KR100824357B1 - Miniaturized bioreactor - Google Patents

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장규호
장인배
강병국
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주식회사 바이오트론
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Abstract

A miniaturized bio-reactor is provided to maintain reaction homeostasis with the optimum and have a non-complicated structure with minimized contamination possibility. A bio-reactor for culturing bio-materials comprises: an interface chip(2) including a culture medium supplying micro-pump(2a), a culture medium extraction micro-pump(2b), a mixture gas flow path, a gas-permeable porous plate(2d), a thermo-sensor(2e) and a pH sensor(2f) and equipped at the lower part of the bio-reactor; and a cultivation tank(1) which is installed at the upper part of the interface chip and includes a culturing chamber(1a) for culturing the bio-materials, an inhalation chamber(1b) for extracting used culture medium, and an outlet(1c) connecting the culturing chamber and the inhalation chamber having a cell isolation filter(1d), wherein the thermo-sensor and the pH sensor are connected to a controller installed at the outside. The bio-reactor further comprises a thermoelectric element(4) receiving a signal from the controller to control the temperature. Further, the porous plate is a porous ceramic plate.

Description

소형 생물반응기{Miniaturized Bioreactor}Miniaturized Bioreactor

도 1은 본 발명에 따르는 소형 생물반응기의 전체 구성도이며,1 is an overall configuration diagram of a small bioreactor according to the present invention,

도 2는 도 1의 구성 중 배양 유닛의 상세 구성도이며,2 is a detailed configuration diagram of the culture unit of the configuration of Figure 1,

도 3은 본 발명에 따르는 소형 생물반응기 배양 유닛의 한 실시예의 분해도이다.3 is an exploded view of one embodiment of a small bioreactor culture unit according to the present invention.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)

10 : 배양 유닛10: culture unit

1 : 배양조 1a : 배양 챔버1: culture tank 1a: culture chamber

1b : 흡입 챔버 1c : 유출구1b: suction chamber 1c: outlet

1d : 세포분리 필터 2 : 생물반응기 인터페이스 칩1d: cell separation filter 2: bioreactor interface chip

2a : 배지공급 마이크로펌프 2b : 배지추출 마이크로펌프2a: Medium supply micro pump 2b: Medium extraction micro pump

2c : 혼합가스 유로 2d : 기체 투과성 다공질 판2c: mixed gas flow path 2d: gas permeable porous plate

2e : 온도 센서 2f : pH 센서2e: temperature sensor 2f: pH sensor

3 : 열 전달판 4 : 열전소자3: heat transfer plate 4: thermoelectric element

5 : 방열판 6 : 커버5: heat sink 6: cover

7 : 누름쇠7: push button

20 : 제어기 20: controller

30 : 가스 믹서30: gas mixer

40 : 필터40: filter

50 : 가스 열교환기50: gas heat exchanger

60 : 혼합가스 리저버60: mixed gas reservoir

70 : 배지 탱크70: discharge tank

80 : 폐수 탱크80: wastewater tank

90 : 필터90 filter

본 발명은 동물세포를 비롯한 각종 세포, 효소, 단백질 등 다양한 생체물질의 소규모 배양을 위한 생물반응기 및 이의 일부를 구성하는 인터페이스 칩에 대한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 소형 생물반응기에서 배양조의 하부를 구성하는 인터페이스 칩 및 이를 포함하는 생물반응기에 관한 것으로, 인터페이스 칩은 배양조에 배지를 공급하는 배지공급 마이크로펌프, 배양조로부터 사용된 배지를 추출하는 배지추출 마이크로펌프, 배양조에 공급되는 혼합가스의 경로를 제공하는 혼합가스 유로, 상기 혼합가스 유로 상에 구비되어 상기 배양조 내부로 기체를 공급하는 기체 투과성 다공질 판, 온도 센서 및 pH 센서를 포함한다. The present invention relates to a bioreactor for small-scale cultivation of various biological materials such as various cells, enzymes, proteins, including animal cells, and an interface chip constituting a part thereof. More specifically, the present invention relates to an interface chip constituting the lower portion of the culture tank in a small bioreactor and a bioreactor including the same, the interface chip is a medium supply micro-pump for supplying the medium to the culture tank, the medium used from the culture tank A medium extraction micropump to extract, a mixed gas flow path providing a path of the mixed gas supplied to the culture tank, and a gas permeable porous plate, a temperature sensor, and a pH sensor provided on the mixed gas flow path to supply gas into the culture tank. Include.

생물반응기는 생체의 반응기구를 이용하여 생화학반응을 수행하는 반응시스템 내지 장치로서, 특히 소형 생물반응기에서는 부피가 작기 때문에 온도, pH, 배 양물 조성 등 환경의 급격한 변화가 계에 가해지는 경우 변화에 따르는 충격을 흡수할 수 있는 능력이 대규모 배양기에 비하여 취약하기 때문에 계 내의 항상성을 유지하는 제어 시스템의 존부에 따라 그 목적 생물반응의 성패가 좌우된다.Bioreactors are reaction systems or devices that perform biochemical reactions using bioreactors. Especially, in small bioreactors, they are small in volume, which means that they do not respond to rapid changes in the environment, such as temperature, pH, or composition. Since the ability to absorb subsequent shocks is weak compared to large incubators, the presence or absence of a control system that maintains homeostasis in the system depends on the success or failure of the desired bioreaction.

일반적으로 행하여지는 소규모 생물반응, 특히 세포를 배양하는 공정에서 세포의 생장에 크게 영향을 미치는 요소는 산소, 탄소, 질소 등의 배양액 내 가스 농도와 배양액의 pH, 배양액의 온도 및 신선한 배지의 공급과 소모 배지 등 노폐물의 제거 등이고, 이들 요소들을 얼마나 미세하게 제어하는지가 소형 생물반응기뿐 아니라 모든 생물반응기의 당면 과제이다. In general, small-scale bioreactions, especially in cell culturing, have a significant effect on the growth of cells, including the concentration of gas in the medium, such as oxygen, carbon, and nitrogen, the pH of the medium, the temperature of the medium, and the supply of fresh medium. The removal of waste products such as spent media, and how to finely control these elements is a challenge for all bioreactors as well as small bioreactors.

이 같은 생물반응에서 제어를 요하는 요소들은 주로 각각의 요소들의 배양액 내 상태를 모니터링하는 센서들, 예를 들어 온도 센서, pH 센서, CO2 센서, 용존산소 측정 센서 등을 배양액에 침지하도록 배양기에 설치하고 그 신호를 제어기에 전달하면 측정값과 기준값의 차이에 따라 온오프 방식, 퍼지 방식 등의 조절기능을 갖춘 제어기가 작동하여 기준값에 가깝도록 열을 전달하거나 냉각하거나 pH 조절액, 산소나 이산화탄소를 배양기 내부로 전달하는 방식으로 진행된다. In these bioreactions, the elements that require control are primarily sensors that monitor the state of each element in the culture, such as temperature sensors, pH sensors, CO 2 sensors, dissolved oxygen measurement sensors, etc. When installed and the signal is transmitted to the controller, the controller with on / off and purge control functions according to the difference between the measured value and the reference value to transfer or cool the heat close to the reference value, or to adjust the pH control liquid, oxygen or carbon dioxide. It is carried out in such a way that to deliver into the incubator.

생물반응기는 생체물질을 배양하기에 최적의 조건을 맞추도록 설계되기 때문에 목적하는 생체물질 외의 다른 생물체의 생육이나 다른 물질의 오염이 항상 문제가 되며, 특히, 생물반응기의 구성요소가 여러 가지이고 구조가 복잡해지거나 청소하기 용이하지 않은 부분을 포함하게 될 경우에 오염 가능성이 높아진다. 종래 일반적으로 사용되는 생물반응기에는 개별적으로 설치되는 각종 센서와 배양조 자체 의 반복적 재사용에 따라 오염의 문제가 심각한 경우가 많았다. 오염이 일단 발생하면 운전하고 있는 그 생물반응 자체가 실패하는 것은 물론이고, 그 오염의 사후 제거에도 막대한 비용과 노력이 소요되기 때문이다. 특히 제약 분야에서의 항체나 고가의 세포를 배양하는 경우 그 피해가 막대할 수 있다.Bioreactors are designed to meet optimal conditions for cultivating biomaterials, so growth of other organisms or contamination of other materials other than the desired biomaterial is always a problem. In particular, bioreactors have various components and structures. The potential for contamination is increased if the product contains parts that are complicated or not easy to clean. In the conventionally used bioreactors, the problem of contamination was often serious due to the repeated reuse of various sensors installed separately and the culture tank itself. Once pollution occurs, not only does the bioreaction itself operating fail, but also the enormous cost and effort required to remove it afterwards. In particular, the cultivation of antibodies or expensive cells in the pharmaceutical field can be enormous.

따라서, 되도록 오염원이 차단될 수 있는 단순한 구조를 가지면서도 생체에 가까운 항상성을 유지할 수 있는 제어시스템을 갖춘 생물반응기의 필요성이 절실한 실정이다.Therefore, there is an urgent need for a bioreactor having a control system capable of maintaining homeostasis close to a living body while having a simple structure in which pollutants can be blocked as much as possible.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 소규모 생물반응의 반응 항상성을 최적으로 유지할 수 있는 제어시스템을 갖추면서도 구조적으로 복잡하지 않고 오염가능성을 최소화하는 구조를 가지는 소형 생물반응기 및 이에 사용되는 인터페이스 칩을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to provide a control system that can optimally maintain the reaction homeostasis of small scale bioreactions, while not structurally complex and minimize the possibility of contamination The present invention provides a small bioreactor having a structure and an interface chip used therein.

본 발명의 발명자들은 초소형 시스템이나 초소형 기계를 의미하는 MEMS (MicroElectroMechanical Systems) 생산공정으로 제작되는 인터페이스 칩을 이용하는 것이 소형 생물반응기의 효율을 높이고 반응의 안정성을 유지하는데 매우 유리하다는 놀라운 발견을 하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present invention have made an amazing discovery that the use of an interface chip manufactured by a MEMS (MicroElectroMechanical Systems) production process, which means a micro system or a micro machine, is very advantageous for increasing the efficiency of a small bioreactor and maintaining the stability of the reaction. Came to complete.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 소형 생물반응기는 생체물질의 배양을 위한 생물반응기에 있어서, 상기 생물반응기의 하부에 구비된 인터페이스 칩; 및 상기 인터페이스 칩의 상부에 설치되고, 생체물질의 배양을 위한 배양 챔버, 사용된 배지의 추출을 위한 흡입 챔버 및 배양 챔버와 흡입 챔버를 연결하는 역할을 하며 필터를 구비한 유출구로 구성된 배양조를 포함하고, 상기 온도 센서 및 pH 센서는 외부에 설치된 제어기에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 생물반응기로 구성된 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a small bioreactor according to the present invention includes a bioreactor for culturing a biomaterial, the interface chip provided under the bioreactor; And a culture tank installed at an upper portion of the interface chip and configured to connect a culture chamber for culturing a biological material, an intake chamber for extracting a used medium, and a culture chamber and an intake chamber, and an outlet having a filter. And the temperature sensor and the pH sensor are configured as a bioreactor, characterized in that connected to an externally installed controller.

또한, 상기 인터페이스 칩은 소형 생물반응기에서 배양조의 하부를 구성하는 인터페이스 칩에 있어서, 상기 배양조에 배지를 공급하는 배지공급 마이크로펌프, 상기 배양조로부터 사용된 배지를 추출하는 배지추출 마이크로펌프, 상기 배양조에 공급되는 혼합가스의 경로를 제공하는 혼합가스 유로, 상기 혼합가스 유로 상에 구비되어 상기 배양조 내부로 기체를 공급하는 기체 투과성 다공질 판, 상기 배양조 내부의 온도 측정을 위한 온도 센서, 및 상기 배양조 내부의 pH 측정을 위한 pH 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the interface chip is an interface chip constituting the lower part of the culture tank in a small bioreactor, a medium supply micropump for supplying a medium to the culture tank, a medium extraction micropump for extracting the medium used from the culture tank, the culture A mixed gas flow path providing a path of the mixed gas supplied to the tank, a gas permeable porous plate provided on the mixed gas flow path to supply gas into the culture tank, a temperature sensor for measuring a temperature inside the culture tank, and Characterized in that it comprises a pH sensor for measuring the pH inside the culture tank.

본 발명의 한 양태에서 상기 다공질 판은 다공질 세라믹 판인 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the invention the porous plate is characterized in that the porous ceramic plate.

본 발명의 다른 양태에서 상기 인터페이스 칩의 하부에는 상기 외부 제어기로부터 신호를 받아 온도 조절이 가능한 열전소자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In another aspect of the present invention, the lower portion of the interface chip is characterized in that it further comprises a thermoelectric element capable of temperature control by receiving a signal from the external controller.

본 발명의 또 다른 양태에서 상기 혼합가스 유로로 공급되는 가스는 외부에 설치된 가스 믹서로부터 산소, 질소, 암모니아 및 이산화탄소 중에서 선택된 2 종 이상의 가스가 혼합되어 공급되고, 상기 가스 믹서와 상기 혼합가스 유로 사이에는 제어기와 연결된 가스 열교환기 및 혼합가스 리저버가 설치되어 혼합가스의 온도 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the gas supplied to the mixed gas flow path is supplied by mixing at least two gases selected from oxygen, nitrogen, ammonia, and carbon dioxide from a gas mixer installed outside, between the gas mixer and the mixed gas flow path. The gas heat exchanger and the mixed gas reservoir connected to the controller is installed is characterized in that the temperature of the mixed gas can be adjusted.

본 발명의 다른 한 양태에서 상기 가스 믹서와 상기 혼합가스 유로 사이에는 제균을 위한 필터가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.In another aspect of the present invention, a filter for disinfection is provided between the gas mixer and the mixed gas flow path.

본 발명의 다른 한 양태에서 배양 챔버에는 배플이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.In another aspect of the invention, the culture chamber is characterized in that the baffle is provided.

이하, 본 발명의 소형 생물반응기 및 생물반응기에서 배양조의 하부를 구성하는 인터페이스 칩에 대한 하나의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of the interface chip constituting the lower part of the culture tank in the small bioreactor and the bioreactor of the present invention will be described in more detail.

(생물반응기 및 인터페이스 칩의 구조)(Structure of Bioreactor and Interface Chip)

도 1은 본 발명에 따르는 소형 생물반응기의 전체 구성도이며, 도 2는 도 1의 구성 중 배양 유닛의 상세 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따르는 소형 생물반응기 배양 유닛의 한 실시예의 분해도이다.1 is an overall configuration diagram of a small bioreactor according to the present invention, Figure 2 is a detailed configuration diagram of the culture unit of the configuration of Figure 1, Figure 3 is an exploded view of an embodiment of a small bioreactor culture unit according to the present invention .

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르는 소형 생물반응기의 배양 유닛(10)은 생물반응기의 상부를 구성하는 배양조(1), 하부를 구성하는 인터페이스 칩(2), 그 하부에 열 전달판(3), 배양조의 온도 조절을 위한 열전소자(4) 및 방열판(5)으로 이루어진다. 열전소자(4)는 열 전달판(3)을 통하여 배양조 및 배양조 구성 부속품 일체를 균일한 온도로 유지하는 역할을 한다.As shown in Figures 1 to 3, the small bioreactor culture unit 10 according to the present invention is a culture tank (1) constituting the upper portion of the bioreactor, the interface chip (2) constituting the lower portion, the lower portion In the heat transfer plate 3, the thermoelectric element 4 and the heat dissipation plate 5 for adjusting the temperature of the culture tank. The thermoelectric element 4 serves to maintain the culture vessel and the culture vessel component parts at a uniform temperature through the heat transfer plate 3.

상기 배양조의 하부를 구성하는 상기 인터페이스 칩(2)은 상기 배양조(1)에 배지를 공급하는 배지공급 마이크로펌프(2a), 상기 배양조로부터 사용된 배지를 추출하는 배지추출 마이크로펌프(2b), 상기 배양조(2)에 공급되는 혼합가스의 경로를 제공하는 혼합가스 유로(2c), 상기 혼합가스 유로 상에 구비되어 상기 배양 챔버 내부로 기체를 공급하는 기체 투과성 다공질 판(2d), 상기 배양 챔버(2a) 내부의 온도 측정을 위한 온도 센서(2e) 및 상기 배양 챔버(2a) 내부의 pH 측정을 위한 pH 센서(2f)로 구성된다.The interface chip (2) constituting the lower part of the culture tank is a medium supply micropump (2a) for supplying the medium to the culture tank (1), a medium extraction micropump (2b) for extracting the medium used from the culture tank , A mixed gas flow path 2c providing a path of the mixed gas supplied to the culture tank 2, a gas permeable porous plate 2d provided on the mixed gas flow path to supply gas into the culture chamber, and It consists of a temperature sensor 2e for measuring the temperature inside the culture chamber 2a and a pH sensor 2f for measuring the pH inside the culture chamber 2a.

상기 인터페이스 칩(2)을 포함하는 본 발명의 생물반응기는 상기 생물반응기의 하부에 구비된 상기 인터페이스 칩(2), 및 상기 인터페이스 칩의 상부에 설치되고, 생체물질의 배양을 위한 배양 챔버(1a), 사용된 배지의 추출을 위한 흡입 챔버(1b) 및 배양 챔버와 흡입 챔버를 연결하는 역할을 하며 세포분리 필터(1d)를 구비한 유출구(1c)로 구성된 배양조(1)로 구성된다.The bioreactor of the present invention including the interface chip 2 is installed on the interface chip 2 provided on the lower portion of the bioreactor, and the interface chip, and a culture chamber 1a for culturing a biomaterial. ), A culture tank 1 composed of an inlet chamber 1b for extracting the used medium and an outlet port 1c having a cell separation filter 1d, which serves to connect the culture chamber and the suction chamber.

상기 온도 센서(2e) 및 pH 센서(2f)는 외부에 설치된 제어기(20)에 연결되도록 구성된다. The temperature sensor 2e and the pH sensor 2f are configured to be connected to the controller 20 installed outside.

상기 배지공급 마이크로펌프(2a)는 배지 탱크(70)로부터 배양 챔버(1a)내로 펌핑하도록 구성되고, 상기 배지추출 마이크로펌프(2b)는 흡입 챔버(1b)로부터 폐수 탱크(80)로 펌핑하도록 구성된다.The medium supply micropump 2a is configured to pump from the medium tank 70 into the culture chamber 1a, and the medium extraction micropump 2b is configured to pump from the suction chamber 1b to the wastewater tank 80. do.

상기 혼합가스 유로(2c)로 공급되는 가스는 외부에 설치된 가스 믹서(30)로부터 산소, 질소, 암모니아 및 이산화탄소 중에서 선택된 2 종 이상의 가스가 혼합되어 공급되고, 상기 가스 믹서(30)와 상기 혼합가스 유로(2c) 사이에는 제어기(20)와 연결된 가스 열교환기(50) 및 혼합가스 리저버(60)가 설치된다.The gas supplied to the mixed gas flow path 2c is supplied by mixing two or more kinds of gases selected from oxygen, nitrogen, ammonia and carbon dioxide from the gas mixer 30 installed outside, and the gas mixer 30 and the mixed gas. The gas heat exchanger 50 and the mixed gas reservoir 60 connected to the controller 20 are installed between the flow paths 2c.

상기 가스 믹서(30)와 상기 혼합가스 유로(2c) 사이에는 제균을 위한 필터(40)가 설치된다.A filter 40 for disinfection is installed between the gas mixer 30 and the mixed gas flow path 2c.

상기 혼합가스 유로의 출구에도 제균을 위한 필터(90)가 설치될 수 있다. A filter 90 for disinfection may be installed at the outlet of the mixed gas flow path.

이 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르는 소형 생물반응기 및 인터페이스칩의 작용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.The operation of the small bioreactor and the interface chip according to the present invention having such a configuration will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

(소형 생물반응기의 작동)(Operation of small bioreactors)

도 1에 도시된 바와 같은 본 발명의 생물반응기는 상기 배양 챔버(1a)에서 각종 세포, 효소, 항체 기타 단백질을 포함하는 다양한 생체물질을 배지 탱크(70)로부터 공급된 배지 상에서 배양하게 되며, 특히 100ml 이하의 소규모 배양에 적당하다. 상기 배양 챔버에서 사용되는 배지는 배지 탱크로부터 배지를 펌핑하는, 인터페이스 칩(2) 상의 배지 공급 마이크로 펌프(2a)에 의하여 공급된다. In the bioreactor of the present invention as shown in FIG. 1, various biomaterials including various cells, enzymes, antibodies and other proteins in the culture chamber 1a are cultured on a medium supplied from the medium tank 70. It is suitable for small scale cultures of less than 100ml. The medium used in the culture chamber is supplied by a medium supply micro pump 2a on the interface chip 2, which pumps the medium from the medium tank.

상기 배양 챔버(1a)는 사용된 배지의 추출을 위한 상기 흡입 챔버(1b)와 유출구(1c)와 연결되어 있는데, 유출구에는 사용된 배지의 배출시 세포 등의 배양물질이 함께 유출되는 것을 방지하기 위하여 배양물질이 통과할 수 없는 기공 크기를 갖는, 바람직하게는 0.2㎛ 내외의 기공 크기를 갖는 세포분리 필터(1d)가 설치되어 필터를 통하여 사용된 배지가 흡입 챔버를 통하여 폐수 탱크(80)로 이동된다. 이 때, 배출을 위한 동력은 인터페이스 칩에 설치된 배지추출 마이크로펌프(2b)에 의하여 제공된다.The culture chamber (1a) is connected to the suction chamber (1b) and the outlet (1c) for the extraction of the used medium, the outlet to prevent the culture material, such as cells to flow out when the discharge of the used medium To this end, a cell separation filter 1d having a pore size through which the culture material cannot pass, preferably having a pore size of about 0.2 μm, is installed so that the medium used through the filter is transferred to the wastewater tank 80 through the suction chamber. Is moved. At this time, the power for discharging is provided by the medium extraction micropump 2b installed in the interface chip.

상기 배양조(2) 내부로는 혼합가스 유로(2c)로부터 혼합가스가 공급되는데, 이는 혼합가스 유로 상에 구비되어 상기 배양조 내부로 기체를 공급하는 기체 투과성 다공질 판(2d)을 통하여 이루어진다. 혼합 가스는 배양 유닛 외부에 설치된 제어기(20)의 명령에 따라 필요한 가스의 종류와 양이 결정되어 가스 믹서(30)로부터 공급된다. 상기 기체 투과성 다공질 판은 바람직하게는 다공질 세라믹 판일 수 있다. The mixed gas is supplied into the culture tank 2 from the mixed gas flow path 2c, which is provided on the mixed gas flow path through a gas permeable porous plate 2d for supplying gas into the culture tank. The mixed gas is determined from the type and amount of gas required by the controller 20 installed outside the culture unit, and is supplied from the gas mixer 30. The gas permeable porous plate may preferably be a porous ceramic plate.

한편, 배양 챔버 내의 배지로부터의 노폐 가스는 상기 기체 투과성 다공질 판(2d)을 통하여 외기로 확산된다. 사용되지 않은 혼합가스와 노폐 가스들은 인터페이스 칩(2)의 기체 방출구(도시하지 않음)를 통하여 대기로 방출된다.On the other hand, the waste gas from the medium in the culture chamber diffuses into the outside air through the gas permeable porous plate 2d. Unused mixed gas and waste gas are discharged to the atmosphere through a gas outlet (not shown) of the interface chip 2.

여기에서, 인터페이스 칩 상에 배양조를 마주보고 설치된 온도 센서(2e) 및 pH 센서(2f)로부터의 온도 정보 및 pH 정보를 제어기가 프로세싱하여 열전소자(4)로 온도 조절을 하도록 하거나, 가스 믹서(30)에서 pH 조절용으로 CO2 나 NH3 등의 가스의 필요량을 공급하도록 운전된다.Here, the controller processes the temperature information and the pH information from the temperature sensor 2e and the pH sensor 2f installed facing the culture tank on the interface chip to control the temperature with the thermoelectric element 4, or the gas mixer. At 30, it is operated to supply a required amount of gas such as CO 2 or NH 3 for pH adjustment.

배양물질의 배양 조건은 상기 센서뿐 아니라, 별도로 설치되는 용존산소 측정 센서(도시되지 않음)로 측정되어 가스 믹서로부터 공급되어야 하는 O2의 양 또한 제어기를 통하여 공급되도록 운전된다.Cultivation conditions of the culture material are measured not only with the sensor but also with a dissolved oxygen measurement sensor (not shown) installed so that the amount of O 2 that must be supplied from the gas mixer is also driven through the controller.

또한, 가스믹서(30)는 상기 혼합가스 유로(2c)를 통하여 배양조 내부로 O2, N2 등의 호흡용 기체 또한 제어기의 조절에 따라 공급한다. 이때, 혼합가스 유로는 미로형으로 구성되어 더 효율적으로 혼합가스를 배양 챔버(1a) 내로 공급할 수 있다.In addition, the gas mixer 30 supplies the respiratory gas, such as O 2 , N 2 , into the culture tank through the mixed gas flow path 2c according to the control of the controller. At this time, the mixed gas flow path is configured in a labyrinth, it is possible to more efficiently supply the mixed gas into the culture chamber (1a).

소용량 배양조의 경우, 배양조로 유입되는 기체에 의해서 배양조 온도가 급격하게 변하므로, 공급기체도 열전소자를 사용한 열 교환기(50)로 온도를 조절하여 제어기(20)의 조절에 따라 공급한다. 특히, 열 교환기 말단부에는 리저버 탱크(60) 를 설치하여 공급기체의 열 유동을 균일화하도록 한다.In the case of the small-volume culture tank, the temperature of the culture tank is drastically changed by the gas introduced into the culture tank, so that the supply gas is also supplied under the control of the controller 20 by controlling the temperature with the heat exchanger 50 using the thermoelectric element. In particular, a reservoir tank 60 is installed at the end of the heat exchanger to equalize the heat flow of the feed gas.

한편, 상기 배양조(1) 상부에는 배양상태를 육안으로 확인할 수 있고 배양조의 밀폐를 위한 커버(6)가 설치되는데, 배양조 안의 상태를 육안으로 확인할 수 있도록 투명 커버, 바람직하게는 유리 커버가 설치될 수 있다. 커버에 의한 배양조의 밀폐를 위하여 배양조(1), 인터페이스 칩(2), 하부 열 전달판(3)을 조립하는 한 쌍의 누름쇠(7)가 설치될 수 있다. On the other hand, the upper part of the culture tank (1) can check the culture state with the naked eye and a cover 6 for sealing the culture tank is installed, the transparent cover, preferably a glass cover to visually check the state in the culture tank Can be installed. In order to seal the culture tank by the cover, a pair of presses 7 for assembling the culture tank 1, the interface chip 2, and the lower heat transfer plate 3 may be installed.

열 전달판(3)의 하부에는 열전소자, 방열판 및 방열팬(도면에는 표시되지 않음)등으로 조립된다. 여기서 커버와 배양조는 일회용으로 제작할 수 있으며, 초소형 시스템이나 초소형 기계를 의미하는 MEMS (MicroElectroMechanical Systems) 생산공정으로 제작되는 인터페이스 칩은 재사용이 가능하다. The lower part of the heat transfer plate 3 is assembled with a thermoelectric element, a heat sink and a heat radiating fan (not shown). Here, the cover and the culture tank can be manufactured for single use, and the interface chip produced by the MEMS (MicroElectroMechanical Systems) production process, which means a micro system or a micro machine, can be reused.

배양 챔버(1a) 내에는 배플(도면에는 표시되지 않음)이 설치될 수 있는데, 배양액은 배플들을 차례로 통과하여 흡입 챔버(1b) 측으로 서서히 이동해 간다. 배플은 배지의 이동 경로를 늘려서 소형 반응기에서 배양액의 교반 역할을 대신할 수 있으며 배양 챔버 내 유체의 국소적 체류를 방지한다.A baffle (not shown in the figure) may be provided in the culture chamber 1a, and the culture liquid gradually moves to the suction chamber 1b side through the baffles. The baffle can take the place of agitation of the culture in small reactors by increasing the path of the medium and prevents local retention of fluid in the culture chamber.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르는 소형 발효기는 제어기에 의하여 긴밀하게 조절되는 배지공급 마이크로펌프와 배지 추출 마이크로펌프, 혼합가스 유로와 그 유로 상에 구비된 기체 투과성 다공질 판 및 온도와 pH 센서를 포함하는 본 발명에 따르는 인터페이스 칩의 작용에 의하여 신속한 온도 및 가스 제어 및 공급이 가능하여 생물반응기의 안정성과 오염가능성 등 종래 기술의 문제점이 개선되는 효과가 있다. The small fermenter according to the present invention having the configuration as described above is a medium supply micropump and a medium extraction micropump closely controlled by a controller, a gas permeable porous plate and a temperature and pH sensor provided on the mixed gas flow path and the flow path. By the action of the interface chip according to the present invention including a fast temperature and gas control and supply is possible, there is an effect that the problems of the prior art, such as stability and contamination of the bioreactor is improved.

또한, 가스 공급을 가스믹서로부터 직접 공급하기 전에 열전소자에 의하여 온도가 조절되는 소규모의 가스 리저버를 설치한 구조는 생물반응에 영향을 미치는 급격한 온도변화를 회피할 수 있는 효과가 있다.In addition, the structure in which a small gas reservoir whose temperature is controlled by the thermoelectric element is installed before the gas supply is directly supplied from the gas mixer has an effect of avoiding a sudden temperature change affecting the bioreaction.

Claims (8)

소형 생물반응기에서 배양조의 하부를 구성하는 인터페이스 칩에 있어서,In the interface chip constituting the lower part of the culture tank in a small bioreactor, 상기 배양조에 배지를 공급하는 배지공급 마이크로펌프;A medium supply micropump for supplying a medium to the culture tank; 상기 배양조로부터 사용된 배지를 추출하는 배지추출 마이크로펌프;A medium extraction micropump for extracting the used medium from the culture tank; 상기 배양조에 공급되는 혼합가스의 경로를 제공하는 혼합가스 유로; A mixed gas flow path providing a path of the mixed gas supplied to the culture tank; 상기 혼합가스 유로 상에 구비되어 상기 배양조 내부로 기체를 공급하는 기체 투과성 다공질 판; A gas permeable porous plate provided on the mixed gas flow path for supplying gas into the culture tank; 상기 배양조 내부의 온도 측정을 위한 온도 센서; 및A temperature sensor for measuring a temperature in the culture tank; And 상기 배양조 내부의 pH 측정을 위한 pH 센서;PH sensor for measuring the pH of the culture tank; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물반응기의 인터페이스 칩.Interface chip of the bioreactor comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 다공질 판은 다공질 세라믹 판인 것을 특징으로 하는 생물반응기의 인터페이스 칩.The interface chip of a bioreactor according to claim 1, wherein the porous plate is a porous ceramic plate. 생체물질의 배양을 위한 생물반응기에 있어서,In the bioreactor for the cultivation of biological material, 상기 생물반응기의 하부에 구비된 제 1 항 또는 제 2 항의 인터페이스 칩; 및An interface chip of claim 1 or 2 provided below the bioreactor; And 상기 인터페이스 칩의 상부에 설치되고, 생체물질의 배양을 위한 배양 챔버, 사용된 배지의 추출을 위한 흡입 챔버 및 배양 챔버와 흡입 챔버를 연결하는 역할 을 하며 세포분리 필터를 구비한 유출구로 구성된 배양조The culture tank is installed on top of the interface chip, the culture chamber for culturing the biological material, the suction chamber for the extraction of the used medium and the connection between the culture chamber and the suction chamber, consisting of an outlet having a cell separation filter 를 포함하고, 상기 온도 센서 및 pH 센서는 외부에 설치된 제어기에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 생물반응기.The bioreactor comprising a, wherein the temperature sensor and the pH sensor is connected to an externally installed controller. 제 3 항에 있어서, 상기 인터페이스 칩의 하부에는 상기 외부 제어기로부터 신호를 받아 온도 조절이 가능한 열전소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생물반응기. The bioreactor of claim 3, further comprising a thermoelectric element at a lower portion of the interface chip that is capable of temperature control by receiving a signal from the external controller. 제 3 항에 있어서, 상기 혼합가스 유로로 공급되는 가스는 외부에 설치된 가스 믹서로부터 산소, 질소, 암모니아 및 이산화탄소 중에서 선택된 2 종 이상의 가스가 혼합되어 공급되고, 상기 가스 믹서와 상기 혼합가스 유로 사이에는 제어기와 연결된 가스 열교환기(50) 및 혼합가스 리저버(60)가 설치되어 혼합가스의 온도 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 생물반응기.The gas supplied to the mixed gas flow path is supplied by mixing at least two kinds of gases selected from oxygen, nitrogen, ammonia, and carbon dioxide from a gas mixer installed outside, between the gas mixer and the mixed gas flow path. Bioreactor characterized in that the gas heat exchanger (50) and the mixed gas reservoir (60) connected to the controller is installed to control the temperature of the mixed gas. 제 3 항에 있어서, 상기 가스 믹서와 상기 혼합가스 유로 사이에는 제균을 위한 필터가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 생물반응기.4. The bioreactor of claim 3, wherein a filter for disinfection is provided between the gas mixer and the mixed gas flow path. 제 3 항에 있어서, 상기 배양 챔버에는 배플이 구비되어 있는 것을 특징으로 생물반응기.The bioreactor of claim 3, wherein the culture chamber is provided with a baffle. 제 3 항에 있어서, 상기 배양조 상부에는 투시할 수 있는 커버를 더 포함하고, 상기 배양조와 커버는 일회용으로 제작되는 것을 특징으로 하는 생물반응기The bioreactor of claim 3, further comprising a cover that is visible at the upper portion of the culture tank, wherein the culture tank and the cover are made disposable.
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