KR101131303B1 - 세포 배양 장치 및 시스템과 이를 이용한 세포 배양 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 세포 배양 장치는 유입부와 유출부를 갖는 내부공간, 및 박막 구동 제어 유로를 포함하는 웰, 및 상기 박막 구동 제어 유로가 상기 내부공간으로부터 분리되도록 상기 박막 구동 제어 유로와 상기 내부공간 사이에 배치되며, 형상이 탄성적으로 변하면서 상기 내부공간 내에 3차원의 세포 배양 공간을 형성할 수 있는 박막을 포함하여 구성된다.
세포 배양, 박막 탄성체, 군집, 추출

Description

세포 배양 장치 및 시스템과 이를 이용한 세포 배양 방법{DEVICE AND SYSTEM FOR CULTURING CELLS AND METHOD OF CULTURING CELLS USING THE SAME}
본 발명은 세포 배양 장치 및 세포 배양 방법에 관한 것이다.
종래의 세포기반 분석의 경우, 세포가 채널이나 웰의 표면에 붙어 필름을 형성(2D)하고 있으며, 이는 실제 세포의 거동을 보여 주기 어려운 문제점이 있었다.
이에 따라 고정된 채널이나 웰에서 3D 군집세포의 형성 및 배양이 가능한 방법이 고안되고 있으나, 이 방법의 경우 추출이 용이하지 않은 문제점이 발생하였다.
따라서, 세포기반 μTAS(Micro total analysis system)와 신약 스크리닝(Screening) 등에 사용하기 위해서는 더 정확한 세포정보 및 거동을 제공할 수 있는 3D 구조의 세포 구조체의 배양하고, 배양된 세포의 추출이 용이한 세포 배양 장치 및 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 정확한 세포정보 및 거동을 제공할 수 있는 3D 구조의 세포 구조체를 배양하고, 배양된 세포의 추출이 용이한 세포 배양 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명에 따른 세포 배양 장치는, 유입부와 유출부를 갖는 내부공간, 및 박막 구동 제어 유로를 포함하는 웰; 및 상기 박막 구동 제어 유로가 상기 내부공간으로부터 분리되도록 상기 박막 구동 제어 유로와 상기 내부공간 사이에 배치되며, 형상이 탄성적으로 변하면서 상기 내부공간 내에 세포 배양 공간을 형성할 수 있는 박막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 박막 구동 제어 유로는 상기 내부공간을 사이에 두고 배치된 제1 박막 구동 제어 유로와 제2 박막 구동 제어 유로를 포함하고, 상기 박막은 상기 제1 박막 구동 제어 유로와 상기 내부공간 사이에 배치된 제1 박막 및 상기 제2 박막 구동제어 유로와 상기 내부공간 사이에 배치된 제2 박막을 포함하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 박막 구동 제어 유로는 상기 유입부가 형성된 영역이 개방된 형상인 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 웰은 다각형, 원호 또는 이들의 조합으로 이루어진 형상인 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 박막 구동 제어 유로는 다각형, 원형 또는 이들의 조합으로 이루어진 형상인 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 박막은 기체 또는 유체 투과성 재료로 이루어진 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 웰의 일측에 배치되어 상기 세포 배양 공간을 모니터링 하는 모니터링 시스템을 더 포함하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 웰의 일측에 배치되어 상기 세포 배양 공간의 온도를 조절하는 온도 조절 시스템을 더 포함하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 유출부 후단에 배치된 세포 분석 시스템을 더 포함하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 웰의 표면에 세포 고정을 막는 표면처리층 또는 세포 고정을 위한 단백질 표면처리층이 형성된 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 박막의 변형 정도를 조절하거나 상기 내부공간의 유체 경로를 변경하기 위해 상기 내부공간에 배치된 내부 구조물을 더 포함하는 것에 있다.
본 발명에 따른 세포 배양 시스템은, 복수개 웰 또는 복수개의 박막 구동 제어 유로가 메트릭스 형으로 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 복수개 웰 또는 복수개의 박막 구동 제어 유로가 병렬로 연결된 것에 있다.
본 발명에 따른 세포 배양 방법은, (A) 유입부와 유출부를 갖는 내부공간, 및 박막 구동 제어 유로를 포함하는 웰과 상기 박막 구동 제어 유로와 상기 내부공간 사이에 배치된 박막을 포함하는 세포 배양 장치를 제공하는 단계; (B) 상기 박막이 상기 내부공간 내에 세포 배양 공간을 형성하도록 상기 박막을 형상 변형하는 단계; (C) 상기 유입부를 통해 상기 세포 배양 공간 내부에 세포를 유입하는 단계; (D) 상기 세포를 배양하는 단계; 및 (E) 상기 박막을 형상 변형하여 배양된 세포를 상기 유출부를 통해 배출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, (ⅰ) 상기 세포 배양 공간 내부에 삼차원 군집 세포를 형성하는 단계; 및 (ⅱ) 상기 삼차원 군집 세포를 배양하는 단계;를 포함하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 (B) 단계는 상기 박막 구동 제어 유로에 압력을 높이는 방식으로 수행되고, 상기 (E) 단계는 상기 박막 구동 제어 유로에 압력을 낮추는 방식으로 수행되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 박막의 두께 또는 상기 박막 구동 제어 유로의 단면적을 조절하여 상기 박막의 변형량을 조절하는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 박막은 기체 또는 유체 투과성 재료로 구성되어, 상기 박막 구동 제어 유로에 투입된 기체 또는 액체가 상기 세포 배양 공간으로 제공되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 박막 제어 구동 유로에 CO2 가스, O2 가스 또는 이들의 조합을 투입하여 상기 세포 배양 공간의 세포 배양 환경을 조성하는 것에 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 세포 배양 장치에 의하면, 탄성적으로 형상 변형되는 박막을 이용하여 세포 배양 공간을 형성하기 때문에 박막의 변형량을 조절하는 간단한 조작에 의해 세포 배양 공간에서 배양된 세포를 용이하게 추출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 세포 배양 공간을 형성하는 박막은 기체 또는 유체투과성 재질로 이루어지기 때문에 세포 배양 공간 내의 배양환경 조성이 용이하며, 세포의 장시간 배양이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 박막의 변형량 조절로 세포 배양 공간의 부피를 조절하는 것이 가능하 기 때문에 배양된 세포 조직의 크기 조절이 용이한 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 세포 배양 장치 및 시스템과 이를 이용한 세포 배양 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부된 도면의 전체에 걸쳐, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면부호로 지칭되며, 중복되는 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 상부, 하부 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세포 배양 장치의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 세포 배양 장치를 절단선을 따라 절단한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 세포 배양 장치는 내부공간(130)과 박막 구동 제어 유로(150)를 포함하는 웰(100) 및 박막 구동 제어 유로(150)와 내부공간(130) 사이에 배치된 박막(300)을 포함하는 구성이다.
웰(100)은 유입부(131)와 유출부(133)를 갖는 내부공간(130) 및 박막 구동 제어 유로(150)가 마련된 외각 구조물이다. 웰(100)은 단일 몸통으로 이루어진 구조가 될 수 있지만 상부웰(100a)과 하부웰(100b)이 결합된 구조가 될 수도 있다.
이러한 웰(100)은 생체 친화성 재질 이루어지며 이에 제한되는 것은 아니지만 예를 들면, PDMS, PMMA, 생체 친화성 플라스틱, 유리계 소재 등으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 웰(100)의 표면에는 세포(500) 고정을 막는 표면처리층 또 는 세포(500) 고정을 위한 단백질 표면처리층이 형성된다.
웰(100)의 형상은 특별히 제한적이지 않다. 도 1에 도시된 바와 같이, 웰(100)의 형상은 원형이 될 수 있으며 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 다각형이 될 수 있고, 도시되지는 않았지만, 원호 또는 이들의 조합으로 이루어진 형상도 가능하다.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이, 웰(100) 내부에는 후술하는 박막(300)의 변형 정도를 조절하거나 내부공간(130)의 유체 경로를 변경하기 위해 내부공간(130)에 배치된 내부 구조물(120)이 형성될 수 있다. 이러한 내부 구조물(120)의 높이는 박막(300)의 변형 정도를 고려하여 결정되며, 내부공간(130) 내에서의 내부 구조물(120)의 위치는 내부공간(130)으로 유동하는 세포(500) 및 유체의 이동 경로를 고려하여 결정된다.
여기서, 웰(100) 내부에 형성된 내부공간(130)은 추후 서술되는 박막(300)에 의해 세포 배양 공간(135)이 형성되는 영역이며, 웰(100) 외부와 연통하는 유입부(131) 및 유출부(133)와 연결된다. 유입부(131) 및 유출부(133)는 세포(500) 및 세포 배양액 등이 내부공간(130)으로 유입 및 유출할 수 있는 경로를 제공하며, 웰(100)에 형성된 홀 또는 웰(100) 외부로 연장된 중공의 관 형태일 수 있다.
박막 구동 제어 유로(150)는 박막(300)의 형상 변형을 제어하기 위한 구성이며, 세포 배양 공간(135)의 배양 환경 조성을 위한 유체의 유입공간으로도 활용될 수 있다. 박막 구동 제어 유로(150)는 도 1 도시된 바와 같이, 원형일 수 있으며, 또는, 도 5에 도시된 바와 같이, 다각형일 수 있고, 도시되지는 않았지만, 원호 또 는 이들의 조합으로 이루어진 형상이 될 수도 있다. 즉, 박막 구동 제어 유로(150)의 형상은 제한적이지 않으며, 세포 배양 공간(135)을 감싸는 형상이 아니라 유출부(133)를 차단하는 형상으로 구성하는 것도 가능할 것이다. 다만 박막 구동 제어 유로(150)는 유입부(131)가 형성된 영역이 개방된 형상인 것이 바람직하다. 박막 구동 제어 유로(150)의 형상은 추후 서술되는 세포 배양 공간(135)의 형상을 결정하는 요인이 된다.
박막(300)은 형상이 탄성적으로 변하면서 웰(100)의 내부공간(130) 내에 세포 배양 공간(135)을 형성하는 구성이며, 박막 구동 제어 유로(150)가 내부공간(130)으로부터 분리되도록 박막 구동 제어 유로(150)와 내부공간(130) 사이에 배치된다.
박막(300)은 예를 들어, PDMS, 천연 고무 혹은 합성 폴리머 라텍스, 연성 및 경성 고무 또는 플라스틱과 같은 탄성막(elastomeric membrane, deformable membrane)이 될 수 있으며, 바람직하게는 세포 배양 공간(135)의 배양환경 조성을 위해 기체 또는 유체 투과성 재료로 이루어진다.
이러한 박막(300)의 형상 변형 방식은, 특별히 제한적이지 않으며, 유압식, 공압식, 압전구동식, 열구동식, 정전기력 구동식, 또는 전자기력 구동식이 될 수 있다. 본 실시예에서는 공압식을 이용한 박막(300) 변형 방식을 사용한다. 즉, 박막 구동 제어 유로(150)에 기체를 투입하면 박막 구동 제어 유로(150) 내의 내부압력이 증가하게 되며 이에 따라 박막(300)이 탄성적으로 늘어나게 된다. 박막 구동 제어 유로(150)는 유입부(131)를 제외하고는 폐곡선을 이루는 형상이므로 박막(300)이 탄성적으로 늘어나면서 중심부에 부피를 갖는 3차원의 세포 배양 공간(135)이 형성된다. 이 상태에서 박막 구동 제어 유로(150)에 내부 압력을 유지하면 박막(300)이 늘어난 상태로 유지되면서 세포 배양 공간(135)에 수용된 세포(500)가 유출부(133)로 유출되는 것이 차단된다. 이때 박막 구동 제어 유로(150)의 내부 압력을 낮추면 탄성에 의해 박막(300)이 수축하면서 내부공간(130)과 유출부(133) 사이의 차단이 제거된다. 박막(300)의 변형량은 박막(300)의 두께 및 박막 구동 제어 유로(150)의 단면적 및 폭을 조절하여 제어할 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이 박막(300)의 각 부분의 변형량을 다르게 설정하는 것(즉, 도 6에서 좌측과 우측이 다르게 비대칭적으로)도 가능하다.
상술한 실시예에서는 하나의 박막 구동 제어 유로(150)가 웰(100)의 상부에 형성된 것에 대해서 서술하였으나, 웰(100) 내부에는 박막 구동 제어 유로(150)가 하나 이상 포함될 수 있으며, 웰(100)의 하부에도 박막 구동 제어 유로(150)가 형성될 수 있다.
예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 웰(100)은 내부공간(130)을 사이에 두고 배치된 제1 박막 구동 제어 유로(150a)와 제2 박막 구동 제어 유로(150b)를 포함할 수 있다. 이 경우 각각의 박막 구동 제어 유로(150a, 150b)에 대응하는 박막(300a, 300b)이 구비되어야 한다. 즉, 제1 박막 구동 제어 유로(150a)와 내부공간(130) 사이에 배치된 제1 박막(300a) 및 제2 박막 구동 제어 유로(150b)와 내부공간(130) 사이에 배치된 제2 박막(300b)을 포함한다. 이때 웰(100)은 상부 웰(100a), 중간웰(100b) 및 하부웰(100c)로 3분할 구성될 수 있다.
상술한 구성에 더하여, 본 실시예에 따른 세포 배양 장치는, 웰(100)의 일측에 배치되어 세포 배양 공간(135)을 모니터링 하는 모니터링 시스템, 웰(100)의 일측에 배치되어 세포 배양 공간(135)의 온도를 조절하는 온도 조절 시스템, 유입부(131) 전단부에 배치된 파쇄 모듈 또는 유체 분배 모듈, 유출부(133) 후단에 배치되어 세포(500)의 유전자 및 단백질 등을 분석할 수 있는 세포(500) 분석 시스템을 더 포함할 수 있으며, 이들 각각의 구성은 공지의 것을 사용하므로 여기에서는 도시 및 상세한 설명을 생략한다.
도 8 내지 도 9는 복수의 세포 배양 장치를 포함한 세포 배양 시스템을 도시하는 도면이다.
상술한 바와 같은, 세포 배양 장치를 단일 유닛으로 사용하는 것도 가능하지만, 복수의 세포 배양 장치를 연결하여 세포 배양 시스템으로 구성하는 것이 바람직할 수 있다.
도 8은 복수의 세포 배양 장치가 병렬로 연결된 라인이 복수개 배열되며, 모든 세포 배양 장치의 유입구가 단일 세포 공급부(600)에 연결된 형태, 즉, 복수개의 세포 배양 장치가 메트릭스 형으로 연결된 세포 배양 시스템을 도시한다. 이 경우 도시된 바와 같이, 각각의 세포 배양 장치에 형성된 박막 구동 제어 유로(150) 역시 단일 제어부(800)에 연결된 형태가 될 수 있다.
도 9는 복수의 세포 배양 장치가 병렬로 연결된 라인이 복수개 배열되며, 각 라인에 배치된 세포 배양 장치의 유입구가 각 라인에 배치된 세포 공급부(600a, 600b, 600c)에 연결된 형태, 즉, 복수개의 세포 배양 장치가 병렬로 연결된 세포 배양 시스템을 도시한다. 이 경우 도시된 바와 같이, 동일한 라인에 배치된 각각의 세포 배양 장치에 형성된 박막 구동 제어 유로(150) 역시 각 라인에 배치된 제어부(800a, 800b, 800c)에 병렬적으로 연결된 형태가 될 수 있다.
이때, 세포 유입부(131)의 연결 형태와 박막 구동 제어 유로(150)의 연결형태는 상호 독립적인 것이며, 세포 유입부(131)는 매트릭스 형으로 연결되되, 박막 구동 제어 유로(150)는 병렬적으로 연결된 형태 또는 그 반대의 경우인 것도 가능함을 밝혀둔다.
상술한 바와 같은 세포 배양 장치에 따르면, 탄성적으로 형상 변형되는 박막(300)을 이용하여 세포 배양 공간(135)을 형성하기 때문에 박막(300)의 변형량을 조절하는 간단한 조작에 의해 세포 배양 공간(135)에서 배양된 3차원 세포(500)를 용이하게 추출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 세포 배양 공간(135)을 형성하는 박막(300)은 기체 또는 유체투과성 재질로 이루어지기 때문에 세포 배양 공간(135) 내의 배양환경 조성이 용이하며, 세포(500)의 장시간 배양이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 박막(300)의 변형량 조절로 세포 배양 공간(135)의 부피를 조절하는 것이 가능하기 때문에 배양된 세포(500) 조직의 크기 조절이 용이한 장점이 있다.
이하에서는 도 10 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따 른 세포 배양 방법을 상세하게 서술한다.
먼저, 유입부(131)와 유출부(133)를 갖는 내부공간(130), 및 박막 구동 제어 유로(150)를 포함하는 웰(100)과 박막 구동 제어 유로(150)와 내부공간(130) 사이에 배치된 박막(300)을 포함하는 세포 배양 장치를 제공하고, 박막(300)이 내부공간(130) 내에 세포 배양 공간(135)을 형성하도록 박막(300)을 형상 변형하는 단계이다.
세포 배양 장치의 구성은 앞서 서술한 바와 같으며, 본 실시예에서 박막(300)의 형상 변형은 박막 구동 제어 유로(150)에 공압을 높이는 방식으로 수행한다. 이때, 박막(300)의 두께 또는 박막 구동 제어 유로(150)의 단면적을 조절하여 박막(300)의 변형량을 조절할 수 있다.
다음, 도 10에 도시된 바와 같이, 유입부(131)를 통해 세포 배양 공간(135) 내부에 세포(500)를 유입하는 단계이다. 유출부(133)와 세포 배양 공간(135)은 박막(300)에 의해 세포(500) 이동이 차단되므로 유입부(131)로 유입된 세포(500)는 유출부(133)로 유출됨 없이 세포 배양 공간(135) 내에 수용된다.
다음, 도 11에 도시된 바와 같이, 세포(500)를 배양하는 단계이다. 세포 배양 공간(135) 내의 배양 환경을 조성한 상태에서 유입된 세포(500)로 삼차원 군집 세포(500)를 형성한다.
세포 배양에 필요한 배양액은 유입부(131)를 통해 제공되며, 잉여 배양액과 세포(500) 분비물 등이 박막(300)과 웰(100) 사이의 간극을 통해 유출부(133)로 배출된다. 또한, 박막(300)은 기체 또는 유체 투과성 재료로 구성되어, 박막 구동 제 어 유로(150)에 투입된 기체 또는 액체가 세포 배양 공간(135)으로 제공되어 배양환경을 조성한다. 예를 들면, 박막(300) 제어 구동 유로에 CO2 가스, O2 가스 또는 이들의 조합을 투입하여 세포 배양 공간(135)의 pH 및 기체 분압 분포를 조절할 수 있다.
다음, 도 12에 도시된 바와 같이, 박막(300)을 형상 변형하여 배양된 세포(500)를 유출부(133)를 통해 배출하는 단계이다. 박막 구동 제어 유로(150)에 제공되는 압력을 낮추면 박막(300)이 탄성적으로 수축되면서 세포(500)에 대해 차단된 세포 배양 공간(135)과 유출부(133) 사이가 개방되면서 배양된 세포(500)가 배출된다. 유입부(131)와 유출부(133)에 압력차를 주어 세포(500) 배출을 보다 용이하게 유도할 수 있다.
상술한 바와 같은 세포 배양 방법에 따르면, 탄성적으로 변형된 박막(300)에 의해 유출부(133)와 차단되도록 형성된 세포 배양 공간(135)이 박막(300)의 변형을 제거하는 간단한 조작에 의해 유출부(133)와 연결되기 때문에 세포 배양 공간(135)에서 배양된 세포(500)의 추출이 용이하다는 장점이 있다.
또한, 세포 배양 공간(135)을 형성하는 박막(300)을 통해 세포 배양환경을 조절하기 때문에 배양환경 조성이 용이하며, 세포(500)의 장시간 배양이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 박막(300)의 변형량 조절로 세포 배양 공간(135)의 부피를 조절하는 것이 가능하기 때문에 배양된 세포(500) 조직의 크기 조절이 용이한 장점이 있다.
한편 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세포 배양 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 세포 배양 장치를 절단선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 월의 형상이 다각형인 세포 배양 장치의 평면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 웰 내부공간에 배치된 내부 구조물을 더 포함하는 세포 배양 장치의 평면도이다.
도 5는 박막 구동 제어 유로가 다각형인 세포 배양 장치의 평면도이다.
도 6은 박막의 각 부분의 변형량을 다르게 설정한 세포 배양 장치의 단면도이다.
도 7은 제1 박막 구동 제어 유로와 제2 박막 구동 제어 유로를 포함하는 세포 배양 장치의 단면도이다.
도 8 내지 도 9는 복수의 세포 배양 장치를 포함한 세포 배양 시스템을 도시하는 도면이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세포 배양 방법 순서대로 도시하는 도면이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 설명 >
100 웰 120 내부 구조물
130 내부공간 131 유입부
133 유출부 135 세포 배양 공간
150 박막 구동 제어 유로 300 박막
500 세포 600 세포 공급부
800 박막 구동 제어 유로 제어부

Claims (19)

  1. 외부와 연통하는 유입부와 유출부를 갖으며, 상기 유입부 및 유출부와 연결된 내부공간이 형성된 웰;
    상기 유입부가 형성된 영역이 개방된 형상이며, 폐곡선을 이루는 형상으로 웰에 형성된 박막 구동 제어 유로; 및
    상기 박막 구동 제어 유로와 내부공간을 분리할 수 있도록 상기 내부공간과 박막 구동 제어 유로 사이에 배치되며, 상기 박막 구동 제어 유로를 통해 형상이 탄성적으로 변하면서 내부공간 내에 세포 배양 공간을 형성하는 박막;
    을 포함하는 세포 배양 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 박막 구동 제어 유로는 상기 내부공간을 사이에 두고 배치된 제1 박막 구동 제어 유로와 제2 박막 구동 제어 유로를 포함하고,
    상기 박막은 상기 제1 박막 구동 제어 유로와 상기 내부공간 사이에 배치된 제1 박막 및 상기 제2 박막 구동제어 유로와 상기 내부공간 사이에 배치된 제2 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 웰은 다각형, 원호 또는 이들의 조합으로 이루어진 형상인 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 박막 구동 제어 유로는 다각형, 원형 또는 이들의 조합으로 이루어진 형상인 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 박막은 기체 또는 유체 투과성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 웰의 일측에 배치되어 상기 세포 배양 공간을 모니터링 하는 모니터링 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 웰의 일측에 배치되어 상기 세포 배양 공간의 온도를 조절하는 온도 조절 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유출부 후단에 배치된 세포 분석 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 웰의 표면에 세포 고정을 막는 표면처리층 또는 세포 고정을 위한 단백질 표면처리층이 형성된 것을 특징으로 하는 세포 배양 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 박막의 변형 정도를 조절하거나 상기 내부공간의 유체 경로를 변경하기 위해 상기 내부공간에 배치된 내부 구조물을 더 포함하는 세포 배양 장치.
  12. 제1항에 따른 세포 배양 장치를 복수개 포함하고,
    복수개 웰 또는 복수개의 박막 구동 제어 유로가 메트릭스 형으로 연결된 세포 배양 시스템.
  13. 제1항에 따른 세포 배양 장치를 복수개 포함하고,
    복수개 웰 또는 복수개의 박막 구동 제어 유로가 병렬로 연결된 세포 배양 시스템.
  14. (A) 제1항에 따른 세포 배양 장치를 제공하는 단계;
    (B) 상기 박막이 상기 내부공간 내에 세포 배양 공간을 형성하도록 상기 박막을 형상 변형하는 단계;
    (C) 상기 유입부를 통해 상기 세포 배양 공간 내부에 세포를 유입하는 단계;
    (D) 상기 세포를 배양하는 단계; 및
    (E) 상기 박막을 형상 변형하여 배양된 세포를 상기 유출부를 통해 배출하는 단계;
    를 포함하는 세포 배양 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 (D) 단계는,
    (ⅰ) 상기 세포 배양 공간 내부에 삼차원 군집 세포를 형성하는 단계; 및
    (ⅱ) 상기 삼차원 군집 세포를 배양하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 (B) 단계는 상기 박막 구동 제어 유로에 압력을 높이는 방식으로 수행되고, 상기 (E) 단계는 상기 박막 구동 제어 유로에 압력을 낮추는 방식으로 수행 되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 박막의 두께 또는 상기 박막 구동 제어 유로의 단면적을 조절하여 상기 박막의 변형량을 조절하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 박막은 기체 또는 유체 투과성 재료로 구성되어, 상기 박막 구동 제어 유로에 투입된 기체 또는 액체가 상기 세포 배양 공간으로 제공되는 것을 특징으로 하는 세포 배양 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 박막 제어 구동 유로에 CO2 가스, O2 가스 또는 이들의 조합을 투입하여 상기 세포 배양 공간의 세포 배양 환경을 조성하는 것을 특징으로 하는 세포 배양 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022231068A1 (ko) * 2021-04-27 2022-11-03 포항공과대학교 산학협력단 3차원 세포 응집체 배양 장치 및 이를 이용한 3차원 세포 응집체 배양 방법
US11518971B2 (en) 2018-11-27 2022-12-06 Research Triangle Institute Method and apparatus for spatial control of cellular growth

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101554777B1 (ko) * 2013-07-29 2015-09-22 국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단 미세 세포 배양장치
EP3447118A4 (en) * 2016-04-18 2019-12-25 Toyo Seikan Group Holdings, Ltd. CELL CULTURE CONTAINER AND METHOD OF USING SAME
WO2020243035A2 (en) * 2019-05-24 2020-12-03 The Regents Of The University Of Michigan Bioreactor assembly, bioreactor, and method of operating same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030186217A1 (en) * 2000-09-19 2003-10-02 Augustinus Bader Method and device for growing and/or treating cells
US7163825B2 (en) 2001-03-09 2007-01-16 Henkel Kgaa Bio-reactor for tissue cultivated in form of a thin layer and uses thereof

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62131987A (ja) * 1985-12-05 1987-06-15 Takeshi Hoya 複式連結圧送装置
FR2803852B1 (fr) * 2000-01-17 2004-11-05 Farzin Sarem Dispositif de culture cellulaire et tissulaire a circulation de fluide de culture controlee
WO2003014291A1 (en) * 2001-08-06 2003-02-20 Vanderbilt University Device and methods for detecting the response of a plurality of cells to at least one analyte of interest
US6855542B2 (en) * 2001-12-21 2005-02-15 Organogenesis Inc. Chamber with adjustable volume for cell culture and organ assist
JPWO2005049196A1 (ja) * 2003-11-21 2007-12-27 株式会社荏原製作所 液体を用いたマイクロチップ装置
US9023642B2 (en) * 2006-07-07 2015-05-05 The University Of Houston System Method and apparatus for a miniature bioreactor system for long-term cell culture

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030186217A1 (en) * 2000-09-19 2003-10-02 Augustinus Bader Method and device for growing and/or treating cells
US7163825B2 (en) 2001-03-09 2007-01-16 Henkel Kgaa Bio-reactor for tissue cultivated in form of a thin layer and uses thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11518971B2 (en) 2018-11-27 2022-12-06 Research Triangle Institute Method and apparatus for spatial control of cellular growth
WO2022231068A1 (ko) * 2021-04-27 2022-11-03 포항공과대학교 산학협력단 3차원 세포 응집체 배양 장치 및 이를 이용한 3차원 세포 응집체 배양 방법

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