KR100870982B1 - A multilayer Bio-reactor - Google Patents

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Abstract

개시된 본 발명에 따른 다중 생물 반응 장치는 소정의 개구 형상을 갖는 다수의 판상부재가 적층되어 세포 배양에 필요한 물질이 통과되는 미세유로와 세포가 배양되는 공간영역이 형성되고, 세포 배양 환경을 제어하기 위한 전기적인 회로 배선이 상기 적층된 판상부재 사이에 내장되는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 얇은 두께와 작은 크기를 갖는 세라믹 패널을 적층시켜서 전체 구조를 형성하기 때문에 생물 반응 장치의 크기가 소형화, 경량화되어 일회용으로 사용하는 것이 가능하며, 세라믹 패널에 형성된 소정의 개구 형상이 서로 연결되면서 미세유로와 배양공간을 제공하기 때문에 유로 및 공간 배치 설계시 다양한 응용이 가능하고 특히 유로를 3차원적으로 배열하여 생물 반응 장치를 더욱 작게 만들 수 있는 효과가 있다.

Figure R1020070043289

생물 반응 장치, 세포 배양기, 배양 챔버, 세라믹 패널, 세포치료제.

In the multiple biological reaction apparatus according to the present invention, a plurality of plate members having a predetermined opening shape are stacked to form a microchannel through which a material required for cell culture passes and a space region in which cells are cultured, and to control a cell culture environment. It is characterized in that the electrical circuit wiring is embedded between the laminated plate member. According to this structure, since the entire structure is formed by stacking a ceramic panel having a thin thickness and a small size, the size of the bioreactor can be reduced in size and weight, and can be used for single use. As it provides a micro channel and a culture space, various applications are possible in designing a flow path and a space layout, and in particular, the flow path can be made three-dimensionally to make the bioreactor smaller.

Figure R1020070043289

Bioreactors, cell incubators, culture chambers, ceramic panels, cell therapies.

Description

다중 생물 반응 장치{A multilayer Bio-reactor}Multilayer Bio-reactor

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치의 전체 구성을 나타낸 도면,1 is a view showing the overall configuration of a bioreactor according to an embodiment of the present invention,

도 2는 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치를 구성하는 세라믹패널을 나타낸 도면,2 to 4 is a view showing a ceramic panel constituting a bioreactor according to an embodiment of the present invention,

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 세라믹패널이 결합되는 구성을 나타낸 도면,5 is a view showing a configuration in which the ceramic panel is coupled according to an embodiment of the present invention,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치의 세포 배양부분을 설명하기 위한 도면,Figure 6 is a view for explaining the cell culture portion of the bioreactor according to an embodiment of the present invention,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치의 배양 챔버 형태를 나타낸 도면,7 is a view showing the culture chamber shape of the bioreactor according to the embodiment of the present invention,

도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따라 배양에 필요한 기체가 공급되는 원리를 나타낸 도면,8 and 9 is a view showing the principle that the gas is supplied for the culture in accordance with an embodiment of the present invention,

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생물 반응 장치의 단면을 나타낸 도면,10 is a cross-sectional view of a bioreactor according to another embodiment of the present invention;

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치가 장착된 세포 배양시스템을 나타낸 도면이다.11 is a view showing a cell culture system equipped with a bioreactor according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>

100. 세라믹 패널 103. 기체유로100. Ceramic panel 103. Gas flow path

104. 배지유로 105. 배양챔버104. Medium flow path 105. Culture chamber

106. 기체공급부 107. 기체투과성 막106. Gas supply unit 107. Gas permeable membrane

108. 센서부 109. 환경조절부108. Sensor unit 109. Environment control unit

110. 무선통신부 111. 회로배선110. Wireless communication section 111. Circuit wiring

201. 오목홈 202. 관통홀201.Concave Groove 202. Through Hole

203. 개구부 601. 버퍼웰203. Openings 601. Buffer wells

602. 배지유입구 603. 배지유출구602. Outlet outlet 603. Outlet outlet

605. 열발생부 612. 접촉점605. Heat generator 612. Contact point

610. 배지입력유로 611. 배지출력유로610. Output badge 611. Output badge

700. 배양시스템 701. 생물 반응 장치700. Culture system 701. Bioreactor

702. 디스플레이부 903. 다공성 판상부재702. Display unit 903. Porous plate member

본 발명은 세포 배양용 바이오리액터에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 소정의 오프닝패턴을 갖는 다수의 판상부재가 상하로 적층되어 일정한 구조체를 형성하고, 상기 구조체의 내부에 세포 배양에 필요한 미세유로 및 공간이 형성되는 멀티 레이어 바이오리액터에 관한 것이다.The present invention relates to a bioreactor for cell culture. More specifically, the present invention relates to a multilayer bioreactor in which a plurality of plate members having a predetermined opening pattern are stacked up and down to form a predetermined structure, and microchannels and spaces required for cell culture are formed inside the structure.

바이오리액터(bioreactot)란 생물의 체내에서 일어나는 화학반응을 체외에서 이용하는 시스템으로 생물반응장치라고도 한다. 생물은 체내에서 여러 효소를 이용하여 물질을 분해하거나 생명유지에 필요한 물질을 합성하고 있다. 그 분해나 합성 반응은 모두 상온·상압에서 이루어지며, 우리 몸에 적합한 것을 효율적으로 만들어 낸다. 생체 내의 이러한 과정을 외부장치에 실현시키면 자원절약 ·에너지절약을 이룩한 이상적인 생산이 가능하다.Bioreactot is a system that uses in vitro the chemical reactions that occur in the body of the organism is also called a bioreactor. Living organisms use various enzymes in the body to break down substances or synthesize substances necessary for life support. The decomposition and synthesis reactions are all carried out at room temperature and atmospheric pressure, efficiently producing what is suitable for our body. By realizing this process in the living body to an external device, it is possible to make an ideal production that achieves resource saving and energy saving.

한편, 세포치료란 기존약물 대신 치료효과를 가진 세포를 이용해 암을 치료하거나, 기능이 악화된 조직을 재생시키는 기술을 말한다. 백혈구와 같은 면역 세포를 이용해 암을 치료하거나 줄기세포를 이용해 연골이나 심장근육을 재생하는 것과 같은 기술이 대표적인 세포치료의 예라고 할 수 있다. 특히 뇌, 척수, 심장근육, 췌장 등은 한번 손상되면 재생이 되지 않기 때문에, 줄기세포배양으로 치료할 수 있는 세포를 몸 밖에서 만든 후, 해당부위에 주입해 주면 손상된 기관이 재생되는 효과가 매우 크다.On the other hand, cell therapy refers to a technology for treating cancer or regenerating tissues with deteriorated function using cells having a therapeutic effect instead of conventional drugs. Representative cell therapies are techniques such as treating cancer with immune cells such as white blood cells or regenerating cartilage or heart muscle using stem cells. In particular, the brain, spinal cord, heart muscle, pancreas, etc., once damaged can not be regenerated, the cells that can be treated by stem cell culture outside the body, and then injected into the affected area is very effective in regenerating damaged organs.

이러한 세포치료를 위해서는 치료효과를 가진 세포를 몸 밖에서 배양하는 것이 중요하다. 특히 배양된 세포를 다시 인체에 주입하여야 하므로 조직적합성을 충분히 고려하여야 한다. 가장 좋은 방법은 자기유래 또는 동종유래세포를 투여될 환자의 체내 환경과 매우 유사한 환경에서 소량으로 체외 배양한 후, 이를 환자에게 투여하는 것이다. 또한 세포 배양에 사용된 배양기는 재사용하지 않고 세포 배양시마다 최적화된 환경으로 설정된 새로운 배양기를 사용하는 것이 좋다.For these cell therapies it is important to cultivate cells with therapeutic effects outside the body. In particular, the cultured cells should be injected again into the human body, so the tissue compatibility should be sufficiently considered. The best method is to culture the autologous or allogeneic cells in small quantities in vitro in an environment very similar to the body environment of the patient to be administered and then administer them to the patient. In addition, it is preferable to use a new incubator set to an optimized environment for each cell culture without reusing the incubator used for cell culture.

그러나 기존의 세포배양기는 세포를 대량으로 배양하는 것이 주목적인 것이 대부분이어서 세포치료제로 사용될 세포를 소량 배양하는 것에는 적합하지 않다. 또한 세포치료제로 사용될 세포는 배양을 위한 환경 조절이 매우 섬세하여야 하기 때문에 일반적인 세포배양기술을 사용하여 배양하는 것은 부적합하다. However, the conventional cell culture is mainly intended to cultivate a large amount of cells is not suitable for culturing a small amount of cells to be used as a cell therapy. In addition, since cells to be used as cell therapeutics have to have very delicate environmental control for culture, it is not suitable to culture them using general cell culture techniques.

따라서 소량의 세포를 생체 환경과 유사한 환경 하에서 증식 및 분화시킴으로써 세포치료제로 적합한 세포를 배양하고, 특히 한 번 사용하고 버릴 수 있는 경량화 및 소형화된 세포 배양용 바이오리액터가 필요하다.Accordingly, there is a need for bioreactors for light and miniaturized cell cultures that can cultivate cells suitable for cell therapy by proliferating and differentiating small amounts of cells in a similar environment to the living environment, and in particular, can be used and discarded once.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 소정의 개구 형상을 갖는 다수의 판상부재가 상하로 적층되어 일정한 구조체를 형성하고, 상기 구조체의 내부에 세포 배양에 필요한 미세유로 및 공간이 형성되어, 세포치료제에 필요한 최적화된 환경을 제공하고 부피가 작고 일회용으로 사용 가능한 세포 배양용 생물 반응 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, a plurality of plate-like members having a predetermined opening shape is stacked up and down to form a constant structure, the micro-channel and space required for cell culture inside the structure is formed Therefore, the object of the present invention is to provide a bioreactor for cell culture, which provides an optimized environment for cell therapy and is small in volume and disposable.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다중 생물 반응 장치는 개구 형상을 갖는 다수의 판상부재가 적층되어 세포 배양에 필요한 물질이 통과되는 미세유로와 세포가 배양되는 공간영역이 형성되고, 온도, PH, 용존산소량(DO), 배양액 및 기체의 조성을 포함하는 세포 배양 환경을 세포 배양에 최적화되도록 제어하기 위한 전기적인 회로 배선(111)이 상기 적층된 판상부재 사이에 내장되는 것을 특징으로 한다.
상기 판상부재가 갖는 상기 개구 형상은 상하로 뚫린 관통홀(202), 일정 부분이 개방된 개구부(203) 또는 내측으로 파인 오목홈(201)을 하나 또는 2 이상 포함하여 형성되는 것이 바람직하다.
상기 판상부재는 세라믹 패널인 것이 좋다.
상기 생물 반응 장치는 세포 배양에 필요한 배양액 및 기체를 공급받아 세포를 증식시키며, 상기 배양액이 유입되는 배지유입구(602) 및 상기 배양액이 유출되는 배지유출구(603)가 형성된 배양 챔버(105); 상기 배지유입구(602)와 연결되어 상기 배양액을 공급시키는 배지입력유로(610); 상기 배지유출구(603)와 연결되어 상기 배양액을 유출시키는 배지출력유로(611); 상기 배양 챔버(105)의 하부에 형성되는 기체 투과성 막(107); 세포 배양에 필요한 기체가 통과하는 기체유로(103); 및, 상기 기체유로(103)와 연결되며, 상기 기체 투과성 막 하부에 형성되어 상기 배양 챔버(105)로 기체를 공급하는 기체공급부(106);를 포함하는 것이 바람직하다.
온도, PH, 용존산소량(DO), 배양액 및 기체의 조성을 포함하는 세포 배양 환경을 탐지하여 소정의 센서신호를 출력하는 센서부(108); 상기 센서부(108)의 센서신호 또는 외부의 제어신호를 입력받아 온도,PH, 용존산소량(DO), 배양액 및 기체의 조성을 포함하는 배양환경을 세포배양이 최적화되도록 조절하는 환경조절부(109); 및, 상기 센서부(108) 및 환경조절부(109)와 연결되며, 상기 센서부(108)의 센서신호를 외부로 전송하거나, 외부의 제어신호를 입력받아 상기 환경조절부(109)로 인가하는 무선통신부(110);를 더 포함하며, 상기 각 부를 연결시키는 회로 배선(111)이 적층된 판상부재 사이에 배열되는 것이 바람직하다.
상기 배양 챔버(105)는 상기 배지유입구(602)가 상기 배지유출구(603)보다 낮은 위치에 형성되고, 중앙부에서 상기 배지유입구(602) 및 상기 배지유출구(603) 쪽으로 갈수록 폭이 좁아져서 유입된 배양액이 균일한 층류 흐름을 가지며 통과하도록 형성되는 것이 좋다.
상기 배양 챔버(105)의 전단에 형성되어 상기 배양액을 임시로 저장하는 버퍼웰(601); 상기 버퍼웰(601) 내부에 설치되어 상기 버퍼웰(601)에 임시로 저장된 배양액을 가열하는 열발생부(605);를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 배양 챔버(105)는 소정의 다공성 판상부재를 중심으로 상층 배양 챔버 및 하층 배양 챔버로 분획되며, 상기 다공성 판상부재를 중심으로 영양세포와 목적세포가 각각 분리되어 배양되는 것이 좋다.
상기 다공성 판상부재는 극세사인 것이 바람직하다.
In the multi-biological reaction apparatus according to the present invention for achieving the above object, a plurality of plate-like members having an opening shape are stacked to form a microchannel through which a material required for cell culture passes and a space region in which cells are cultured, and a temperature, PH The electric circuit wiring 111 for controlling the cell culture environment including the dissolved oxygen amount (DO), the culture medium and the composition of the gas to be optimized for cell culture is characterized in that it is embedded between the laminated plate members.
The opening shape of the plate member is preferably formed by including one or two or more through-holes 202, vertical openings 203, or recessed grooves 201 dug inwardly.
The plate member is preferably a ceramic panel.
The bioreaction apparatus includes a culture chamber 105 in which a culture medium and a gas required for cell culture are supplied to proliferate cells, and a medium inlet 602 into which the culture solution is introduced and a medium outlet 603 through which the culture solution flows out; A medium input passage 610 connected to the medium inlet 602 to supply the culture solution; A medium output passage 611 connected to the medium outlet 603 to outflow the culture solution; A gas permeable membrane 107 formed under the culture chamber 105; A gas flow passage 103 through which gas necessary for cell culture passes; And a gas supply part 106 connected to the gas flow path 103 and formed under the gas permeable membrane to supply gas to the culture chamber 105.
A sensor unit 108 for detecting a cell culture environment including temperature, PH, dissolved oxygen amount (DO), a culture medium and a composition of a gas and outputting a predetermined sensor signal; Environmental control unit 109 for receiving a sensor signal or an external control signal of the sensor unit 108 to adjust the culture culture including the temperature, PH, dissolved oxygen (DO), the culture medium and the composition of the gas to optimize the cell culture ; And, connected to the sensor unit 108 and the environmental control unit 109, transmits the sensor signal of the sensor unit 108 to the outside, or receives an external control signal applied to the environmental control unit 109 The wireless communication unit 110 is further included, and the circuit wiring 111 connecting the respective units is preferably arranged between the laminated plate members.
The culture chamber 105 has the medium inlet 602 formed at a position lower than the medium outlet 603, and the width of the medium inlet 602 toward the medium inlet 602 and the medium outlet 603 is narrowed toward the medium inlet 602 and the medium outlet 603. The culture is preferably formed to have a uniform laminar flow.
A buffer well 601 formed at a front end of the culture chamber 105 to temporarily store the culture solution; The heat generating unit 605 is installed inside the buffer well 601 and heats the culture solution temporarily stored in the buffer well 601;
The culture chamber 105 is divided into an upper culture chamber and a lower culture chamber based on a predetermined porous plate member, and the feeder cells and the target cells are separated and cultured based on the porous plate member.
The porous plate-like member is preferably microfiber.

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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다중 생물 반응 장치를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a multi-bioreactor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치의 단면을 도시한 것이다.1 is a cross-sectional view of a bioreactor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치는 배양챔버(105), 배지유로(104), 기체 투과성 막(107), 기체유로(103), 기체공급부(106), 센서부(108), 환경조절부(109), 무선통신부(110) 및 회로배선(111)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a bioreactor according to an exemplary embodiment of the present invention may include a culture chamber 105, a medium passage 104, a gas permeable membrane 107, a gas passage 103, a gas supply unit 106, and a sensor unit. 108, an environmental control unit 109, a wireless communication unit 110, and a circuit wiring 111.

특히 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치는 소정의 개구 형상을 갖는 다수의 세라믹 패널(100)들이 상하로 적층되어 구성되는데, 도 2 내지 도 4에 상기 세라믹 패널(100)을 도시하였다.In particular, the bioreactor according to the embodiment of the present invention is configured by stacking a plurality of ceramic panels 100 having a predetermined opening shape up and down. FIGS. 2 to 4 illustrate the ceramic panel 100.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 세라믹 패널(100)은 상하로 뚫린 관통홀(202), 일정 부분이 개방된 개구부(203) 또는 내측으로 파인 오목홈(201) 등의 개구 형상을 갖는다. 각 세라믹 패널(100)에 형성된 개구 형상은 세포 배양의 목적에 따라 다양하게 변경할 수 있다. As shown in FIGS. 2 to 4, each ceramic panel 100 has an opening shape such as a through hole 202 drilled up and down, an opening 203 having a predetermined portion opened, or a concave groove 201 dug inward. Has The opening shape formed in each ceramic panel 100 can be variously changed according to the purpose of cell culture.

도 5에서와 같이 여러 개의 세라믹 패널(100)이 상하로 적층되어 결합하면 각각 다르게 형성된 개구 형상들이 3차원적으로 연결되어 소정의 미세유로(101, 도 1참조)와 공간영역(102, 도 1참조)을 형성하게 되는 것이다. 즉, 각기 다른 위치와 크기로 형성된 상기 관통홀(202)과 오목홈(201)은 미세유로(101)를 형성하고, 상기 개구부(203)는 일정한 공간영역(102)을 만들게 되는 것이다(도 6참조). 이때, 각 세라믹 패널(100)은 세라믹 재질의 판상모듈(예컨대, 실리콘 기판)이 사용되었으며 두께는 1.5mm 이하인 것이 바람직하다. As shown in FIG. 5, when a plurality of ceramic panels 100 are stacked and coupled together, opening shapes formed differently are three-dimensionally connected to each other to form a predetermined micro flow path 101 (see FIG. 1) and a space region 102 (FIG. 1). Reference). That is, the through holes 202 and the concave grooves 201 formed at different positions and sizes form a micro flow path 101, and the openings 203 form a constant spatial region 102 (FIG. 6). Reference). At this time, each ceramic panel 100 is a plate-shaped module (for example, a silicon substrate) of a ceramic material is used, the thickness is preferably 1.5mm or less.

다시 도 1에서, 미세유로(101) 및 공간영역(102)은 상기와 같이 세라믹 패널(100)상의 개구 형상에 의하여 형성된 것이다. 이때, 배양 챔버(105)는 세포가 배양, 즉 증식 및/또는 분화되는 곳으로 배지유로(104)가 상기 배양 챔버(105)를 통과하며 배양하고자 하는 세포에 영양 물질을 공급한다. 또한 세포 배양에 필요한 기체는 기체유로(103)를 따라 통과하게 되며 기체 공급부(106)에서 기체 투과성 막(107)을 통과하여 배양 챔버(105)로 공급된다. In FIG. 1, the micro flow path 101 and the space region 102 are formed by the opening shape on the ceramic panel 100 as described above. At this time, the culture chamber 105 supplies the nutrient substance to the cells to be cultured by passing the culture passage 104 through the culture chamber 105 to where the cells are cultured, that is, proliferated and / or differentiated. In addition, the gas required for cell culture passes along the gas passage 103 and is supplied to the culture chamber 105 through the gas permeable membrane 107 in the gas supply unit 106.

본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치는 세포치료제로 사용되는 세포를 배양하는데 유용하게 사용될 수 있으며 이를 위해 배양되는 세포의 종류에 따라 배양 환경이 정교하게 조절되어야 한다. The bioreaction device according to the embodiment of the present invention may be useful for culturing cells used as cell therapeutics, and the culture environment must be precisely controlled according to the type of cells to be cultured.

배양 환경을 조절하기 위하여, 센서부(108)는 세포 배양 환경(예컨대, 온도, pH, DO 등)을 실시간으로 탐지하여 소정의 센서신호를 발생한다. 상기 센서부(108)는 온도, pH, DO 등을 감지할 수 있는 반도체 센서(예컨대, ISFET)인 것이 바람직하다. In order to adjust the culture environment, the sensor unit 108 detects the cell culture environment (eg, temperature, pH, DO, etc.) in real time to generate a predetermined sensor signal. The sensor unit 108 is preferably a semiconductor sensor (eg, ISFET) capable of sensing temperature, pH, DO, and the like.

환경조절부(109)는 배양환경을 조절하는 기능을 수행하며 컨트롤 IC가 사용될 수 있다. 상기 환경조절부(109)는 미리 설정된 수치를 기준으로 배양환경을 조절하는 것이 가능하다. 예를 들어, 배양 온도가 37℃로 미리 설정되어 있다고 하면, 센서부(108)는 온도를 측정하여 환경조절부(109)로 측정값을 전송한다. 만약 측정된 온도가 40℃라 하면, 환경조절부(109)는 온도조절장치(112)에 소정의 신호를 인가하여 온도를 낮추도록 한다. The environmental control unit 109 performs a function of adjusting the culture environment and a control IC may be used. The environmental control unit 109 can adjust the culture environment based on a predetermined value. For example, if the culture temperature is set to 37 ° C in advance, the sensor unit 108 measures the temperature and transmits the measured value to the environmental control unit 109. If the measured temperature is 40 ° C, the environmental control unit 109 lowers the temperature by applying a predetermined signal to the temperature control device 112.

이때 환경조절부(109)에 의해 조절되는 환경으로는 온도, pH, 배양액 및 기체의 투여량 또는 조성 등 다양하게 설정될 수 있음은 물론이다.At this time, the environment controlled by the environmental control unit 109 may be variously set, such as the temperature, pH, the dosage amount or composition of the culture and gas.

또한 상기 환경조절부(109)는 외부의 제어신호에 따라 배양환경을 조절하는 것도 가능하다. 외부의 관리자 단말기(도시안됨)는 무선통신부(110)를 통해 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치와 무선으로 연결된다. 따라서, 상기 무선통신부(110)는 센서부(108)에서 센싱된 배양 환경 정보를 관리자 단말기로 전송하고, 상기 관리자 단말기의 제어신호를 환경조절부(109)에 인가하는 기능을 수행한다. 예컨대, 배양 목적에 따라 배양 온도를 변화시키고자 하는 경우 외부의 단말기를 조작하여 배양 환경을 조절하는 것이 가능하게 되는 것이다. 이를 위해 상기 무선통신부(110)는 RF 칩, 적외선 통신모듈 또는 무선랜 등이 사용될 수 있다. In addition, the environmental control unit 109 can also adjust the culture environment in accordance with an external control signal. An external manager terminal (not shown) is wirelessly connected to the bioreactor according to the embodiment of the present invention through the wireless communication unit 110. Therefore, the wireless communication unit 110 transmits the culture environment information sensed by the sensor unit 108 to the manager terminal, and performs a function of applying the control signal of the manager terminal to the environment control unit 109. For example, in order to change the culture temperature according to the purpose of culture, it is possible to control the culture environment by operating an external terminal. To this end, the wireless communication unit 110 may be an RF chip, an infrared communication module or a wireless LAN.

또한 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치는 세포 배양을 위해 공급되는 배양액 및 기체가 통과하는 미세유로(101)가 3차원적으로 배치되어 공간 효율이 극대화된다. 여기서 미세유로(101)가 3차원적으로 배치된다 함은, 예컨대, 도 1에서는 배지유로(104)와 기체유로(103)가 Y-Z 평면상에서 서로 평행하게 형성되었으나 이와 달리 배지유로(104)와 기체유로(103)가 X-Z 평면상에서 서로 평행하게 형성될 수 있음을 의미한다. In addition, the bioreactor according to the embodiment of the present invention is a three-dimensional micro-channel 101 through which the culture medium and gas supplied for cell culture is arranged in three dimensions to maximize the space efficiency. Here, the microchannel 101 is three-dimensionally arranged, for example, in FIG. 1, the media channel 104 and the gas channel 103 are formed parallel to each other on the YZ plane. It means that the flow path 103 can be formed parallel to each other on the XZ plane.

나아가 배양 환경 조절을 위한 각종 회로 배선(111)들은 세라믹 패널(100)이 적층된 사이사이에 배치되어 전체 생물 반응 장치의 크기가 소형화 및 경량화되는 것이다. Furthermore, the various circuit wirings 111 for controlling the culture environment are disposed between the ceramic panels 100 stacked so that the size of the entire bioreactor device is reduced in size and weight.

도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치에서 세포가 배양되는 원리를 설명하기로 한다.Referring to Figure 6, it will be described the principle that the cells are cultured in the bioreactor according to an embodiment of the present invention.

도 6에서, 배양 챔버(105)는 세포 배양에 필요한 배양액 및 기체를 공급받아 세포를 증식시키는 일정한 공간이다. 상기 세포 배양에 필요한 배양액 및 기체의 조성은 배양되는 세포의 종류에 따라 다양하게 설정하여 공급할 수 있음은 물론이며, 세포의 증식(proliferation) 및 분화(differenciation)를 촉진하는 성장 인자 등이 포함될 수 있다. In FIG. 6, the culture chamber 105 is a constant space that receives the culture solution and gas required for cell culture and proliferates the cells. The composition of the culture medium and the gas required for the cell culture may be variously set and supplied according to the type of cells to be cultured, and may include growth factors for promoting proliferation and differentiation of cells. .

또한 상기 배양 챔버(105)는 배양액이 유입되는 배지유입구(602)와 배양액이 유출되는 배지유출구(603)가 각각 전단과 후단에 형성된다. 즉, 배지입력유로(610)를 통해 공급된 배양액은 배양 챔버(105)의 전단에 형성된 버퍼웰(601)에 임시로 저장되었다가 배지유입구(602)를 통해 배양 챔버(105)로 유입되고 이어서 배양 챔버(105)를 통과하여 배지유출구(603)를 통해 배지출력유로(611)를 거쳐 외부로 빠 져나가게 되는 것이다. 이렇게 배양액이 배양 챔버(105)를 통과하는 동안 배양 챔버(105)내에 존재하는 세포(604)는 배양액으로부터 영양 성분을 획득하여 성장하게 된다.In addition, the culture chamber 105 has a medium inlet 602 through which the culture solution flows and a medium outlet 603 through which the culture solution flows out, respectively, at the front and rear ends thereof. That is, the culture solution supplied through the medium input passage 610 is temporarily stored in the buffer well 601 formed at the front end of the culture chamber 105 and then introduced into the culture chamber 105 through the medium inlet 602. After passing through the culture chamber 105 to the outside through the medium output passage 611 through the medium outlet 603. Thus, while the culture fluid passes through the culture chamber 105, the cells 604 existing in the culture chamber 105 are grown by obtaining nutrients from the culture solution.

이때, 상기 버퍼웰(601) 내부에 소정의 열발생부(605)(예컨대, 전열선과 같은 히터)가 설치되어 배양액을 가열하여 공급함으로써, 배양 챔버(105)로 유입되는 배양액의 온도를 일정하게 조절하는 것이 좋다. 또한 도 6에서 자세하게 도시되지는 않았지만 상기 열발생부(605)는 환경조절부(109, 도 1참조)와 연결되거나 소정의 전기적인 접촉점(612)에 의하여 외부와 연결되어 컨트롤 될 수 있다.At this time, a predetermined heat generating unit 605 (for example, a heater such as a heating wire) is installed inside the buffer well 601 to supply a culture medium by heating it, thereby keeping the temperature of the culture solution flowing into the culture chamber 105 constant. It is good to adjust. Also, although not shown in detail in FIG. 6, the heat generator 605 may be connected to the environment control unit 109 (see FIG. 1) or connected to the outside by a predetermined electrical contact point 612.

또한, 도 7에서와 같이, 배양 챔버(105)의 전체적인 형태는 일정한 폭을 갖는 중앙부에서 양 끝단으로 갈수록 그 폭이 점점 좁아지고, 배지유입구(602)가 배지유출구(603)보다 낮은 위치에 형성(즉, Z축을 기준으로 배지유입구(602)가 배지유출구(603)에 비해 하부에 형성됨)되어서 배양액이 배양 챔버(105)내에서 균일한 층류 흐름(Laminer flow)을 갖도록 하여 배양액이 배양 챔버(105)내로 과도하게 유입되어 세포가 유실되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.In addition, as shown in Figure 7, the overall shape of the culture chamber 105 is gradually narrower from the central portion having a constant width toward both ends, the medium inlet 602 is formed at a position lower than the medium outlet 603 (That is, the medium inlet 602 is formed at the lower side of the medium outlet 603 based on the Z axis) so that the culture medium has a uniform laminar flow in the culture chamber 105 so that the culture medium is cultured. It is desirable to prevent excessive entry into 105) and cell loss.

다시 도 6에서, 세포 배양에 필요한 N2, 02, NH3 및 CO2 등이 일정 비율로 섞인 혼합 기체가 기체유로(103)를 통과하며 배양 챔버(105)에 상기 기체를 공급하게 된다. 이를 위해 배양 챔버(105)의 하부에는 기체 투과성 막(Gas Permeable Membrane)(107)이 형성되고, 다시 기체 투과성 막(107)의 하부에 기체 공급부(106)가 형성된다. 상기 기체 투과성 막(107)으로는 다공성 막(Porous membrane) 또는 극세사(Microfiber) 등이 사용될 수 있다.6 again, a mixed gas of N 2 , 0 2 , NH 3 , CO 2, etc. required for cell culture in a predetermined ratio passes through the gas flow passage 103 and supplies the gas to the culture chamber 105. To this end, a gas permeable membrane 107 is formed in the lower portion of the culture chamber 105, and a gas supply 106 is formed in the lower portion of the gas permeable membrane 107. As the gas permeable membrane 107, a porous membrane or a microfiber may be used.

도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치를 이용하여 세포가 필요한 기체를 공급받는 원리를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 8 and 9 will be described in more detail the principle that the cells are supplied with the required gas using the bioreactor according to an embodiment of the present invention.

일반적인 세포 배양에서는 도 8에서와 같이 배양액(801)으로 인해 기체(802)가 세포(803)로 충분히 공급되지 못하는 문제점이 있다.In general cell culture, there is a problem that the gas 802 is not sufficiently supplied to the cells 803 due to the culture solution 801 as shown in FIG. 8.

그러나 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치의 경우, 도 9에서와 같이, 기체유로(103)가 배양 챔버(105)의 하부에 형성되어, 기체가 배양 챔버(105)의 하단을 통과하도록 구성되어 있다. 또한 기체 공급부(106)는 기체유로(103)에 비해 단면적이 크므로 기체 공급부(106)를 통과하던 기체는 유속이 감소하게 된다. 이어서 기체 공급부(106)의 기체는 그 특성상 위쪽으로 상승하게 되고, 상승된 공기는 기체 투과성 막(107)을 통해 배양 챔버(105)에 존재하는 세포(604)로 직접 기체가 공급되게 되는 것이다. However, in the bioreactor according to the embodiment of the present invention, as shown in Figure 9, the gas flow path 103 is formed in the lower portion of the culture chamber 105, the gas is configured to pass through the lower end of the culture chamber 105 It is. In addition, since the gas supply unit 106 has a larger cross-sectional area than the gas passage 103, the gas passing through the gas supply unit 106 has a reduced flow rate. The gas in the gas supply 106 then rises upwards due to its nature, and the elevated air is supplied directly to the cells 604 present in the culture chamber 105 through the gas permeable membrane 107.

한편, 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 생물 반응 장치를 설명하기로 한다.Meanwhile, a bioreactor according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치는 두 개의 배양 챔버(901)(902)가 구비된다. 또한 다공성 판상부재(903)(예컨대, 다공성 막 또는 극세사 등)가 상기 두 개의 배양 챔버(901)(902)를 분리하고 있는 구조이다. 즉 상기 다공성 판상부재(903)를 중심으로 도 9에서 설명된 부분이 서로 거울 대칭적(mirror image)으로 상층부(904)와 하층부(905)에 형성된 것이다.Referring to FIG. 10, the bioreactor according to the embodiment of the present invention includes two culture chambers 901 and 902. In addition, the porous plate-like member 903 (for example, porous membrane or microfiber, etc.) separates the two culture chambers 901 and 902. That is, the portions described in FIG. 9 centering on the porous plate member 903 are formed in the upper layer portion 904 and the lower layer portion 905 in a mirror image of each other.

하층부(905)는 도 9에서 설명된 부분과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. 상층부(904)는 앞서 말했듯이 하층부(905)의 구성을 뒤집어서 다공성 판상부재(903)의 위쪽으로 적층된 것이다. 상층부(904)의 배양 챔버(901)와 하층부(905)의 배양 챔버(901)는 공간적으로 다공성 판상부재(903)로 분리되어 있으나 배양액은 상기 다공성 판상부재(903)를 통과할 수 있는 형태이다. 이때 다공성 판상부재(903)의 위쪽, 즉 상층부(904)의 배양 챔버(901)에는 영양세포(feeder cell)(906)가 배양되고, 다공성 판상부재(903)의 아래쪽, 즉 하층부(905)의 배양 챔버(902)에는 배양하고자 하는 목적 세포(object cell)(907)가 배양된다. 이를 이용하면, 영양세포(906)와 목적세포(907)를 분리하여 배양하는 것이 가능하다. 영양세포(906)는 영양분을 제공하는 세포를 의미한다.Since the lower layer part 905 is the same as that described in FIG. 9, a description thereof will be omitted. As described above, the upper layer portion 904 is stacked upside down the porous plate-like member 903 by inverting the configuration of the lower layer portion 905. The culture chamber 901 of the upper layer 904 and the culture chamber 901 of the lower layer 905 are spatially separated by the porous plate-like member 903, but the culture solution is allowed to pass through the porous plate-like member 903. . At this time, the feeder cells 906 are cultured in the culture chamber 901 of the upper plate 904, that is, the upper portion of the porous plate-like member 903, and that is, the lower layer 905 of the lower layer 905. In the culture chamber 902, an object cell 907 to be cultured is cultured. Using this, it is possible to isolate and culture the feeder cells 906 and the target cells 907. The feeder cell 906 refers to a cell that provides nutrients.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치가 장착된 세포 배양 시스템을 도시한 것이다.11 shows a cell culture system equipped with a bioreactor according to an embodiment of the present invention.

도 11에서, 본 발명의 실시예에 따른 생물 반응 장치(701)는 배양시스템(700)에 착탈 가능하게 결합되어 일회용으로(disposalbe) 또는 재활용하여(reusable) 사용될 수 있다. 센서부(108)에서 센싱된 정보는 디스플레이부(702)에 표시되며, 상기 디스플레이부(702)에 표시된 영상을 기초로 생물 반응 장치(701)로 공급되는 배양액 및 기체를 조절하는 것이 가능하다.In FIG. 11, the bioreactor 701 according to the embodiment of the present invention is detachably coupled to the culture system 700 and may be used disposable or reusable. The information sensed by the sensor unit 108 is displayed on the display unit 702, and it is possible to adjust the culture solution and the gas supplied to the bioreactor 701 based on the image displayed on the display unit 702.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments. That is, those skilled in the art to which the present invention pertains can make many changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications are possible. Equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 다중 생물 반응 장치에 의하면,As described above, according to the multiple bioreactor according to the present invention,

첫째, 얇은 두께와 작은 크기를 갖는 세라믹 패널을 적층시켜서 전체 구조를 형성하기 때문에 생물 반응 장치의 크기가 소형화, 경량화되어 일회용으로 사용하는 것도 가능하게 된다.First, since the entire structure is formed by stacking a ceramic panel having a thin thickness and a small size, the size of the bioreactor can be reduced in size and weight, so that it can be used for single use.

둘째, 세라믹 패널에 형성된 소정의 개구 형상이 서로 연결되면서 미세유로와 배양공간을 제공하기 때문에 유로 및 공간 배치 설계시 다양한 응용이 가능하고 특히 유로를 3차원적으로 배열하여 생물 반응 장치를 더욱 작게 만들 수 있다.Second, because the predetermined openings formed in the ceramic panel are connected to each other to provide a micro flow path and a culture space, various applications are possible in designing the flow path and the space layout, and in particular, the flow paths are three-dimensionally arranged to make the bioreactor smaller. Can be.

셋째, 세라믹 패널 사이사이에 회로 배선이 배치되기 때문에 배양 환경 조절을 위한 각종 기기들을 연결하는 연결선이 단순해 진다.Third, since the circuit wiring is disposed between the ceramic panels, the connecting line connecting various devices for controlling the culture environment is simplified.

넷째, 배양에 필요한 기체가 배양액의 흐름에 방해받지 않고 직접적으로 공급되기 때문에 세포 배양에 매우 유리하다.Fourth, it is very advantageous for cell culture because the gas required for the culture is supplied directly without being disturbed by the flow of the culture solution.

다섯째, 배양 공간을 분리하여 영양세포와 목적세포를 함께 배양하면서도 공간적으로 목적세포만을 분리하는 것이 가능하다.Fifth, it is possible to separate only the target cells spatially while culturing the feeder cells and the target cells by separating the culture space.

여섯째, 배양 환경 조절을 위한 부분이 생물 반응 장치 안에 패키징되고 이를 무선으로 조절할 수 있기 때문에 세포 치료제용으로 사용될 세포를 배양하는데 최적화된 환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.Sixth, since the part for controlling the culture environment is packaged in the bioreactor and can be controlled wirelessly, there is an effect that can provide an environment optimized for culturing cells to be used for cell therapy.

Claims (9)

개구 형상을 갖는 다수의 판상부재가 적층되어 세포 배양에 필요한 물질이 통과되는 미세유로와 세포가 배양되는 공간영역이 형성되고, 온도, PH, 용존산소량(DO), 배양액 및 기체의 조성을 포함하는 세포 배양 환경을 세포 배양에 최적화되도록 제어하기 위한 전기적인 회로 배선(111)이 상기 적층된 판상부재 사이에 내장되는 것을 특징으로 하는 다중 생물 반응 장치.A plurality of plate-shaped members having an opening shape are stacked to form a microchannel through which a material necessary for cell culture passes and a space region in which the cells are cultured, and include a cell including temperature, PH, dissolved oxygen (DO), a culture solution and a gas composition. An electrical circuit wiring (111) for controlling the culture environment to be optimized for cell culture is characterized in that the multi-biological reaction device is embedded between the laminated plate member. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 판상부재가 갖는 상기 개구 형상은 상하로 뚫린 관통홀(202), 일정 부분이 개방된 개구부(203) 또는 내측으로 파인 오목홈(201)을 하나 또는 2 이상 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 생물 반응 장치.The opening shape of the plate-shaped member is formed by including one or two or more through holes 202, vertical openings 203, a predetermined portion of the opening 203 or indented grooves 201 dug inwardly. Bioreactor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 판상부재는 세라믹 패널인 것을 특징으로 하는 다중 생물 반응 장치.The plate-like member is a multi-bioreactor, characterized in that the ceramic panel. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 생물 반응 장치는,The biological reaction device, 세포 배양에 필요한 배양액 및 기체를 공급받아 세포를 증식시키며, 상기 배양액이 유입되는 배지유입구(602) 및 상기 배양액이 유출되는 배지유출구(603)가 형성된 배양 챔버(105);A culture chamber 105 in which a culture medium and a gas necessary for cell culture are supplied to proliferate a cell, and a medium inlet 602 through which the culture solution is introduced and a medium outlet 603 through which the culture solution flows out are formed; 상기 배지유입구(602)와 연결되어 상기 배양액을 공급시키는 배지입력유로(610);A medium input passage 610 connected to the medium inlet 602 to supply the culture solution; 상기 배지유출구(603)와 연결되어 상기 배양액을 유출시키는 배지출력유로(611);A medium output passage 611 connected to the medium outlet 603 to outflow the culture solution; 상기 배양 챔버(105)의 하부에 형성되는 기체 투과성 막(107);A gas permeable membrane 107 formed under the culture chamber 105; 세포 배양에 필요한 기체가 통과하는 기체유로(103); 및,A gas flow passage 103 through which gas necessary for cell culture passes; And, 상기 기체유로(103)와 연결되며, 상기 기체 투과성 막 하부에 형성되어 상기 배양 챔버(105)로 기체를 공급하는 기체공급부(106);를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 생물 반응 장치.And a gas supply unit (106) connected to the gas channel (103) and formed under the gas permeable membrane to supply gas to the culture chamber (105). 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 온도, PH, 용존산소량(DO), 배양액 및 기체의 조성을 포함하는 세포 배양 환경을 탐지하여 소정의 센서신호를 출력하는 센서부(108);A sensor unit 108 for detecting a cell culture environment including temperature, PH, dissolved oxygen amount (DO), a culture medium and a composition of a gas and outputting a predetermined sensor signal; 상기 센서부(108)의 센서신호 또는 외부의 제어신호를 입력받아 온도,PH, 용존산소량(DO), 배양액 및 기체의 조성을 포함하는 배양환경을 세포배양이 최적화되도록 조절하는 환경조절부(109); 및,Environmental control unit 109 for receiving a sensor signal or an external control signal of the sensor unit 108 to adjust the culture culture including the temperature, PH, dissolved oxygen (DO), the culture medium and the composition of the gas to optimize the cell culture ; And, 상기 센서부(108) 및 환경조절부(109)와 연결되며, 상기 센서부(108)의 센서신호를 외부로 전송하거나, 외부의 제어신호를 입력받아 상기 환경조절부(109)로 인가하는 무선통신부(110);를 더 포함하며,It is connected to the sensor unit 108 and the environmental control unit 109, the wireless to transmit the sensor signal of the sensor unit 108 to the outside, or to receive an external control signal and apply to the environmental control unit 109 Further comprising a communication unit 110, 상기 각 부를 연결시키는 회로 배선(111)이 적층된 판상부재 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 다중 생물 반응 장치.Multiple bioreactor, characterized in that the circuit wiring (111) for connecting the respective parts are arranged between the laminated plate-like member. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 배양 챔버(105)는 상기 배지유입구(602)가 상기 배지유출구(603)보다 낮은 위치에 형성되고, 중앙부에서 상기 배지유입구(602) 및 상기 배지유출구(603) 쪽으로 갈수록 폭이 좁아져서 유입된 배양액이 균일한 층류 흐름을 가지며 통과하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 생물 반응 장치.The culture chamber 105 has the medium inlet 602 formed at a lower position than the medium outlet 603, and the width of the medium inlet 602 is narrowed toward the medium inlet 602 and the medium outlet 603 at a central portion thereof. Multiple biological reaction apparatus, characterized in that the culture medium is formed to pass through with a uniform laminar flow. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 배양 챔버(105)의 전단에 형성되어 상기 배양액을 임시로 저장하는 버퍼웰(601);A buffer well 601 formed at a front end of the culture chamber 105 to temporarily store the culture solution; 상기 버퍼웰(601) 내부에 설치되어 상기 버퍼웰(601)에 임시로 저장된 배양액을 가열하는 열발생부(605);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 생물 반응 장치.And a heat generator (605) installed inside the buffer well (601) to heat the culture solution temporarily stored in the buffer well (601). 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 배양 챔버(105)는 소정의 다공성 판상부재를 중심으로 상층 배양 챔버 및 하층 배양 챔버로 분획되며, 상기 다공성 판상부재를 중심으로 영양세포와 목적세포가 각각 분리되어 배양되는 것을 특징으로 하는 다중 생물 반응 장치.The culture chamber 105 is divided into an upper culture chamber and a lower culture chamber with a predetermined porous plate member as the center, and a multi-organism characterized in that nutrient cells and target cells are separated and cultured, respectively, based on the porous plate member. Reaction device. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 다공성 판상부재는 극세사인 것을 특징으로 하는 다중 생물 반응 장치.The porous plate-like member is a multiple biological reaction device, characterized in that the microfiber.
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