KR100915605B1 - Cell culture apparatus and cell culture system having the same - Google Patents

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Abstract

배지 내의 세포 및 영양분의 농도를 균일하게 교반할 수 있고, 높은 멸균 신뢰성 및 1회의 세포 배양량을 다양하게 변화할 수 있는 세포 배양장치를 개시한다. 세포 배양장치는 세포를 배양하기 위한 배지가 수용되는 배지 수용부; 상기 배지에 산소, 질소, 이산화탄소, 공기(air), 또는 이들의 혼합 가스를 직접 공급하기 위하여, 상기 배지 수용부에 연결된 하나 또는 그 이상의 가스 인입부; 상기 배지에 영양분을 공급하기 위하여, 상기 배지 수용부에 연결된 하나 또는 그 이상의 영양분 인입부; 상기 배지 수용부의 가스 압력을 조절하기 위하여, 배지 수용부에 연결된 하나 또는 그 이상의 가스 배출부; 및 상기 가스 인입부로부터 인입되는 인입 가스의 압력에 의하여 회전구동하여 상기 배지를 교반하기 위하여, 상기 배지 수용부와 회전가능하도록 연결된 회전축, 상기 회전축으로부터 축방향의 수직방향으로 연장된 복수의 지지 부재들, 상기 회전축이 그 내부에 위치하도록 상기 지지 부재들과 연결되는 원기둥 또는 다각기둥의 회전 몸체, 및 상기 회전 몸체의 외측 표면으로부터 연장되어 상기 인입 가스의 압력을 받아 회전하는 복수의 회전날개들을 포함하는 회전부를 포함한다.Disclosed is a cell culture apparatus capable of uniformly stirring the concentrations of cells and nutrients in the medium, and capable of varying the high sterilization reliability and varying the amount of single cell culture. The cell culture apparatus includes a medium containing portion for containing a medium for culturing cells; One or more gas inlets connected to the medium receiving portion to directly supply oxygen, nitrogen, carbon dioxide, air, or a mixed gas thereof to the medium; One or more nutrient inlets connected to the medium receiving unit to supply nutrients to the medium; One or more gas outlets connected to the medium receiving part to adjust the gas pressure of the medium receiving part; And a rotating shaft rotatably connected to the medium containing portion for agitating the medium by rotationally driving by the pressure of the incoming gas introduced from the gas inlet, a plurality of support members extending in the axial direction from the rotation axis. For example, a rotating body of a cylinder or polygonal column connected to the supporting members so that the rotating shaft is located therein, and a plurality of rotating blades extending from an outer surface of the rotating body to rotate under pressure of the incoming gas. It includes a rotating unit.

세포 배양(cell culture), 배양 용기, 회전날개, 교반, 기체 압력 Cell culture, culture vessel, rotor blades, agitation, gas pressure

Description

세포 배양장치 및 이를 포함한 세포 배양 시스템{Cell culture apparatus and cell culture system having the same}Cell culture apparatus and cell culture system including same {Cell culture apparatus and cell culture system having the same}

본 발명은 세포 배양장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 공기 분사압력에 의하여 회전하는 회전체를 이용하여 세포 배양을 위한 배지 및 첨가되는 영양분과 기체를 교반하는 세포 배양장치 및 이를 이용한 세포 배양 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cell culture device, and more particularly, a cell culture device for agitating a medium for cell culture and added nutrients and gases using a rotating body rotated by an air injection pressure, and a cell culture system using the same. It is about.

세포 배양은 생체로부터 분리된 단위 세포 또는 미생물을 성장 및 증식하는 기술분야로서, 생물학, 의학, 약학, 또는 농학의 분야에서 널리 사용되어 왔다. 특히 최근에는 오폐수 처리나 폐유 처리 등의 공학의 분야에도 그 응용이 확대되고 있다.Cell culture is a technique for growing and propagating unit cells or microorganisms isolated from living organisms, and has been widely used in the fields of biology, medicine, pharmacy, or agriculture. In particular, in recent years, the application is also expanding in the field of engineering, such as waste water treatment and waste oil treatment.

세포를 효율적으로 배양하기 위하여는, 세포의 성장을 위한 영양분 및 호흡을 위한 산소, 질소, 및 이산화탄소 등과 같은 기체의 공급이 적시에 적절하게 이루어져야 한다. 따라서, 특히 대량 생산을 하는 경우에는, 배지(culture medium) 내에서 글루타민, 글루코스 등과 같은 영양분 및 기체의 혼합이 신속하고 균일하게 이루어져야 하며, 또한 세포들이 응집(aggregation)되지 않고 배지 내에서 균일하 게 분산되어야 한다.In order to cultivate cells efficiently, a timely supply of nutrients for cell growth and gases such as oxygen, nitrogen, and carbon dioxide for respiration should be made in a timely manner. Therefore, especially in the case of mass production, the mixing of nutrients and gases such as glutamine, glucose, etc. in the culture medium must be made quickly and uniformly, and the cells are not uniformly aggregated in the medium. Should be distributed.

도 1은 종래의 세포 배양장치(1)를 개략적으로 도시하는 단면도이다.1 is a sectional view schematically showing a conventional cell culture apparatus 1.

도 1을 참조하면, 종래의 세포 배양장치(1)는, 배양 용기(10), 모터와 같은 구동 요소(미도시)와 연결된 회전축(12)에 의하여 회전하는 회전날개(14), 영양분을 공급하는 유체 인입부(16), 기체를 공급하는 기체 인입부(18)를 포함한다. 세포를 포함하는 액상 배지(20)는 배양 용기(10)에 수용되며 회전날개(14)의 회전에 의하여 교반된다.Referring to FIG. 1, the conventional cell culture apparatus 1 supplies a rotary blade 14 and nutrients that rotate by a rotating shaft 12 connected to a culture vessel 10 and a driving element (not shown) such as a motor. It includes a fluid inlet 16, and a gas inlet 18 for supplying gas. The liquid medium 20 containing the cells is accommodated in the culture vessel 10 and stirred by the rotation of the rotary blades 14.

세포 배양 기술 분야에 있어서, 고려하여야 할 주요한 사항 중에 하나는 세포, 영양분 및 기체의 분산 또는 농도를 액상 배지(20) 내에서 균일하게 유지하는 것이다. 이러한 관점에서, 세포 배양장치(1)는 다음과 같은 단점이 있다. 회전 날개(14)의 회전에 의하여 와류가 유도되며, 이에 따라 액상 배지(20)의 균일한 교반이 어렵게 된다. 예를 들어 세포는 액상 배지(20)에 대한 비중에 따라 수직으로 하강 또는 상승하려고 하나, 회전 날개(14)는 액상 배지(20)를 주로 수평방향으로 이동하도록 회전하므로, 수직 방향으로의 세포의 농도가 불균일하게 될 우려가 있다. 또한, 도시된 바와 같은 사멸 영역(dead-zone, A 영역)이 발생할 수도 있다. 사멸 영역(A)에 세포가 일단 들어가면, 유체 역학에 따른 액상 배지(20)의 흐름(화살표로 도시됨)에 의하여 세포는 사멸 영역(A)을 빠져 나오기 어렵게 되어 응집될 뿐만 아니라 영양분이나 기체를 공급받기도 어려우므로 그 세포는 사멸하게 된다. 그러나, 세포 배양에 요구되는 농도 균일성을 만족하고, 상술한 사멸 영역(A)을 상대적으로 줄이기 위하여, 종래의 세포 배양장치(1)는 그 크기를 일정 크기 이하로 줄일 수 없으므로, 소량의 세포 배양을 할 수 없다. 또한, 회전 날개(14)의 구동을 위하여 별도의 구동 요소(미도시)를 요구하는 등을 이유로 하여, 배양 용기(10) 및 그 주변장치가 복잡하고 그 크기가, 예를 들어 최소한 200 리터 이상인 대형이어야 하는 단점이 있다.In the field of cell culture technology, one of the main considerations is to keep the dispersion or concentration of cells, nutrients and gases uniform in the liquid medium 20. In this respect, the cell culture apparatus 1 has the following disadvantages. Vortex is induced by the rotation of the rotary vane 14, thereby making it difficult to uniformly stir the liquid medium 20. For example, the cell tries to descend or rise vertically depending on the specific gravity with respect to the liquid medium 20, but the rotary vane 14 rotates to move the liquid medium 20 mainly in the horizontal direction, thereby reducing the concentration of the cells in the vertical direction. There is a fear that the concentration becomes uneven. In addition, a dead zone (region A) as shown may occur. Once the cells enter the dead zone (A), due to the flow of the liquid medium 20 (shown by the arrow) according to the fluid dynamics, the cells are difficult to exit the dead zone (A), not only aggregate, but also nutrient or gas It is also difficult to supply, so the cell dies. However, in order to satisfy the concentration uniformity required for cell culture and to relatively reduce the aforementioned dead zone A, the conventional cell culture apparatus 1 cannot reduce the size to a predetermined size or less, so that a small amount of cells Can't culture. In addition, the culture vessel 10 and its peripherals are complicated and the size thereof is, for example, at least 200 liters, for example, because a separate driving element (not shown) is required for driving the rotary vanes 14. There is a disadvantage to be large.

세포 배양 기술분야에 있어서, 또 하나의 고려할 주요한 사항은 세포오염을 최대한 억제하여야 한다는 것이다. 오염원인으로는, 배지나 첨가되는 영양분 또는 기체의 오염, 배양 용기를 포함하여 세포와 접촉하는 기구들에 의한 오염, 또는 작업자에 의한 오염 등이 있다. 상술한 종래의 세포 배양장치(1)는 스테인레스강(stainless steel)과 같은 금속 재질로 이루어진 배양 용기(10)와 회전날개(14)를 사용하며, 멸균처리를 하여 반복하여 사용하는 것이 일반적이다. 그러나 멸균처리를 수행하였다고 하여도, 세포배양에 이용되는 장치들은 사용할 때마다 멸균상태의 확인을 하여야 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 세포 배양장치(1), 특히 배양 용기(10)가 대형인 경우에는, 멸균처리 및 멸균확인을 수행하기가 어려울 뿐 아니라 확인된 멸균상태의 신뢰성이 낮은 단점이 있다.In the field of cell culture technology, another important consideration is that cell contamination should be suppressed as much as possible. Sources of contamination include contamination of the medium or added nutrients or gases, contamination by devices that come into contact with cells, including culture vessels, or contamination by workers. The above-described conventional cell culture apparatus 1 uses a culture vessel 10 and a rotary wing 14 made of a metal material such as stainless steel, and are used repeatedly by sterilization treatment. However, even if the sterilization process is performed, the devices used for cell culture should be checked for sterilization status whenever used. Therefore, as described above, when the cell culture apparatus 1, in particular, the culture vessel 10 is large, it is difficult to perform sterilization and sterilization, and there is a disadvantage that the reliability of the confirmed sterilization state is low.

도 2는 종래의 다른 세포 배양장치(2)를 개략적으로 도시하는 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing another conventional cell culture apparatus 2.

도 2를 참조하면, 세포 배양장치(2)는 플레이트(50)와 구동요소(52)를 포함한다. 플레이트(50) 상에는 세포 및 영양분을 포함하는 배지(62)를 수용한 자루(60)가 탑재된다. 구동요소(52)는 플레이트(50) 및 자루(60)를 시소(seesaw)와 같은 원리로 중심축을 기준으로 양측을 교대로 상하이동한다. 이에 따라, 자루(60) 내의 배지는 비중 차에 의하여 세포 및 영양분이 교반하게 된다. 세포 배 양장치(2)는 자루(60)의 재료로서 저렴한 합성수지를 이용하면 1회용(disposable)으로 사용할 수 있으며, 따라서 상술한 멸균문제를 방지할 수 있다. 그러나, 이는 비중차에 의하여만 교반을 하므로, 농도가 불균일할 우려가 있으며, 또한 구조의 특성상 대형화하기가 어려운 문제가 있다.Referring to FIG. 2, the cell culture apparatus 2 includes a plate 50 and a driving element 52. On the plate 50, a bag 60 containing a medium 62 containing cells and nutrients is mounted. The drive element 52 swings the plate 50 and the bag 60 alternately on both sides with respect to the central axis on the same principle as the seesaw. Accordingly, the medium in the bag 60 is stirred by the cells and nutrients due to the difference in specific gravity. Cell culture apparatus (2) can be used as a disposable (disposable) by using an inexpensive synthetic resin as a material of the bag 60, thus preventing the above-described sterilization problem. However, since stirring is performed only by the specific gravity difference, there is a fear that the concentration is uneven, and there is a problem that it is difficult to increase the size due to the characteristics of the structure.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 배지 내의 세포 및 영양분의 농도를 균일하게 교반할 수 있고, 높은 멸균 신뢰성 및 1회의 세포 배양량을 다양하게 변화할 수 있는 세포 배양장치를 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a cell culture apparatus capable of uniformly stirring the concentration of the cells and nutrients in the medium, and can vary a high sterilization reliability and a single cell culture amount in various ways.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기의 세포 배양장치를 포함하고, 구조가 간단하고 배지 내의 용전 가스 농도 및 온도의 제어가 용이한 세포 배양 시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a cell culture system including the cell culture apparatus described above, which is simple in structure and easy to control the concentration of dissolved gas and temperature in the medium.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 세포 배양장치는, 세포를 배양하기 위한 배지가 수용되는 배지 수용부; 상기 배지에 산소, 질소, 이산화탄소, 공기(air), 또는 이들의 혼합 가스를 직접 공급하기 위하여, 상기 배지 수용부에 연결된 하나 또는 그 이상의 가스 인입부; 상기 배지에 영양분을 공급하기 위하여, 상기 배지 수용부에 연결된 하나 또는 그 이상의 영양분 인입부; 상기 배지 수용부의 가스 압력을 조절하기 위하여, 배지 수용부에 연결된 하나 또는 그 이상의 가스 배출부; 및 상기 가스 인입부로부터 인입되는 인입 가스의 압력에 의하여 회전구동하여 상기 배지를 교반하는 회전부를 포함한다. 상기 회전부는 상기 배지 수용부와 회전가능하도록 연결된 회전축, 상기 회전축으로부터 축방향의 수직방향으로 연장된 복수의 지지 부재들, 상기 회전축이 그 내부에 위치하도록 상기 지지 부재들과 연결되는 원기둥 또는 다각기둥의 회전 몸체, 및 상기 회전 몸체의 외측 표면으로부터 연장되어 상기 인입 가스의 압력을 받아 회전하는 복수의 회전날개들을 포함하는 회전부를 포함한다. 또한, 상기 세포 배양장치는 상기 배지를 외부로 배출하는 하나 또는 그 이상의 배지 배출부를 더 포함할 수 있다.Cell culture apparatus according to the present invention for achieving the above technical problem, the medium containing portion for receiving a medium for culturing cells; One or more gas inlets connected to the medium receiving portion to directly supply oxygen, nitrogen, carbon dioxide, air, or a mixed gas thereof to the medium; One or more nutrient inlets connected to the medium receiving unit to supply nutrients to the medium; One or more gas outlets connected to the medium receiving part to adjust the gas pressure of the medium receiving part; And a rotating part rotating the drive by the pressure of the incoming gas introduced from the gas introducing part to stir the medium. The rotating part may include a rotating shaft rotatably connected to the medium receiving part, a plurality of supporting members extending in an axial vertical direction from the rotating shaft, and a cylinder or polygonal column connected to the supporting members so that the rotating shaft is positioned therein. And a rotating part including a plurality of rotating blades extending from an outer surface of the rotating body and rotating under pressure of the incoming gas. In addition, the cell culture apparatus may further include one or more medium discharge unit for discharging the medium to the outside.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 지지 부재들은, 상기 회전부의 회전방향에 대하여 수직인 면들을 가지는교반 임펠러(impeller)들을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 교반 임펠러들은 상기 회전부의 회전방향에 대하여 반대방향으로 상기 배지를 통과시키는 하나 또는 그 이상의 원형 또는 다각형의 관통 구멍들을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the support members may further include stirring impellers having surfaces perpendicular to the direction of rotation of the rotating part. In addition, the stirring impeller may include one or more circular or polygonal through holes for passing the medium in a direction opposite to the rotation direction of the rotating part.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 배지 수용부 내에 상기 세포의 사멸 영역(dead zone)의 형성을 감소하기 위하여, 상기 배지 수용부의 하측은 회전 몸체에 대응하는 곡선형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.In some embodiments of the present invention, in order to reduce the formation of dead zones of the cells in the medium receiving portion, the lower side of the medium receiving portion may have a curved or polygonal shape corresponding to the rotating body. have.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 배지 수용부의 일부는 금속, 경질 플라스틱 또는 연질 플라스틱을 포함할 수 있다. 또한, 상기 회전부의 일부는 금속 또는 경질 플라스틱을 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, a portion of the medium receiving portion may include metal, hard plastic, or soft plastic. In addition, a part of the rotating part may include a metal or hard plastic.

또한, 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 세포 배양 시스템은, 상술한 바와 같은 세포 배양장치; 상기 세포 배양장치에 수용되는 배지의 온도, 용전 가스 농도, 및 영양분 농도 중 하나 또는 그 이상을 감지하는 감지부; 상기 감지부로부터 감지 신호를 전달받아 복수의 제어 신호들을 발생하여 전송하는 제어부; 상기 복수의 제어 신호에 포함되는 온도 제어 신호에 의하여, 상기 배지를 일정 온도로 유지하도록 열을 공급하고, 상기 세포 배양장치의 외측에 부착된 열 재킷(heat jacket); 상기 복수의 제어 신호에 포함되는 용전 가스 농도 제어 신호에 의하여, 상기 세포 배양장치에 포함된 가스 인입부를 통하여 상기 배지에 직접 공급되는 산소, 질소, 이산화탄소, 공기(air), 또는 이들의 혼합 가스의 농도를 조절하여 공급하는 가스 공급부; 및 상기 복수의 제어 신호에 포함되는 영양분 농도 제어 신호에 의하여, 상기 세포 배양장치에 포함된 영양분 인입부를 통하여 상기 배지에 공급되는 영양분의 양을 조절하여 공급하는 영양분 공급부를 포함한다.In addition, the cell culture system according to the present invention for achieving the above another technical problem, the cell culture apparatus as described above; A sensing unit for sensing one or more of a temperature, a dissolved gas concentration, and a nutrient concentration of a medium accommodated in the cell culture apparatus; A control unit which receives the detection signal from the detection unit and generates and transmits a plurality of control signals; A heat jacket provided with a temperature control signal included in the plurality of control signals to supply heat to maintain the medium at a constant temperature and attached to an outside of the cell culture apparatus; By the dissolved gas concentration control signal included in the plurality of control signals, the oxygen, nitrogen, carbon dioxide, air, or a mixture of these gases directly supplied to the medium through the gas inlet included in the cell culture apparatus A gas supply unit adjusting and supplying a concentration; And a nutrient supply unit for controlling and supplying the amount of nutrients supplied to the medium through the nutrient inlet unit included in the cell culture apparatus, by the nutrient concentration control signal included in the plurality of control signals.

본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 세포 배양장치는 상기 배지를 외부로 배출하는 배지 배출부를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 세포 배양장치로부터 세포를 포함하는 배지를 상기 배지 배출부를 통하여 배출하여 저장하는 배양 세포 저장부를 더 포함할 수 있다.In some embodiments of the present invention, the cell culture device may further include a medium discharge unit for discharging the medium to the outside. The cell culture apparatus may further include a culture cell storage unit configured to discharge and store a medium containing cells from the cell culture apparatus through the medium discharge unit.

본 발명의 세포 배양장치 및 이를 이용하는 세포 배양 시스템은, 와류에 의한 농도 구배의 불균일성을 방지할 수 있는 회전체의 회전에 의하여 배지를 교반함으로서, 배지 내의 세포, 영양분 및 기체의 농도를 전체적으로 균일하게 할 수 있고 세포 사멸 영역의 형성을 최소화 할 수 있다. The cell culture apparatus of the present invention and a cell culture system using the same uniformly adjust the concentration of cells, nutrients and gases in the medium by agitating the medium by rotation of a rotating body capable of preventing the variation in concentration gradient caused by the vortex. And minimize the formation of cell death zones.

또한, 상기 회전체를 인입 공기를 이용하여 회전함으로써, 배양장치를 간단하게 할 수 있고, 배지의 농도 및 온도의 제어를 용이하게 할 수 있다. 또한, 고분자와 같은 가격이 저렴하고 멸균이 용이한 재질을 사용할 수 있으므로, 세포의 오염을 방지할 수 있으므로, 세포 배양의 효율을 증가시킬 수 있다.In addition, by rotating the rotating body using the incoming air, the culture apparatus can be simplified, and the control of the concentration and temperature of the medium can be facilitated. In addition, since it is possible to use a cheap material such as a polymer and easy to sterilize, it is possible to prevent the contamination of cells, it is possible to increase the efficiency of cell culture.

또한, 본 발명은, 예를 들어 약 수 밀리 리터로부터 약 3000 리터에 이르기 까지, 다양한 용량의 세포 배양장치를 용이하게 구성할 수 있다. In addition, the present invention can easily configure cell culture devices of various capacities, for example from about several milliliters to about 3000 liters.

또한, 상대적으로 저렴하고 제조가 간단한 플라스틱 재질을 사용함으로서, 1회용 세포 배양장치로서 사용할 수 있으며, 이에 따라 멸균 처리에 걸리는 시간과 노력을 현저하게 감소할 수 있다. In addition, by using a plastic material that is relatively inexpensive and simple to manufacture, it can be used as a disposable cell culture apparatus, thereby significantly reducing the time and effort required for sterilization treatment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면에서 각 요소나 부분의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 용어가 다양한 부재, 부품, 요소, 영역, 또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 요소, 영역, 또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 요소, 영역, 또는 부분을 다른 부재, 부품, 요소, 영역, 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. The embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is It is not limited to an Example. In the drawings, the thickness or size of each element or part is exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals in the drawings refer to the same element. Although the terminology is used herein to describe various members, parts, elements, regions, or parts, it is obvious that these members, parts, elements, regions, or parts should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one member, part, element, region, or portion from another member, part, element, region, or portion.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 세포 배양장치(100)를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 세포 배양장치(100)는 배지 수용부(110), 회전부(120), 가스 인입부(130), 영양분 인입부(132) 및 가스 배출부(134)를 포함한다. 본 명세서에서, 영양분은, 예를 들어 글루타민(glutamine) 또는 글루코스(glucose)와 같은 세포 배 양에 필요한 영양분들을 의미한다.3 is a perspective view schematically showing a cell culture apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. The cell culture apparatus 100 includes a medium receiving unit 110, a rotating unit 120, a gas inlet 130, a nutrient inlet 132, and a gas outlet 134. As used herein, nutrients refer to nutrients necessary for cell culture, such as, for example, glutamine or glucose.

도 3을 참조하면, 배지 수용부(110)는 세포를 배양하기 위한 배지(150)가 수용된다. 또한, 도시되지는 않았으나, 배지 수용부(110)는 하우징(미도시) 내에 설치되어 고정될 수 있다. 이를 위하여 배지 수용부(110)의 외측부 또는 하우징(미도시)에 상호 결합 및 지지를 위한 다양한 결합 요소들(미도시) 및 지지요소들(미도시)을 더 포함할 수 있다. 또한 배지 수용부(110)의 상측은 영양분 인입부(132) 및 가스 배출부(134)를 제외하고는 밀봉되어 외부로부터의 오염을 방지한다. 배지 수용부(110) 내에 배지(150) 등을 투입한 후에 별개의 뚜껑(미도시)으로 밀봉되거나, 또는 배지 수용부(110) 자체가 그 상측이 영양분 인입부(132) 및 가스 배출부(134)를 제외하고 밀봉되도록 구성될 수도 있다. 후자의 경우, 세포를 포함하는 배지(150)는 영양분 인입부(132)를 통하여 배지 수용부(110) 내로 투입될 수 있다.Referring to FIG. 3, the medium receiving unit 110 receives a medium 150 for culturing cells. In addition, although not shown, the medium receiving unit 110 may be installed and fixed in a housing (not shown). To this end, it may further include various coupling elements (not shown) and support elements (not shown) for mutual coupling and support on the outer side or the housing (not shown) of the medium receiving unit 110. In addition, the upper side of the medium receiving unit 110 is sealed except for the nutrient inlet 132 and the gas discharge unit 134 to prevent contamination from the outside. After the medium 150 is introduced into the medium receiving unit 110, the medium 150 is sealed with a separate lid (not shown), or the medium receiving unit 110 itself has a nutrient inlet 132 and a gas discharge unit. It may be configured to be sealed except for 134. In the latter case, the medium 150 containing the cells may be introduced into the medium receiving unit 110 through the nutrient inlet 132.

또한, 배지 수용부(110)는 다각형, 예를 들어 직육면체 또는 정육면체의 형상을 가질 수도 있다. 이러한 경우에는 배지 수용부(110)의 하측(116)은 편편하게 된다. 그러나, 또한, 종래 기술에서 상술한 바와 같이, 세포의 사멸 영역(dead zone)의 형성을 감소하기 위하여, 배지 수용부(110)의 하측(116)이 회전부(120)의 형상, 예를 들어 회전 몸체(124)에 대응하도록 곡선형 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다.In addition, the medium receiving unit 110 may have a polygonal shape, for example, a cube or a cube. In this case, the lower side 116 of the medium receiving portion 110 becomes flat. However, as described above in the prior art, however, in order to reduce the formation of dead zones of the cells, the lower side 116 of the medium receptacle 110 is shaped, for example rotated, of the rotating part 120. It may have a curved or polygonal shape to correspond to the body 124.

배지 수용부(150)의 전부 또는 일부는 금속, 경질 플라스틱 또는 연질 플라스틱을 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 금속의 경우에는 내산화성이 우수하고 배양하는 세포에 무해한 재질이 바람직하다. 예를 들어 스테인레스강, 알루미늄계 합금, 주석과 같은 동 합금 등일 수 있다. 경질 또는 연질 플라스틱의 경우에는, 배지(150)에 대하여 반응성이 없어야 하고, 배양하는 세포에 무해한 재질이 바람직하다. 예를 들어 폴리에틸렌계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 폴리비닐계 수지, 또는 아크릴계 수지 등일 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. All or part of the medium receiving portion 150 may be formed of a material including a metal, hard plastic or soft plastic. In the case of metal, a material which is excellent in oxidation resistance and harmless to the cultured cells is preferable. For example, it may be a stainless steel, an aluminum-based alloy, a copper alloy such as tin and the like. In the case of hard or soft plastics, a material which should not be reactive with the medium 150 and which is harmless to the cells to be cultured is preferable. For example, it may be polyethylene resin, polycarbonate resin, polyvinyl chloride resin, polypropylene resin, polyvinyl resin, acrylic resin or the like. However, this is exemplary and is not necessarily limited thereto.

가스 인입부(130)는 배지 수용부(110)에 연결되어 배지(150)에 산소, 질소, 이산화탄소, 공기(air), 또는 이들의 혼합 가스를 직접 공급한다. 도 3에 도시된 가스 인입부(130)의 갯수나 위치는 예시적이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상술한 가스들을 각각 별도로 공급하기 위하여, 또는 하기에 설명하는 바와 같이, 인입 가스에 의하여 회전하는 회전부가 안정적으로 정속도로 회전할 수 있도록 하기 위하여, 가스 인입부(130)가 복수로 구성될 수도 있다. 또한, 가스 인입부(130)가 배지 수용부(110)의 하면에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 배지 수용부(110)의 측면에 위치할 수도 있고 또는 하면과 측면에 복수로 위치하도록 구성할 수 있다. 가스 인입부(130)는 가스를 배지(150)에 직접 공급하게 되므로, 배지(150)가 가스 인입부(130) 내로 인입될 우려가 있다. 그러나, 가스의 압력을 적절하게 조절하거나, 또는 가스 인입부(130)에 배지(150)의 인입을 차단하는 차단밸브를 더 포함하도록 구성한다면 해결할 수 있다. The gas inlet 130 is connected to the medium receiving unit 110 to directly supply oxygen, nitrogen, carbon dioxide, air, or a mixed gas thereof to the medium 150. The number or location of the gas inlet 130 shown in FIG. 3 is exemplary, but is not necessarily limited thereto. For example, in order to separately supply the above-described gases, or as described below, in order to enable the rotating part rotated by the incoming gas to stably rotate at a constant speed, the gas inlet 130 may be provided in plurality. It may be configured. In addition, although the gas inlet 130 is shown as being located on the lower surface of the medium receiving unit 110, it may be located on the side of the medium receiving unit 110 or may be configured to be located in a plurality on the lower surface and the side. have. Since the gas inlet 130 directly supplies gas to the medium 150, the medium 150 may be drawn into the gas inlet 130. However, it can be solved by properly adjusting the pressure of the gas, or further comprising a shutoff valve for blocking the inlet of the medium 150 in the gas inlet 130.

영양분 인입부(132)는 배지 수용부(110)에 연결되어 배지(150)에 배양하는 세포에 필요한 영양분을 공급한다. 상기 영양분은 액상, 미세 분말과 같은 고상, 또는 미세분말이 함유된 페이스트일 수도 있다. 또한, 영양분 인입부(132)는 영양 분 외에도 필요한 경우 배지(150)를 추가적으로 공급하는 데 이용될 수도 있다. 도 3에 도시된 영양분 인입부(132)의 갯수나 위치는 예시적이며 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 영양분 인입부(132)의 출구가 배지 내에 잠기도록 구성되거나 또는 잠기지 않도록 구성될 수 있다. The nutrient inlet 132 is connected to the medium receiving unit 110 to supply nutrients necessary for the cells to be cultured in the medium 150. The nutrient may be a liquid, a solid such as fine powder, or a paste containing fine powder. In addition, the nutrient inlet 132 may be used to additionally supply the medium 150 if necessary in addition to the nutrient. The number or location of the nutrient inlet 132 shown in FIG. 3 is exemplary and is not necessarily limited thereto. In addition, the outlet of the nutrient inlet 132 may be configured to be immersed in or in the medium.

가스 배출부(134)는 배지 수용부(110)에 연결되어 배지 수용부(110) 내의 가스 압력을 조절한다. 즉, 가스 인입부(130)를 통하여 인입되는 인입 가스 및 배지(150) 내의 세포가 배양됨에 따라, 호흡에 의하여 배출되는 배출 가스에 의하여 배지 수용부(110) 내의 압력이 증가하는 것을 방지하여, 배지 수용부(110) 내의 압력을 일정 수준, 예를 들어 대기압 수준으로 유지한다. 도 3에 도시된 가스 배출부(134)의 갯수나 위치는 예시적이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 가스 배출부(134)는 외부로부터 오염물질이 배지 수용부(110) 내로 인입되는 것을 방비하기 위하여 통상적인 필터, 예를 들어 수 마이크로 미터 이하의 기공들을 가지는 공기 필터로 구성될 수 있다. 상기 공기 필터는, 예를 들어, 기공의 크기에 따라 프리 필터(pre filter), 헤파 필터(high efficiency particulate air filter; HEPA filter) 및 울파 필터(ultra low penetration air filter; ULPA filter) 등이 있으며, 인입을 방지할 오염물질의 크기에 따라 선택적으로 사용이 가능하다.The gas discharge unit 134 is connected to the medium receiving unit 110 to adjust the gas pressure in the medium receiving unit 110. That is, as the inlet gas introduced through the gas inlet 130 and the cells in the medium 150 are cultured, the pressure in the medium receiving unit 110 is prevented from increasing by the exhaust gas discharged by respiration. The pressure in the medium receptacle 110 is maintained at a certain level, for example atmospheric pressure. The number or position of the gas discharge unit 134 shown in FIG. 3 is exemplary, but is not necessarily limited thereto. In addition, the gas discharge unit 134 may be composed of a conventional filter, for example, an air filter having pores of several micrometers or less in order to prevent contaminants from being introduced into the medium receiving unit 110 from the outside. The air filter may include, for example, a pre filter, a high efficiency particulate air filter (HEPA filter), and an ultra low penetration air filter (ULPA filter) according to the pore size. It can be used selectively depending on the size of the pollutant to be prevented from entering.

또한, 세포 배양장치(100)는, 필요한 경우, 예를 들어 배지(150) 내의 세포의 배양이 완료된 경우에, 배지(150)를 외부로 배출하는 배지 배출부(140)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 상술한 가스 인입부(130), 영양분 인입부(132) 및 배지 배출부(140)는 통상의 연결요소들에 의하여 배지 수용부(110)와 연결되며, 원하지 않는 불순물이 배지(150)에 인입되는 것을 방지하는 필터(미도시), 기체 또는 유체의 인입을 차단하는 밸브(미도시), 또는 역류를 방지하는 역류방지요소(미도시)를 더 포함할 수 있다. 또한, 배지 배출부(140)는 배지 수용부(110) 내로 배지(150)를 투입하는 기능을 가질 수도 있다.In addition, the cell culture apparatus 100 may be configured to further include a medium discharge unit 140 for discharging the medium 150 to the outside, if necessary, for example, when the culture of the cells in the medium 150 is completed. Can be. The gas inlet 130, the nutrient inlet 132, and the medium outlet 140 are connected to the medium receiving unit 110 by conventional connecting elements, and unwanted impurities are introduced into the medium 150. It may further include a filter (not shown), a valve (not shown) to block the introduction of gas or fluid, or a backflow prevention element (not shown) to prevent backflow. In addition, the medium discharge unit 140 may have a function of injecting the medium 150 into the medium receiving unit 110.

회전부(120)는 가스 인입부(130)로부터 인입되는 인입 가스의 압력, 즉 기체의 부력에 의하여 회전구동하여 배지(150)를 교반한다. 이하에서는, 회전부(120)에 대하여 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.The rotating unit 120 is rotated by the pressure of the incoming gas drawn from the gas inlet 130, that is, the buoyancy of the gas to agitate the medium 150. Hereinafter, the rotating unit 120 will be described in detail with reference to FIG. 4.

도 4는 도 3의 세포 배양장치(100)의 회전부(120)를 개략적으로 도시하는 사시도이다.FIG. 4 is a perspective view schematically showing the rotating unit 120 of the cell culture apparatus 100 of FIG. 3.

도 4를 참조하면, 회전부(120)는 배지 수용부(110)와 회전가능하도록 연결된 회전축(122), 회전축(122)으로부터 축방향의 수직방향으로 연장된 복수의 지지 부재들(123), 회전축(122)이 그 내부에 위치하도록 지지 부재(123)들과 연결되는 원기둥 또는 다각기둥의 회전 몸체(124), 및 회전 몸체(124)의 외측 표면으로부터 연장되어 상기 인입 가스의 압력에 의하여 회전하는 복수의 회전날개(126a)들을 포함한다. 회전축(122)은 배지 수용부(110)와 연결부재(112)에 의하여 회전가능하도록 연결된다. 연결부재(112)는 배지 수용부(110) 내의 배지가 외부로 나오지 않도록 밀봉하는 역할을 또한 수행하며, 본 기술 분야의 당업자에게 자명한 구성요소일 수 있다. Referring to FIG. 4, the rotating part 120 includes a rotating shaft 122 rotatably connected to the medium receiving part 110, a plurality of support members 123 extending in an axial direction from the rotating shaft 122, and a rotating shaft. A cylindrical or polygonal rotary body 124 connected with the support members 123 so that the 122 is positioned therein, and extending from an outer surface of the rotary body 124 to rotate by the pressure of the incoming gas. It includes a plurality of rotary blades (126a). The rotating shaft 122 is rotatably connected by the medium receiving unit 110 and the connecting member 112. The connection member 112 also serves to seal the medium in the medium receiving unit 110 so that it does not come out, and may be a component apparent to those skilled in the art.

본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 지지 부재들(123)은, 회전부의 회전방향에 대하여 수직인 면들을 가지는 교반 임펠러들(impeller, 128)을 더 포함할 수 있 다. 교반 임펠러들(128) 각각은 그 일측면만이 지지 부재들(123) 각각에 연결되도록 형성되거나, 또는 대향하는 한 쌍의 지지 부재들(123)을 서로 연결하도록 형성될 수 있다. 또한, 예를 들어 두 개의 지지 부재들(123)과 하나의 교반 임펠러(123)이 일체를 이루도록 형성될 수도 있으며, 이는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같다. 또한, 교반 임펠러(123)는 일측면만이 회전축(122)에 연결되어 회전 몸체(124)를 향하여 연장되도록 형성되거나, 일측면만이 회전 몸체(124)에 연결되어 회전축을 향하여 연장되도록 형성될 수 있다. 또한, 교반 임펠러들(128)은 회전부(120)의 회전방향에 대하여 반대방향으로 상기 배지(150)를 통과시키는 하나 또는 그 이상의 원형 또는 다각형의 관통 구멍(129)들을 포함할 수 있다. 도시된 지지 부재들(123), 교반 임펠러들(128), 및 관통 구멍들의 형상과 갯수는 예시적이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 교반 임펠러들(128)은 배지를 신속하고 균일하게 교반하는데 더 효과적일 수 있다. 이에 대하여는, 회전부(120)의 구동과 관련하여, 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 하기에 상세하게 설명하기로 한다.In some embodiments of the present invention, the support members 123 may further include stirring impellers 128 having surfaces perpendicular to the direction of rotation of the rotating part. Each of the stirring impellers 128 may be formed such that only one side thereof is connected to each of the support members 123, or may be formed to connect the pair of opposing support members 123 to each other. Also, for example, two support members 123 and one stirring impeller 123 may be formed to be integrated, as shown in FIGS. 3 and 4. In addition, the stirring impeller 123 may be formed such that only one side thereof is connected to the rotating shaft 122 to extend toward the rotating body 124, or only one side thereof is connected to the rotating body 124 to extend toward the rotating shaft. Can be. In addition, the stirring impeller 128 may include one or more circular or polygonal through holes 129 for passing the medium 150 in a direction opposite to the rotation direction of the rotating part 120. The shape and number of support members 123, stirring impellers 128, and through holes shown are exemplary, but are not necessarily limited thereto. These stirring impellers 128 may be more effective for stirring the medium quickly and uniformly. This will be described below in detail with reference to FIGS. 6A to 6D with respect to the driving of the rotating unit 120.

또한, 회전부(120)의 일부는 금속 또는 경질 또는 연질 플라스틱을 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 금속의 경우에는 내산화성이 우수하고 배양하는 세포에 무해한 재질이 바람직하며, 예를 들어 스테인레스강, 알루미늄계 합금, 주석과 같은 동 합금 등일 수 있다. 경질 또는 연질 플라스틱 재료는 배지(150)에 대하여 반응성이 없어야 하고, 배양하는 세포에 무해한 재질이 바람직하며, 예를 들어 폴리에틸렌계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 폴리비닐계 수지, 또는 아크릴계 수지 등일 수 있다. 그러나, 이는 예시적 이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, a part of the rotating part 120 may be formed of a material including metal or hard or soft plastic. In the case of metal, a material that is excellent in oxidation resistance and harmless to cells to be cultured is preferable, and may be, for example, stainless steel, an aluminum-based alloy, or a copper alloy such as tin. The hard or soft plastic material should be non-reactive with respect to the medium 150, and a material harmless to the cells to be cultured is preferable. For example, polyethylene resin, polycarbonate resin, polyvinyl chloride resin, polypropylene resin, Polyvinyl resin, acrylic resin, or the like. However, this is exemplary and is not necessarily limited thereto.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 도 4의 회전부(120)의 회전날개(126, 126a. 126b)들을 부분적으로 도시하는 부분 확대 사시도들이다. 먼저 회전 날개(126, 126a. 126b) 의 기능 및 작동에 대하여 설명하면, 회전 날개(126, 126a. 126b)는 상술한 바와 같이 가스 인입부(130)로부터 인입되는 인입 가스의 압력을 받아 회전한다. 즉, 액상인 배지(150) 내에 가스가 인입되면, 상기 인입 가스는 비중차에 의하여 상승하여 회전날개(126, 126a. 126b)에 접촉한다. 이어서, 상기 인입 가스의 압력, 즉 부력에 의하여 회전 날개(126, 126a. 126b)가 상승하며, 이에 따라 회전부(120)가 회전축(122)을 중심으로 회전한다. 회전부(120)의 회전은 결과적으로 배지(150)를 교반한다. 5A through 5C are partially enlarged perspective views partially illustrating the rotary vanes 126 and 126a and 126b of the rotary unit 120 of FIG. 4 according to some embodiments of the present invention. First, the function and operation of the rotary vanes 126 and 126a and 126b will be described. The rotary vanes 126 and 126a and 126b rotate under the pressure of the incoming gas introduced from the gas inlet 130 as described above. . That is, when the gas is introduced into the liquid medium 150, the incoming gas is raised by the specific gravity difference to contact the rotary blades (126, 126a. 126b). Subsequently, the rotary vanes 126 and 126a and 126b rise due to the pressure of the incoming gas, that is, the buoyancy force, so that the rotary unit 120 rotates about the rotary shaft 122. Rotation of the rotator 120 consequently agitates the medium 150.

도 5a 내지 도 5c는 회전 날개(126, 126a. 126b)의 여러 가지 형상을 예시적으로 도시한다. 5A-5C illustrate various shapes of rotary vanes 126, 126a. 126b.

도 5a에 도시된 회전 날개(126)는 회전 몸체(124)의 외측면(124a)으로부터 수직으로 연장된 판으로 구성된다. 그러나, 이는 예시적이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 5a에서는 회전 날개(126)가 평평한 하나의 판으로 도시되어 있으나, 가스와 접촉하는 방향으로 움푹하도록 반원형 등과 같은 만곡부를 가지거나 V-형 등과 같은 다각형의 형상일 수도 있다. The rotary vane 126 shown in FIG. 5A consists of a plate extending vertically from the outer side 124a of the rotary body 124. However, this is exemplary and is not necessarily limited thereto. For example, in FIG. 5A, the rotary vane 126 is shown as a single flat plate, but may have a curved portion such as a semicircle or the like or a polygonal shape such as a V-shaped to dent in a direction in contact with the gas.

도 5b에 도시된 회전 날개(126a)는 회전 몸체(124)의 외측면(124a)으로부터 수직으로 연장된 밑판(160) 및 외측면(124a)과 맞대며 밑판(160)의 양단부와 연결된 두 개의 측판들(162) 및 밑판(160)의 외측면(124a)과 이격된 타단부와 측판 들(162)을 연결하는 전판(164)으로 구성되어, 속이 비어있는 서랍의 형상을 가진다. 이러한 회전 날개(126a)는 회전하는 동안 접촉되는 가스를 보다 더 용이하게 수용할 수 있으므로, 가스의 부력을 더욱 충분하게 이용할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 5a에 관련하여 설명한 바와 같이, 회전 날개(126a)도 가스와 접촉하는 방향으로 움푹하도록 만곡부 또는 다각형의 형상을 가질 수 있다. 또한, 측판들(162)이 없이 밑판(160)과 전판(164)만이 연결되어 구성될 수도 있고, 밑판(160)과 전판(164)이 일체로서 만곡하여 구부러지도록 구성될 수도 있다. The rotary vanes 126a shown in FIG. 5B abut the bottom plate 160 and the outer surface 124a extending vertically from the outer surface 124a of the rotating body 124 and are connected to both ends of the lower plate 160. The side plate 162 and the outer surface 124a of the bottom plate 160 and the other end spaced apart from the front plate 164 connecting the side plates 162, and has a hollow drawer shape. Since the rotary vanes 126a can more easily receive the gas contacted during rotation, there is an advantage that the buoyancy of the gas can be more fully utilized. However, this is exemplary and is not necessarily limited thereto. For example, as described with respect to FIG. 5A, the rotary vanes 126a may also have a curved portion or a polygonal shape to be recessed in the direction in contact with the gas. In addition, only the bottom plate 160 and the front plate 164 may be configured without the side plates 162, or the bottom plate 160 and the front plate 164 may be configured to be bent and bent as one body.

도 5c에 도시된 회전 날개(126b)는 주머니 형상을 가지며, 일단부(166)는 회전 몸체(124)의 외측면(124a)에 접촉하며, 타단부(167)는 외측면(124a)으로부터 이격되어, 가스가 수용될 수 있는 빈 공간을 형성하게 된다. 이러한 회전 날개(126b)는 회전 몸체(124)와 일체형으로 제작이 용이한 장점이 있다.The rotary vanes 126b shown in FIG. 5C have a bag shape, one end 166 contacts the outer surface 124a of the rotating body 124, and the other end 167 is spaced apart from the outer surface 124a. This creates an empty space in which gas can be accommodated. The rotary wing 126b has an advantage of being easy to manufacture integrally with the rotating body 124.

다시 도 3을 참조하면, 회전부(120)는 하나의 회전 몸체(124)로 구성되어 있으나, 이는 예시적이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 복수의 회전 몸체들(124)이 회전축(122)을 따라서 회전방향이 동일하도록 서로 인접하여 배치될 수도 있다. 또한, 복수의 회전 몸체들(124) 각각의 외측면(124a)에는 도 5a 내지 도 5c와 관련하여 설명한 바와 같은 다양한 형상의 회전 날개(126, 126a, 126b)들 중에서 한 가지 종류만이 각각 부착되거나 또는 여러 종류가 혼합되어 부착될 수 있다. 또한, 복수의 회전 몸체들(124)의 크기, 예를 들어 내측 직경 또는 외측면(124a)의 직경이 서로 다를 수 있다. 또한, 회전부(120)가 도시된 바와 같은 속 이 빈 원기둥의 형상이 아닌 속이 빈 다각기둥의 형상으로 구성될 수 있음은 상술한 바와 같다.Referring to FIG. 3 again, the rotating part 120 is composed of one rotating body 124, but this is exemplary and is not necessarily limited thereto. That is, the plurality of rotating bodies 124 may be disposed adjacent to each other such that the rotation directions are the same along the rotation axis 122. In addition, only one kind of rotating vanes 126, 126a, and 126b of various shapes as described with reference to FIGS. 5A through 5C are attached to the outer surface 124a of each of the plurality of rotating bodies 124, respectively. Or may be mixed and attached. In addition, the size of the plurality of rotating bodies 124, for example, the inner diameter or the diameter of the outer surface 124a may be different from each other. In addition, as described above, the rotating part 120 may be configured as a hollow polygonal cylinder instead of a hollow cylinder as illustrated.

도 6a 내지 도 6d는 도 3에 도시된 세포 배양장치(110)를 이용하여 배지(150)의 교반 양상을 모의 실험한 결과를 시간에 따라 나타내는 사진들이다. 배지(150)로서 물(150a)을 사용하였으며, 액상 영양분으로서 수용성 잉크(152a)를 사용하였다. 또한, 세포의 분산 상태를 명확하게 관찰하기 위하여 세포의 비중, 예를 들어 1.02 내지 1.10 과 유사한 비중을 가지는 원판 형상의 플라스틱 모형(151a)을 세포로서 사용하였다. 6a to 6d are photographs showing the results of a simulation of agitation of the medium 150 using the cell culture apparatus 110 shown in FIG. 3 over time. Water 150a was used as the medium 150, and water-soluble ink 152a was used as the liquid nutrient. In addition, in order to clearly observe the dispersion state of the cells, a disk-shaped plastic model 151a having a specific gravity similar to that of the cells, for example, 1.02 to 1.10, was used as the cells.

도 6a는 배지 수용부(110) 내의 물(150a)에 잠겨있는 회전부(120)를 가스 인입부(130)로부터 인입되는 가스에 의하여 회전한 상태에서, 수용성 잉크(152a)를 배지 수용부(110)의 상측에서 주입할 때의 사진이다. 도 6a를 참조하면, 회전부(120)의 회전에 의하여 플라스틱 모형(151a)이 물(150a) 내에서 고르게 분산되어 있다. 따라서, 회전부(120)는 배지(150) 내의 배양을 위한 세포가 배지 수용부(110) 내에서 균일하게 분산할 수 있음을 알 수 있다.FIG. 6A illustrates that the water-soluble ink 152a is discharged into the medium receiving part 110 in a state in which the rotating part 120 immersed in the water 150a in the medium receiving part 110 is rotated by the gas introduced from the gas introducing part 130. It is a photograph when it is injected from the upper side of). Referring to FIG. 6A, the plastic model 151a is evenly distributed in the water 150a by the rotation of the rotating unit 120. Therefore, the rotating unit 120 can be seen that the cells for culture in the medium 150 can be uniformly dispersed in the medium receiving unit (110).

도 6b는 수용성 잉크(152a) 주입한 후 약 3초 후의 사진이다. 도 6b를 참조하면, 주입된 수용성 잉크(152a)는 주로 회전부(120)의 외측과 배지 수용부(110)의 사이의 공간에 회전 날개(126a)의 회전 궤적과 유사하게 퍼지게 됨을 알 수 있다. 6B is a photograph about 3 seconds after the injection of the water-soluble ink 152a. Referring to FIG. 6B, it can be seen that the injected water-soluble ink 152a mainly spreads similarly to the rotation trajectory of the rotary blade 126a in the space between the outer side of the rotating part 120 and the medium receiving part 110.

도 6c는 수용성 잉크(152a) 주입한 후 약 6초 후의 사진이다. 도 6c를 참조하면, 수용성 잉크(152a)가 회전부(120)의 외측과 배지 수용부(110)와 공간에 전체적으로 퍼지고, 회전부(120)의 내측방향으로도 잉크가 확산됨을 알 수 있다. 6C is a photograph about 6 seconds after the injection of the water-soluble ink 152a. Referring to FIG. 6C, it can be seen that the water-soluble ink 152a is generally spread on the outer side of the rotating part 120, the discharge container 110, and the space, and the ink is also diffused in the inner direction of the rotating part 120.

도 6d는 수용성 잉크(152a) 주입한 후 약 9초 후의 사진이다. 도 6d를 참조하면, 수용성 잉크(152a)가 배지 수용부(110)의 내부에 전체적으로 고르게 분산됨을 알 수 있다. 6D is a photograph about 9 seconds after the injection of the water-soluble ink 152a. Referring to FIG. 6D, it can be seen that the water-soluble ink 152a is evenly distributed throughout the medium container 110.

따라서, 본 발명에 따른 세포 배양장치(100)는 배지(150) 내에 세포 및 영영분을 신속하고 고르게 분산시킬 수 있다. 이와 같이 수용성 잉크(152a)로 보의 실험한 결과에 의하여 알 수 있는 신속하고 균일한 분산은 상술한 바와 같이 관통 구멍들(129)을 가지는 교반 임펠러들(128)에 의하여 더 촉진된다. 따라서, 본 발명에 따른 세포 배양장치는 별개의 외부 기계적 또는 전기적 교반 장치를 사용하지 않고, 세포 배양을 위하여 주입되는 기체를 이용하여 배지를 포함하는 유체를 교반할 수 있으며, 회전 날개(126, 126a, 126b) 및 교반 임펠러들(128)들에 의하여 더욱 신속하고 효과적으로 균일한 농도를 달성할 수 있다.Therefore, the cell culture apparatus 100 according to the present invention can quickly and evenly disperse the cells and nutrients in the medium (150). The rapid and uniform dispersion, as seen by the results of the experiment with the water-soluble ink 152a, is further facilitated by the stirring impellers 128 having the through holes 129 as described above. Therefore, the cell culture apparatus according to the present invention can stir the fluid containing the medium by using a gas injected for cell culture, without using a separate external mechanical or electrical stirring device, the rotary blade 126, 126a 126b) and stirring impellers 128 can achieve a more uniform and faster concentration.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 세포 배양 시스템(1000)을 도시하는 개략도이다.7 is a schematic diagram illustrating a cell culture system 1000 according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 세포 배양 시스템(1000)은, 도 3 내지 도 6d를 참조하여 상술한 바와 같은 세포 배양장치(100), 감지부(200), 제어부(300), 열 재킷(heat jacket, 400), 가스 공급부(500), 및 영양분 공급부(600)를 포함한다. Referring to FIG. 7, the cell culture system 1000 includes the cell culture apparatus 100, the sensing unit 200, the control unit 300, a heat jacket as described above with reference to FIGS. 3 to 6D. 400, a gas supply unit 500, and a nutrient supply unit 600.

감지부(200)는 세포 배양장치(100)에 수용되는 배지(150)의 온도, 용전 가스 농도, 및 영양분 농도 중 하나 또는 그 이상의 신호를 감지하며, 감지부(200)에 포함되는 감지장치 및 이를 이용한 감지방법은 통상의 방법에 의할 수 있다. 용전 가스 농도는, 예를 들어 용전 산소(dissolved oxygen) 농도, 용전 수소 이온 농 도(pH), 및 용전 이산화 탄소 농도 (pCO2)일 수 있다. 영양분 농도는, 예를 들어 글루타민(glutamine) 또는 글루코스(glucose)와 같은 세포 배양에 필요한 영양분들의 농도를 의미한다.The sensing unit 200 detects one or more signals among the temperature, the dissolved gas concentration, and the nutrient concentration of the medium 150 accommodated in the cell culture apparatus 100, and the sensing device included in the sensing unit 200; The detection method using the same may be a conventional method. The dissolved gas concentration may be, for example, a dissolved oxygen concentration, a dissolved hydrogen ion concentration (pH), and a dissolved carbon dioxide concentration (pCO 2 ). Nutrient concentration refers to the concentration of nutrients required for cell culture, such as, for example, glutamine or glucose.

제어부(300)는 감지부(200)로부터 상기 감지 신호를 전달받아 복수의 제어 신호들을 발생하여 전송하다. 열 재킷(heat jacket, 400)은 세포 배양장치(100)의 외측 일부 또는 전체적으로 부착되며, 상기 복수의 제어 신호에 포함되는 온도 제어 신호에 의하여, 배지(150)를 일정 온도로 유지하도록 열을 공급한다. The control unit 300 receives the detection signal from the detection unit 200 and generates and transmits a plurality of control signals. The heat jacket 400 is attached to a part or the whole of the outside of the cell culture apparatus 100, and supplies heat to maintain the medium 150 at a constant temperature by a temperature control signal included in the plurality of control signals. do.

열 재킷(400)은 통상의 물 재킷(water jacket)으로 구성될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서는, 세포 배양장치(100)는 열 재킷(400)을 포함하지 않을 수도 있다. Thermal jacket 400 may be comprised of a conventional water jacket. In some embodiments of the invention, the cell culture apparatus 100 may not include a heat jacket 400.

가스 공급부(500)는, 상기 복수의 제어 신호에 포함되는 용전 가스 농도 제어 신호에 의하여, 세포 배양장치(100)에 포함된 가스 인입부(130)를 통하여 배지(150)에 직접 공급되는 산소, 질소, 이산화탄소, 공기(air), 또는 이들의 혼합 가스의 농도를 조절하여 공급한다. The gas supply unit 500 may directly supply oxygen to the medium 150 through the gas inlet unit 130 included in the cell culture apparatus 100 by the dissolved gas concentration control signals included in the plurality of control signals. The concentration of nitrogen, carbon dioxide, air, or a mixture thereof is controlled and supplied.

영양분 공급부(600)은 상기 복수의 제어 신호에 포함되는 영양분 농도 제어 신호에 의하여, 상기 세포 배양장치(100)에 포함된 영양분 인입부(132)를 통하여 상기 배지에 공급되는 영양분의 양을 조절하여 공급한다.The nutrient supply unit 600 adjusts the amount of nutrients supplied to the medium through the nutrient inlet 132 included in the cell culture apparatus 100 by the nutrient concentration control signal included in the plurality of control signals. Supply.

또한, 본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 세포 배양 시스템(1000)는 배양 세포 저장부(700)를 더 포함 할 수 있다. 이러한 경우에는 세포 배양장치(100)는 배지(150)를 외부로 배출하는 배지 배출부(140)를 더 포함한다. 배양 세포 저장부(700)는, 세포 배양장치(100)로부터 세포를 포함하는 배지(150)를 배지 배출부(140)를 통하여 배출하여 저장한다. 제어부(300)는 예를 들어 교반 시작 후 일정 시간이 지난 후에 제어 신호를 보내어, 배지(150)를 배지 배출부(140)로부터 배출되게 하고 이를 배양 세포 저장부(700)에 보관하도록 할 수 있다.In addition, in some embodiments of the present invention, the cell culture system 1000 may further include a culture cell storage 700. In this case, the cell culture apparatus 100 further includes a medium discharge unit 140 for discharging the medium 150 to the outside. The culture cell storage unit 700 discharges and stores the medium 150 including the cells from the cell culture apparatus 100 through the medium discharge unit 140. For example, the control unit 300 may send a control signal after a predetermined time after the start of the stirring to allow the medium 150 to be discharged from the medium discharge unit 140 and store it in the culture cell storage unit 700. .

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible within the scope not departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.

도 1은 종래의 세포 배양장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional cell culture apparatus.

도 2는 종래의 다른 세포 배양장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing another conventional cell culture apparatus.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 세포 배양장치를 개략적으로 도시하는 사시도이다.Figure 3 is a perspective view schematically showing a cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 세포 배양장치의 회전부를 개략적으로 도시하는 사시도이다.4 is a perspective view schematically showing a rotating part of the cell culture apparatus of FIG. 3.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 도 4의 회전부의 회전날개를 부분적으로 도시하는 부분 확대 사시도들이다.5A to 5C are partially enlarged perspective views partially illustrating the rotary blades of the rotating part of FIG. 4 in accordance with some embodiments of the present invention.

도 6a 내지 도 6d는 도 3에 도시된 세포 배양장치를 이용하여 배지의 교반 양상을 모의 실험한 결과를 시간에 따라 나타내는 사진들이다.6a to 6d are photographs showing the results of simulation of the agitation pattern of the medium with time using the cell culture apparatus shown in FIG. 3.

도 7는 본 발명의 실시예에 따른 세포 배양 시스템을 도시하는 개략도이다.7 is a schematic diagram illustrating a cell culture system according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100: 세포 배양장치, 110: 배지 수용부, 112: 연결부재, 120: 회전부, 100: cell culture apparatus, 110: medium receiving portion, 112: connecting member, 120: rotating part,

122: 회전축, 123: 지지부재, 124: 회전 몸체, 126, 126a, 126b: 회전 날개, 122: rotating shaft, 123: supporting member, 124: rotating body, 126, 126a, 126b: rotating blade,

128: 교반 임펠러, 129: 관통구멍, 130: 가스 인입부, 132: 영양분 인입부, 128: stirring impeller, 129: through hole, 130: gas inlet, 132: nutrient inlet,

134; 가스 배출부, 140: 배지 배출부, 150: 배지, 200: 감지부, 134; Gas outlet, 140: medium outlet, 150: medium, 200: detector,

300: 제어부, 400: 열 재킷, 500: 가스 공급부, 600: 영양분 공급부, 300: control unit, 400: heat jacket, 500: gas supply unit, 600: nutrient supply unit,

700: 배양세포 저장부, 1000: 세포 배양 시스템700: cell culture storage, 1000: cell culture system

Claims (8)

세포를 배양하기 위한 배지가 수용되는 배지 수용부;A medium containing portion for containing a medium for culturing cells; 상기 배지에 산소, 질소, 이산화탄소, 공기(air), 또는 이들의 혼합 가스를 직접 공급하기 위하여, 상기 배지 수용부에 연결된 하나 또는 그 이상의 가스 인입부;One or more gas inlets connected to the medium receiving portion to directly supply oxygen, nitrogen, carbon dioxide, air, or a mixed gas thereof to the medium; 상기 배지에 영양분을 공급하기 위하여, 상기 배지 수용부에 연결된 하나 또는 그 이상의 영양분 인입부;One or more nutrient inlets connected to the medium receiving unit to supply nutrients to the medium; 상기 배지 수용부의 가스 압력을 조절하기 위하여, 배지 수용부에 연결된 하나 또는 그 이상의 가스 배출부; 및One or more gas outlets connected to the medium receiving part to adjust the gas pressure of the medium receiving part; And 상기 가스 인입부로부터 인입되는 인입 가스의 압력에 의하여 회전구동하여 상기 배지를 교반하기 위하여, 상기 배지 수용부와 회전가능하도록 연결된 회전축, 상기 회전축으로부터 축방향의 수직방향으로 연장된 복수의 지지 부재들, 상기 회전축이 그 내부에 위치하도록 상기 지지 부재들과 연결되는 원기둥 또는 다각기둥의 회전 몸체, 및 상기 회전 몸체의 외측 표면으로부터 연장되어 상기 인입 가스의 압력을 받아 회전하는 복수의 회전날개들을 포함하는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양장치.A rotating shaft rotatably connected to the medium receiving portion, a plurality of supporting members extending in the axial direction perpendicular to the rotating shaft, in order to agitate the medium by rotationally driving by the pressure of the incoming gas drawn from the gas inlet; And a rotating body of a cylinder or polygonal column connected to the supporting members so that the rotating shaft is positioned therein, and a plurality of rotating wings extending from an outer surface of the rotating body to rotate under pressure of the incoming gas. Cell culture apparatus comprising a rotating unit. 제 1 항에 있어서, 상기 지지 부재들은, 상기 회전부의 회전방향에 대하여 수직인 면들을 가지는 교반 임펠러(impeller)들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양장치.The cell culture apparatus of claim 1, wherein the support members further include stirring impellers having surfaces perpendicular to the rotational direction of the rotating part. 제 2 항에 있어서, 상기 교반 임펠러들은 상기 회전부의 회전방향에 대하여 반대방향으로 상기 배지를 통과시키는 하나 또는 그 이상의 원형 또는 다각형의 관통 구멍들을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양장치.3. The cell culture apparatus of claim 2, wherein the stirring impellers include one or more circular or polygonal through holes for passing the medium in a direction opposite to the rotation direction of the rotating part. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배지를 외부로 배출하는 하나 또는 그 이상의 배지 배출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양장치.The cell culture apparatus of claim 1 or 2, further comprising one or more medium discharge parts for discharging the medium to the outside. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배지 수용부 내에 상기 세포의 사멸 영역(dead zone)의 형성을 감소하기 위하여, 상기 배지 수용부의 하측은 회전 몸체에 대응하는 곡선형 또는 다각형의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 세포 배양장치.3. The method according to claim 1 or 2, wherein in order to reduce the formation of dead zones of the cells in the medium receiving portion, the lower side of the medium receiving portion has a curved or polygonal shape corresponding to the rotating body. Cell culture apparatus, characterized in that. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 배지 수용부의 일부 또는 상기 회전부의 일부는 금속, 경질 플라스틱 또는 연질 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양장치.The cell culture apparatus according to claim 1 or 2, wherein a part of the medium receiving part or a part of the rotating part comprises a metal, a hard plastic, or a soft plastic. 제 1 항 또는 제 2 항의 세포 배양장치;The cell culture apparatus of claim 1 or 2; 상기 세포 배양장치에 수용되는 배지의 온도, 용전 가스 농도, 및 영양분 농 도 중 하나 또는 그 이상을 감지하는 감지부;A sensing unit for sensing one or more of temperature, dissolved gas concentration, and nutrient concentration of the medium accommodated in the cell culture apparatus; 상기 감지부로부터 감지 신호를 전달받아 복수의 제어 신호들을 발생하여 전송하는 제어부;A control unit which receives the detection signal from the detection unit and generates and transmits a plurality of control signals; 상기 복수의 제어 신호에 포함되는 온도 제어 신호에 의하여, 상기 배지를 일정 온도로 유지하도록 열을 공급하고, 상기 세포 배양장치의 외측에 부착된 열 재킷(heat jacket);A heat jacket provided with a temperature control signal included in the plurality of control signals to supply heat to maintain the medium at a constant temperature and attached to an outside of the cell culture apparatus; 상기 복수의 제어 신호에 포함되는 용전 가스 농도 제어 신호에 의하여, 상기 세포 배양장치에 포함된 가스 인입부를 통하여 상기 배지에 직접 공급되는 산소, 질소, 이산화탄소, 공기(air), 또는 이들의 혼합 가스의 농도를 조절하여 공급하는 가스 공급부; 및By the dissolved gas concentration control signal included in the plurality of control signals, the oxygen, nitrogen, carbon dioxide, air, or a mixture of these gases directly supplied to the medium through the gas inlet included in the cell culture apparatus A gas supply unit adjusting and supplying a concentration; And 상기 복수의 제어 신호에 포함되는 영양분 농도 제어 신호에 의하여, 상기 세포 배양장치에 포함된 영양분 인입부를 통하여 상기 배지에 공급되는 영양분의 양을 조절하여 공급하는 영양분 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.And a nutrient supply unit for controlling and supplying the amount of nutrients supplied to the medium through the nutrient inlet unit included in the cell culture apparatus by the nutrient concentration control signal included in the plurality of control signals. system. 제 7 항에 있어서, 상기 세포 배양장치는 상기 배지를 외부로 배출하는 하나 또는 그 이상의 배지 배출부를 더 포함하고, The method of claim 7, wherein the cell culture device further comprises one or more medium discharge for discharging the medium to the outside, 상기 세포 배양장치로부터 세포를 포함하는 배지를 상기 배지 배출부를 통하여 배출하여 저장하는 배양 세포 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.The cell culture system further comprises a culture cell storage unit for discharging and storing a medium containing cells from the cell culture apparatus through the medium discharge unit.
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