는 압력값을 보고 앞서 설명한 압력주입 벨브(9) 및 압력분출 벨브(12)를 조절하여 압력챔버(1) 내부의 적정 압력을 설정할 수 있다. 물론 압력주입 벨브(9), 압력분출 벨브(12), 압력변환기(18) 압력센서(10) 및 모니터(11)는 전자회로로 구성되는 제어부(미도시)에 연결되어, 설정을 원하는 압력값(목표값)을 입력하면, 변화하는 압력에 따라 목표값을 자동으로 맞출 수 있도록 형성되는 자동 제어 시스템으로 구성될 수도 있을 것이다.

다시 도 3을 참조하면, 봄베(6)에서 분출되는 고농도의 이산화탄소 함유 공기는 압력챔버(1)에 안치되는 배양 생물의 최적 온도조건(예를 들어 37℃)에 맞추어서 미리 가열될 수 있도록, 압력챔버(1)로 주입되기 전에 공기히터(8)를 통과하게 된다. 공기히터(8)는 열제어기(3)에 연결되어 전원을 공급받아 안정적인 온도를 유지할 수 있게 한다. 물론 전기에너지가 아닌 화학에너지 기타 다른 형태의 에너지가 사용될 수 있을 것이다. 다만 사용자가 원하는 적정 온도를 정확하게 맞추기 위해서는 전기에너지를 이용하여 공급되는 전류와 전압을 일정하게 제어할 수 있는 전자회로를 이용한 제어시스템을 이용하는 것이 바람직하다.

압력제어장치(7)는 분출되는 고농도의 이산화탄소 함유 공기의 압력을 일정하게 유지하면서 압력챔버(1) 내부로 유입되게 하기 위한 것이다. 이와 같은 압력제어장치(7)는 기존의 정압기 등이 활용될 수 있다.

도 4를 참조하면, 열제어기(3)는 압력챔버(1)의 내부 온도가 떨어지는 경우 압력챔버(1)에 전기에너지를 공급하여 압력챔버(1)의 내부 온도를 상승시킬 수 있는 열주입부(16, 도 1 참조)와 열주입부(16)를 통해 압력챔버로 공급되는 전류와 전압의 값을 표시할 수 있는 전류전압모니터(21)를 포함한다.

온도센서(2)는 온도센서 연결부(2')를 통해 압력챔버(1) 내부에 설치되어 압력챔버(1) 내부의 온도를 감지하고 이를 열제어기(3)에 전송한다.

열제어기(3)는 온도센서(2)로부터 전송받은 정보를 기초로 압력챔버(1)의 내부 온도가 사용자가 희망하는 고정온도(예를 들어 37℃)를 초과하거나 그보다 떨어진 경우, 열주입부(16)를 통해 압력챔버(1)로 전기에너지의 공급을 차단하거나 증가시켜, 압력챔버(1) 내부의 온도를 일정하게 유지한다.

열주입부(16)는 열제어기(3)로부터 연결되어 압력챔버(1)의 외주면에 결합되는 열주입선(16')을 포함한다. 압력챔버(1)의 외주면에는 전기 저항(미도시)이 설치될 수 있을 것이다. 따라서 공급되는 전기에너지를 열에너지로 변환시킬 수 있다.

열제어기(3)에는 열주입선을 통해 공급되는 전류·전압의 값을 표시할 수 있는 전류전압모니터(21)가 포함되어 사용자는 적절한 전류·전압을 공급하도록 조절 할 수 있다. 물론 사용자가 미리 설정한 압력챔버(1) 내부의 목표 온도를 자동으로 유지하기 위해, 온도센서(2)에서 감지한 온도를 열제어기(3)에서 전송받아, 목표 온도에서 떨어지거나 올라간 경우 열주입부(16)를 통해 압력챔버(1)에 공급될 전기에너지를 자동으로 조절하는 제어시스템이 활용될 수도 있을 것이다.

본 발명의 실시예에서, 사용자가 설정한 37℃의 온도에서 압력챔버(1)의 내부 온도는 37.1±0.33℃로 온도 변동이 작고 매우 안정적으로 유지된다. 이러한 온도 유지는 압력챔버(1)에 2기압의 공기를 주입한 후, 본 발명의 실시예에 따른 압력 조절 배양 시스템을 2 내지 3 주일 동안 연속적으로 가동시켰을 때에도 압력챔버(1) 내부의 온도 및 압력은 동일하게 유지되었다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 조절 배양 시스템을 가동하였을 때의 시간에 따른 압력챔버(1) 내부의 압력과 온도가 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 특히 40 시간 이상의 장시간 동안 2기압 상태를 유지하며, 가동 후 30 분 내외에 목표 온도인 37℃에 도달하여 장시간 동안 균일한 온도를 유지하는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압력 조절 배양 시스템은 개체의 구조가 간단하고 인간 유전자와의 동등성이 높게 평가되어 실험동물로서 중요하게 취급되는 예쁜 꼬마선충(선충류)의 배양에도 사용될 수 있다. 이러한 예쁜 꼬마선충은 이산화탄소를 필요로 하지 않으며 25℃의 온도에서 배양된다. 따라서 예쁜 꼬마선충의 배양을 위해, 압력챔버(1)의 내부 온도를 25℃로 유지하면서, 고농도의 이산화탄소 함유 공기가 아닌 일반 공기가 채워진 봄베(6)를 압력챔버(1)에 연결하여 원하는 압력수치 에 도달할 만큼 공기를 주입하고, 공기히터(8)는 작동시키지 않는다. 이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 압력 조절 배양 시스템은 다양한 배양 대상에 따른 다양한 실험조건을 용이하게 조성할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 압력 조절 배양 시스템에 의하면, 사용자가 원하는 배양조건으로서의 압력, 온도 및 이산화탄소 농도를 일정한 상태로 장시간 동안 유지할 수 있으므로 다양한 생물의 배양에 효과적으로 적용될 수 있다. 또한 본 발명에 따른 압력 조절 배양 시스템은, 필요한 농도로 계산되어 제조된 고농도의 이산화탄소 함유 공기를 하나의 봄베에 저장하여, 이를 압력챔버에 주입하는 방식을 제공하므로 이산화탄소 농도와 공기압력을 동시에 맞출 수 있다. 더욱이 전기로 작동하는 열제어기를 사용함으로써 정밀한 온도조절이 가능하고, 소형의 원통형 압력챔버를 사용하므로 협소한 장소에서도 운용이 가능하다. 아울러 본 발명의 실시예에 따른 압력 조절 배양 시스템을 통해, 고혈압 수준에서 생체에 미치는 연구를 위한 생물 배양이 효과적으로 이루어질 수 있으므로 관련 연구 분야의 기술 발전을 유도하는 효과가 있다.

Claims

생물 배양을 위한 압력 조절 배양 장치에 있어서,

배양하기 위한 상기 생물이 안치되는 압력챔버;

상기 압력챔버와 연결되며, 상기 압력챔버 내부로 주입될 5 내지 10 중량부의 이산화탄소 함유 공기를 저장하는 봄베;

상기 압력챔버와 연결되어 상기 압력챔버 내부의 공기를 흡입하는 진공펌프;

상기 압력챔버의 내부 온도를 온도센서를 통해 감지하고, 상기 감지된 내부 온도에 따라 상기 압력챔버에 열을 주입하는 열제어기;

상기 압력챔버의 내부 압력을 압력센서를 통해 감지하고, 상기 압력센서에 의해 측정된 상기 압력챔버 내부의 압력을 수치로 변환하는 압력변환기; 및,

상기 변환된 압력 수치를 표시하는 모니터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 조절 배양 장치.
제1항에 있어서,

상기 봄베와 상기 압력챔버를 연결하는 호스 상에 설치되어, 상기 봄베로부터 상기 압력챔버로 유입되는 상기 5 내지 10 중량부의 이산화탄소 함유 공기의 양을 조절하는 압력주입 벨브;와,

상기 진공펌프와 상기 압력챔버를 연결하는 호스 상에 설치되어, 상기 압력챔버로부터 상기 진공펌프로 분출되는 상기 공기의 양을 조절하는 압력분출 벨브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 조절 배양 장치.
제1항에 있어서,

상기 봄베로부터 분출되어 상기 압력챔버 내부로 주입되는 상기 5 내지 10 중량부의 이산화탄소 함유 공기의 온도를 상기 압력챔버 내부로 주입되기 전에 일정한 온도로 가열하기 위한 공기히터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 조절 배양 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 압력챔버는,

상기 압력챔버 내부의 온도를 일정하게 유지하기 위해 상기 압력챔버의 외부를 감싸는 보온 자켓;

상기 압력챔버를 지면으로부터 지지하고 상기 지면으로부터의 높이를 조절할 수 있는 받침다리; 및,

상기 압력챔버 내부에 안치되는 상기 생물을 관찰할 수 있도록 압력유리가 포함된 개폐 가능한 도어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 조절 배양 장치.
제5항에 있어서, 상기 압력챔버는,

내경이 300 mm 이하이고 길이가 600 mm 이하인 원통형 챔버로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 조절 배양 장치.
제1항에 있어서, 상기 열제어기는,

상기 압력챔버의 내부 온도가 떨어지는 경우, 상기 압력챔버에 전기에너지를 공급하여 상기 압력챔버의 내부 온도를 상승시킬 수 있는 열주입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 조절 배양 장치.
제7항에 있어서, 상기 열제어기는,

상기 열주입부를 통해 상기 압력챔버로 공급되는 전류와 전압의 값을 표시할 수 있는 전류전압모니터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 조절 배양 장치.