KR101075032B1 - 세포 배양기 및 이를 포함하는 세포 배양장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세포 배양장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 세포 배양장치는 다수의 세포 배양기를 구비하며, 상기 세포 배양기는 상기 세포 배양기를 세포가 배양되는 배양공간을 형성하며, 상기 배양공간에 배양액을 수용하고, 상기 배양액의 상부에 공기층을 형성하는 세포 배양구, 상기 세포 배양구에 연결되어 폐 배양액을 상기 통합 배수 유로로 방출하는 배수 유로, 상기 세포 배양구에 새로운 배양액을 공급하는 개방형 배양액 저장소, 및 상기 세포 배양구 및 상기 개방형 배양액 저장소에 사이에 배치되며, 상기 폐 배양액의 방출에 따라 형성되는 상기 공기층의 음압에 의하여 상기 개방형 배양액 저장소로부터 상기 세포 배양구로 배양액을 공급하는 액적 생성기를 포함한다.

Description

세포 배양기 및 이를 포함하는 세포 배양장치{Cell cultivation device and cell cultivation apparatus comprising the same}
본 발명은 세포 배양기 및 이를 포함하는 세포 배양장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 증식률 및 활성도를 일정하게 유지할 수 있는 세포 배양기 및 이를 포함하는 세포 배양장치에 관한 것이다.
세포 배양이라 함은 일반적으로 다세포 생물의 개체로부터 무균적으로 조직편을 떼내고, 용기 내에서 배양 및 증식시키는 것을 의미한다.
세포 배양법에 따라 1개의 세포로부터 세포 집단의 배양, 작은 기관의 배양, 식물 조직의 배양도 가능하게 되었다.
세포의 배양은 세포 신진대사의 부가적인 부산물의 회수, 바이러스 백신의 제조, 인공기관을 만들기 위한 의도적인 세포의 배양, 동물 세포의 유전자 조작에 의한 의약품 생산 또는 식물의 세포 융합에 의한 육종 등의 공업화 등의 다양한 목적을 위하여 행하여진다.
식물 세포는 광합성을 하기 때문에 생존 능력이 높아 배양이 쉽다. 그러나, 일반적으로 동물 세포의 배양은 아미노산, 당류, 무기 염류, 비타민 등의 영양분을 함유한 배양지가 필요하다. 효과적인 동물 세포의 배양을 위해서, 하이브리도마(hybridomas) 또는 배아줄기세포(embryonic stem cell) 등의 각각의 세포의 특성에 따른 다양한 배양법이 개발되고 있다.
그러나 섬유아세포(fibroblastoid)나 상피세포(epithelial-like cell)와 같은 부착성 세포의 대량 배양에 있어서는 아직까지 완벽한 방법이 개발되지 않았고, 배양수율이 낮으며, 장시간 배양에 어려운 점이 있다.
세포 배양을 위해서는 세포가 배양될 수 있는 일정한 공간과 세포에 영양분을 공급하는 배양액이 필요하다. 특히 배양액과 각종 가스들은 배양 공간에 주입되어 세포 배양에 사용된 후 세포 조직을 신선한 상태로 유지하기 위해서 적절한 주기로 교환되어야 한다. 따라서 세포 배양 장치에는 계속적인 배양액 및 각종 가스의 공급과 배출과정을 원할하게 수행할 수 있는 구성이 필요하다.
배양액의 교환을 위해서, 피펫을 이용하여 배양액을 흡입하여 배양 공간에 주입하고 배출하는 방식이 있는데, 이러한 방식은 세포의 유실 위험이 크고, 배양액의 원할한 교환이 이루어지기 어려워 비효율적이다.
본 발명의 목적은 증식률 및 활성도를 일정하게 유지할 수 있는 세포 배양기 및 이를 포함하는 세포 배양장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시형태는 세포가 배양되는 배양공간을 형성하며, 상기 배양공간에 배양액을 수용하고, 상기 배양액의 상부에 공기층을 형성하는 세포 배양구; 상기 세포 배양구에 연결되어 폐 배양액을 방출하는 배수 유로; 상기 세포 배양구에 새로운 배양액을 공급하는 개방형 배양액 저장소; 및 상기 세포 배양구 및 상기 개방형 배양액 저장소에 사이에 배치되며, 상기 폐 배양액의 방출에 따라 형성되는 상기 공기층의 음압에 의하여 상기 개방형 배양액 저장소로부터 상기 세포 배양구로 배양액을 공급하는 액적 생성기;를 포함하는 세포 배양기를 제공한다.
상기 세포 배양구는 세포가 삼차원으로 뭉쳐서 증식될 수 있는 홈부가 구비될 수 있다.
상기 배수 유로는 상기 세포 배양구의 둘레를 따라 형성된 측부 유로 및 상기 측부 유로와 연결되는 직선 유로를 구비할 수 있다.
상기 배수 유로는 하나 이상 형성될 수 있다.
상기 배수 유로에는 상기 배수 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브가 구비될 수 있다.
상기 개방형 배양액 저장소는 기울어진 벽면을 가질 수 있다.
상기 액적 생성기는 상기 개방형 배양액 저장소로부터 상기 세포 배양구로 배양액을 액적 형태로 공급하는 하나 이상의 액적 토출부가 구비될 수 있다.
상기 액적 생성기는 다공성 박막으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 다수 개의 세포 배양기; 및 상기 각 세포 배양기를 연결하는 통합 배수 유로;를 포함하고,
상기 세포 배양기는 상기 세포 배양기를 세포가 배양되는 배양공간을 형성하며, 상기 배양공간에 배양액을 수용하고, 상기 배양액의 상부에 공기층을 형성하는 세포 배양구, 상기 세포 배양구에 연결되어 폐 배양액을 상기 통합 배수 유로로 방출하는 배수 유로, 상기 세포 배양구에 새로운 배양액을 공급하는 개방형 배양액 저장소, 및 상기 세포 배양구 및 상기 개방형 배양액 저장소에 사이에 배치되며, 상기 폐 배양액의 방출에 따라 형성되는 상기 공기층의 음압에 의하여 상기 개방형 배양액 저장소로부터 상기 세포 배양구로 배양액을 공급하는 액적 생성기가 구비된 세포 배양 장치를 제공한다.
상기 통합 배수 유로는 각 배수 유로의 유량을 조절하기 위한 저항체가 구비될 수 있다.
본 발명에 따르면 배양액은 개방형 저장소에 저장되고, 액적 생성기를 통하여 세포 배양구로 배양액을 공급한다. 이에 따라, 다양한 시료를 쉽게 공급할 수 있고, 확산에 의한 배양액 또는 시료의 오염이 없는 장점이 있다.
또한, 배수 유로를 통하여 폐 배양액을 흘려 보내어 세포 자체로부터 생산되는 노폐물을 제거할 수 있어 배양액 내에 세포로부터 생성되는 부산물의 농도를 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 인체 내의 환경과 유사한 조건에서 세포를 증식 시킬 수 있다. 이는 체외진단, 약물 또는 화장품 원료에 대한 독성 검사 시에 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양기를 나타내는 개략적인 측단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'을 따라 취한 세포 배양기를 나타내는 개략적인 수직단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 배양기를 나타내는 개략적인 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양 장치를 나타내는 개략적인 상부평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 다만, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양기를 나타내는 개략적인 측단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'을 따라 취한 세포 배양기를 나타내는 개략적인 수직단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양기는 세포 배양구(10), 배수 유로(20), 개방형 배양액 저장소(30), 및 액적 생성기(40)를 포함한다.
세포 배양구(10)는 세포가 배양되는 배양 공간을 형성하며, 상기 배양 공간에는 배양액(C1)이 수용된다.
세포 배양구(10)의 배양 공간에는 배양액(C1)이 수용되고, 상기 배양액(C1)은 배양 공간 전체에 수용되지 않는다. 이에 따라 상기 배양액의 상부에는 공기층(A)이 형성된다.
상기 세포 배양구(10)는 배양 공간을 형성할 수 있는 구조이면 특별히 제한되지 않고, 다양한 형상을 가질 수 있으며, 예를 들면 원기둥형, 각 기둥형일 수 있다.
상기 세포 배양구는 하부에 홈부(11)가 구비될 수 있다. 상기 홈부(11)에는 세포가 삼차원으로 뭉쳐서 증식할 수 있다.
상기 세포 배양구(10)에는 수용되는 배양액이 방출되는 배수 유로(20)가 연결되어 있다. 상기 배수 유로를 통하여 세포의 증식 및 활서에 사용된 폐 배양약이 방출된다. 상기 배수 유로는 하나 이상 형성될 수 있다. 또한, 배수 유로의 길이 및 단면적을 조절하여 방출되는 배양액의 유량을 조절할 수 있다.
상기 배수 유로(20)는 세포 배양구의 둘레를 따라 형성된 측부 유로(21)와 상기 측부 유로와 연결되는 직선 유로(22)를 구비할 수 있다. 상기 세포 배양구에 수용된 폐 배양액은 측부 유로를 따라 균일한 유량으로 방출될 수 있다. 배양액의 흐름은 세포의 증식 및 활성에 영향을 주어 균일한 유량을 갖는 것이 중요하다.
또한, 배수 유로(20)에는 상기 배수 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 개방형 배양액 저장소(30)는 세포 배양구(10)에 새로운 배양액(C)을 공급한다. 상기 개방형 배양액 저장소는 일부가 외부를 향하여 개방되어 있다.
액적 생성기(40)는 상기 세포 배양구(10) 및 상기 개방형 배양액 저장소(30)에 사이에 배치되는 것으로, 상기 폐 배양액의 방출에 따라 개방형 배양액 저장소로부터 상기 세포 배양구로 새로운 배양액을 공급한다.
구체적으로 배수 유로(20)를 통해 폐 배양액이 빠져 나가면 세포 배양구의 공기층(A)이 넓어지면서 음압이 생성되고, 이로 인해 개방형 배양액 저장소(30) 내의 새로운 배양액이 액적생성기(40)의 액적 토출구(41)를 통해 액적형태로 세포 배양구(10)에 공급된다. 상기 액적 생성기(40)는 다공성 박막으로 형성될 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 개방형 저장소에 의하여 세포 배양구에서 나간 배양액 만큼 새로운 배양액을 공급한다. 이에 따라 세포배양 환경을 영양분이 많고 노폐물이 적은 환경으로 항상 유지한다.
기존 세포 배양방법은 정지된 배양액에서 세포를 배양하고, 폐쇄형 저장소와 연결된 관 또는 유로를 통해 배양액을 세포 배양 구역으로 공급였다.
이는 세포 배양 구역과 관 또는 유로가 직접 연결되어 있어 확산에 의해 배양액 또는 시료가 오염될 수 있었다.
그러나, 본 실시형태에서는 배양액은 개방형 저장소에 저장되고, 액적 생성기를 통하여 세포 배양구로 배양액을 공급한다. 이에 따라, 다양한 시료를 쉽게 공급할 수 있고, 확산에 의한 배양액 또는 시료의 오염이 없는 장점이 있다.
또한, 배수 유로를 통하여 폐 배양액을 흘려 보내어 세포 자체로부터 생산되는 노폐물을 제거할 수 있어 배양액 내에 세포로부터 생성되는 부산물의 농도를 일정하게 유지할 수 있다. 이에 따라, 인체 내의 환경과 유사한 조건에서 세포를 증식 시킬 수 있다. 이는 체외진단, 약물 또는 화장품 원료에 대한 독성 검사 시에 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 배양기를 나타내는 개략적인 측단면도이다.
상술한 실시예와 동일한 부호는 같은 구성을 나타내는 것으로, 다른 구성요소를 중심으로 설명한다.
본 실시형태에 다른 세포 배양기는 세포 배양구(10), 배수 유로(20), 개방형 배양액 저장소(30), 및 액적 생성기(40)를 포함한다.
상기 개방형 배양액 저장소(31)는 기울어진 벽면(31)을 가질 수 있다. 상기 벽면(31)은 상기 세포 배양구보다 외부를 향하여 보다 좁은 각도로 형성될 수 있다. 이에 따라 개방형 배양액 저장소에 새로운 배양액을 주입하는 과정에서 배양액이 튀거나 증발하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 세포 배양구(10) 및 상기 개방형 배양액 저장소(30)에 사이에 배치되는 액적 생성기(40)는 하나 이상의 액적 토출구(41)를 구비할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양 장치를 나타내는 개략적인 상부평면도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시형태에 따른 세포 배양장치는 다수 개의 세포 배양기(110); 및 상기 각 세포 배양기를 연결하는 통합 배수 유로(120);를 포함한다.
상기 다수 개의 세포 배양기는 기판(100)상에 형성될 수 있다.
상기 세포 배양기는 상술한 바와 같이 세포 배양구(10), 배수 유로(20), 개방형 배양액 저장소(30), 및 액적 생성기(40)를 포함한다.
상기 배수 유로는 상기 통합 배수 유로(120)로 통합되어 있다.
상기 통합 배수 유로(120)는 각 배수 유로의 유량을 조절하기 위한 저항체가 구비될 수 있다. 상기 저항체의 저항값을 조절하여 각 세포 배양기로부터 방출되는 배양액의 유량을 일정하게 유지할 수 있다.
이에 따라 각 세포 배양기의 배양환경을 동일하게 유지하거나 설계된 조건에 따라 세포 배양기 마다 세포 배양 환경을 형성할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 세포 배양구 20: 배수 유로
30: 개방형 배양액 저장소 40: 액적 생성기
110: 세포 배양기 120: 통합 배수 유로

Claims (10)

  1. 세포가 배양되는 배양공간을 형성하며, 상기 배양공간에 배양액을 수용하고, 상기 배양액의 상부에 공기층을 형성하는 세포 배양구;
    상기 세포 배양구에 연결되어 폐 배양액을 방출하는 배수 유로;
    상기 세포 배양구에 새로운 배양액을 공급하는 개방형 배양액 저장소; 및
    상기 세포 배양구 및 상기 개방형 배양액 저장소에 사이에 배치되며, 상기 폐 배양액의 방출에 따라 형성되는 상기 공기층의 음압에 의하여 상기 개방형 배양액 저장소로부터 상기 세포 배양구로 배양액을 공급하는 액적 생성기;
    를 포함하는 세포 배양기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세포 배양구는 세포가 삼차원으로 뭉쳐서 증식될 수 있는 홈부가 구비된 것을 특징으로 하는 세포 배양기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배수 유로는 상기 세포 배양구의 둘레를 따라 형성된 측부 유로 및 상기 측부 유로와 연결되는 직선 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 세포 배양기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배수 유로는 하나 이상 형성된 것을 특징으로 하는 세포 배양기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배수 유로에는 상기 배수 유로를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 세포 배양기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 개방형 배양액 저장소는 기울어진 벽면을 갖는 것을 특징으로 하는 세포 배양기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 액적 생성기는 상기 개방형 배양액 저장소로부터 상기 세포 배양구로 배양액을 액적 형태로 공급하는 하나 이상의 액적 토출부가 구비된 것을 특징으로 하는 세포 배양기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액적 생성기는 다공성 박막으로 형성된 것을 특징으로 하는 세포 배양기.
  9. 다수 개의 세포 배양기; 및
    상기 각 세포 배양기를 연결하는 통합 배수 유로;를 포함하고,
    상기 세포 배양기는
    상기 세포 배양기를 세포가 배양되는 배양공간을 형성하며, 상기 배양공간에 배양액을 수용하고, 상기 배양액의 상부에 공기층을 형성하는 세포 배양구,
    상기 세포 배양구에 연결되어 폐 배양액을 상기 통합 배수 유로로 방출하는 배수 유로,
    상기 세포 배양구에 새로운 배양액을 공급하는 개방형 배양액 저장소, 및
    상기 세포 배양구 및 상기 개방형 배양액 저장소에 사이에 배치되며, 상기 폐 배양액의 방출에 따라 형성되는 상기 공기층의 음압에 의하여 상기 개방형 배양액 저장소로부터 상기 세포 배양구로 배양액을 공급하는 액적 생성기가 구비된 세포 배양 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 통합 배수 유로는 각 배수 유로의 유량을 조절하기 위한 저항체가 구비된 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
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