KR101367855B1 - 세포 배양 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세포 배양 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 종류의 세포 사이의 상호작용을 통한 세포 배양이 가능한 세포 배양 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상면과 하면을 구비하며, 상기 상면을 관통하는 복수의 웰(well)이 형성된 웰 플레이트(well plate)와, 상기 웰에 삽입되는 복수의 인서트를 포함하며, 상기 인서트에는 상면과 하면을 관통하는 복수의 세포 수용 홈이 형성되며, 상기 세포 수용 홈의 하부에는 상기 세포 수용 홈에 수용된 세포를 지지하면서, 상기 수용 홈에 수용된 세포와 상기 웰에 수용된 다른 세포가 서로 상호작용할 수 있도록 다수의 관통 홀이 균일하게 형성된 멤브레인이 설치된 세포 배양 장치가 제공된다. 본 발명에 따른 세포 배양 장치는 개선된 멤브레인을 구비하여 세포들 간에 정보가 균일하게 전달될 수 있으며, 이로 인해 세포들이 균일하게 배양될 수 있다는 장점이 있다.

Description

세포 배양 장치{Cell culture apparatus}
본 발명은 세포 배양 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 다른 종류의 세포 사이의 상호작용을 통한 세포 배양이 가능한 세포 공배양(co-culture) 장치에 관한 것이다.
세포와 조직을 배양하는 기술은 기초 또는 응용 생명 과학 연구를 위해서 점점 더 중요해지고 있다. 세포 배양이라 함은 일반적으로 다세포 생물의 개체로부터 조직 편을 분리하고, 조직 편을 용기 내에서 배양 및 증식시키는 것을 의미한다
특정한 세포는 다른 종류의 세포와의 직접적인 상호작용이 세포의 성장, 이동 및 분화에 매우 큰 영향을 미친다. 예를 들어, 암세포의 경우 다른 조직 세포와 함께 있어야 세포의 성장 속도가 빨라진다.
세포 배양시 다른 세포와의 상호작용이 필요함에 따라 마이크로 단위의 관통 홀이 있는 투과성이 있는 멤브레인을 지지수단으로 사용하는 세포 배양 장치가 사용되었다. 종래의 멤브레인은 PET, PC, PTFE 등 투명한 플라스틱으로 제조되며, 관통 홀의 크기는 0.4 내지 8.0㎛ 정도이다.
도 1과 2는 종래의 세포 배양 장치에 사용되는 멤브레인의 전자현미경 사진이다. 도 1과 2에서 알 수 있듯이, 종래의 세포 배양 장치에 사용되는 멤브레인은 관통 홀의 크기, 형태 및 분포가 불균일하며, 개구율이 매우 낮다. 또한, 도 2에서 알 수 있듯이 일부 관통 홀에는 버(burr)가 형성되어 있어, 세포 간의 균일하고, 원활한 상호작용이 어렵다.
따라서 동일한 인서트 안에 포함된 세포라도 관통 홀 위에 배치된 세포는 다른 세포와의 원활한 상호 작용에 의해서 빠르게 성장하고, 관통 홀과 멀리 떨어진 세포는 느리게 성장하는 등 성장속도의 차이가 발생할 수 있다. 이러한 성장속도의 차이는 정확한 세포 연구에 방해가 될 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 개선된 멤브레인을 구비하여 세포들 간에 정보가 균일하게 전달될 수 있는 세포 배양 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 상면과 하면을 구비하며, 상기 상면을 관통하는 복수의 웰(well)이 형성된 웰 플레이트(well plate)와, 상기 웰에 삽입되는 복수의 인서트를 포함하며, 상기 인서트에는 상면과 하면을 관통하는 복수의 세포 수용 홈이 형성되며, 상기 세포 수용 홈의 하부에는 상기 세포 수용 홈에 수용된 세포를 지지하면서, 상기 수용 홈에 수용된 세포와 상기 웰에 수용된 다른 세포가 서로 상호작용할 수 있도록 다수의 관통 홀이 균일하게 형성된 멤브레인이 설치된 세포 배양 장치가 제공된다.
상기 멤브레인은, 도전성 기판에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계와, 전기 도금하여 도전성 기판 위에 멤브레인 층을 형성하는 단계와, 상기 멤브레인 층을 도전성 기판에서 분리하는 단계를 포함하는 공정에 의해서 제조될 수 있다.
또한, 상기 멤브레인은, 박판 위에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계와, 상기 박판을 에칭하는 단계와, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 공정에 의해서 제조될 수 있다.
상기 포토레지스트 멤브레인은, 상기 기판 위에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계와, 상기 포토레지스트를 상기 기판에서 분리하는 단계와, 상기 기판에서 분리된 상기 포토레지스트의 표면을 코팅하는 단계를 포함하는 공정에 의해서 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 세포 배양 장치는 개선된 멤브레인을 구비하여 세포들 간에 정보가 균일하게 전달될 수 있으며, 이로 인해 세포들이 균일하게 배양될 수 있다는 장점이 있다.
도 1과 2는 종래의 세포 배양 장치에 사용되는 멤브레인의 전자현미경 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 일실시예의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 인서트의 일부를 절단한 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 세포 배양 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 세포 배양 장치의 멤브레인의 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 멤브레인의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 멤브레인의 다른 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 멤브레인의 또 다른 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명 일실시예에 대해서 상세히 설명한다.
다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 일실시예의 사시도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 일실시예는 웰플레이트(10)와 다수의 인서트(20)를 포함한다.
웰플레이트(10)는 상면(11)과 하면(12)을 구비하며, 상면(11)을 관통하는 복수의 웰(well, 13)이 형성되어 있다. 웰(13)은 상단이 개방되어 있으며, 원통형 내벽과 바닥면을 갖는다. 웰(13)에는 배양액과 인서트(20)에서 배양되는 제1세포와 상호작용을 하는 다른 세포인 제2세포가 저장된다. 예를 들어, 암세포를 배양하는 경우에 인서트(20)에는 암세포를 투입하고, 웰(13)에는 조직세포를 투입할 수 있다.
웰플레이트(10)는 생체 친화성 재질로 이루어진다. 특별히 제한되는 것은 아니지만 예를 들면, PDMS, PMMA, PET, PC와 같은 투명한 생체 친화성 플라스틱, 유리 등으로 이루어질 수 있다.
웰(13)의 표면에는 용도에 따라서 세포 고정을 막는 표면 처리 층 또는 세포 고정을 위한 단백질 표면 처리 층이 형성된다.
인서트(20)는 웰플레이트(10)의 웰(13)에 삽입된다.
도 4는 도 3에 도시된 인서트의 일부를 절단한 사시도이며, 도 5는 도 3에 도시된 세포 배양 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 4와 5를 참고하면, 인서트(20)에는 인서트(20)의 상면과 하면을 관통하는 4개의 세포 수용 홈(21)이 형성되어 있다. 다수의 세포 수용 홈(21)이 하나의 인서트(20)에 형성되어 있으므로, 동일한 배양 조건에서 성장한 세포 샘플을 한 번에 여러 개 얻을 수 있다는 장점이 있다. 세포 수용 홈(21)에는 배양되는 제1세포(A)가 저장된다. 제1세포(A)는 개체로부터 분리된 조직 덩어리를 메스를 이용하여 자른 후 약품 처리를 하고 선별하여 준비한다.
인서트(20)의 상단의 가장자리에는 환형의 돌출부(22)가 형성되어 있다. 돌출부는 웰플레이트(10)의 상면에 걸린다. 따라서 인서트(20)는 인서트(20)의 하단과 웰(13)의 바닥면이 일정한 거리를 유지한 상태로 웰(13)에 삽입된다. 인서트(20)의 하단과 웰(13)의 바닥면 사이의 공간에는 제2세포(B)가 저장된다.
인서트(20)는 웰플레이트(10)와 마찬가지로 투명한 생체 친화성 재질로 이루어진다.
인서트(20)의 하단에는 인서트(20)에 수용된 제1세포(A)를 지지하면서, 웰(13)에 수용된 제2세포(B)와 상호작용이 가능하도록 다수의 관통 홀(31)이 균일하게 형성된 멤브레인(30)이 부착된다.
멤브레인(30)은 제1세포(A)와 제2세포(B)는 통과할 수 없으나, 배양액은 통과할 수 있는 미세한 관통 홀(31)이 형성된 얇은 막이다.
종래의 세포 배양 장치와 구별되는 본 발명의 가장 큰 특징은 도 6에 도시된 바와 같이, 관통 홀(31)의 크기, 형태 및 분포가 균일하며, 개구율이 매우 높은 멤브레인(30)을 사용한다는 점이다. 상술한 바와 같이 종래의 멤브레인은 관통 홀의 크기, 형태 및 분포가 불균일하며, 개구율이 낮고, 관통 홀에 버가 발생하는 등의 문제가 있어, 세포 간의 균일한 상호 작용이 어렵다는 문제가 있었다.
본 발명에 있어서, 멤브레인(30)은 도 6에 도시된 바와 같이 허니컴 구조인 것이 바람직하다. 안정적인 구조이며, 개구율도 높기 때문이다.
이와 같은 멤브레인(30)을 제조하는 방법은 다음과 같다. 우선, 도 7을 참고하여 에칭 방법으로 멤브레인을 제조하는 방법을 설명한다.
도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 박판(1)을 세척하여 유기물 등 오염물질을 제거한 후 위에 포토레지스트(2)를 도포한다. 다음, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 사진식각 공정을 이용하여, 포토레지스트(2)를 패터닝한다. 패터닝이 완료된 포토레지스트(2)는 제조하고자 하는 멤브레인과 마찬가지로, 다수의 관통 홀이 균일하게 분포된 형태가 된다. 다음, 도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 전기화학적 에칭 공정을 통해서 박판(1)을 에칭한다. 마지막으로, 포토레지스트(2)를 제거하면, 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 멤브레인(30)을 얻을 수 있다.
다음으로, 도 8을 참고하여, 전주 방법에 의해서 금속 재질의 멤브레인을 제조하는 방법을 설명한다. 금속 기판 또는 실리콘 기판의 표면에 금속 막을 전자빔 방식이나 스퍼터링 방식으로 형성하여, 전도성이 있는 기판(3)을 준비한다. 다음, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(3)의 표면을 세척한 후 포토레지스트(4)를 도포한다. 다음, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 사진식각 공정을 이용하여, 포토레지스트(4)를 패터닝한다. 패터닝이 완료된 포토레지스트(4)는 제조하고자 하는 멤브레인과 반대로 관통 홀 부분만 남아있는 형태가 된다. 다음, 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 도금을 통해서 전도성이 있는 기판(3)의 표면에 금속 패턴(5)을 형성한다. 마지막으로, 이 금속 패턴(5)을 기판(3)과 패터닝된 포토레지스트(4)로부터 분리하면, 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이, 금속 재질의 멤브레인(30)을 얻을 수 있다.
다음, 도 9를 참고하여, 포토레지스트를 이용하여 멤브레인을 제조하는 방법을 설명한다. 우선, 기판(6)을 아세톤(acetone)이나 이소프로필 알코올(IPA)로 세척한 후 기판(6)의 표면에 고분자 화합물을 중합 처리하여 코팅한다. 포토레지스트가 기판(6)에서 쉽게 분리되도록 하기 위함이다. 다음, 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(6)의 표면에 포토레지스트(7)를 스핀코팅을 이용하여 도포하고, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 사진식각 공정을 통해서, 포토레지스트(7)를 패터닝하여 멤브레인 형태로 만든다. 다음으로, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(7)를 기판(6)으로부터 분리한다. 기판(6)의 표면에 소수성 처리를 하였기 때문에 포토레지스트(7)를 기판(6)으로부터 용이하게 분리할 수 있다. 마지막으로, 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(7)에 코팅(8)을 한다. 포토레지스트(7) 자체는 생체 친화성 재질이 아니며, 빛에 의해서 물질의 성질이 변화할 수 있으며, 부식될 수 있는 불안정한 물질이므로 안정성이 뛰어난 코팅층이 필요하다. 이러한 코팅층으로는 패럴린 코팅(parylene coating)층을 사용할 수 있다. 패럴린은 절연성, 방수성, 내식성 및 내화학성이 우수하다. 패럴린 다이머를 증발기를 이용하여 150℃ 정도에서 가열한 후 증발된 다이머를 700℃정도의 열분해기를 통해서 단량체로 변환시킨 후 단량체를 진공 챔버내에서 포토레지스트(7)의 표면에 코팅한다.
포토레지스트(7)를 이용한 멤브레인(30)은 금속 재질의 멤브레인과 달리 투명하기 때문에 현미경을 이용해서 세포를 관찰하기 용이하다는 장점이 있다.
또한, 도시하지 않았으나, 본 발명에 따른 세포 배양 장치의 일실시예는 웰플레이트(10)와 인서트(20)의 오염을 방지하기 위한 뚜껑을 더 포함할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
예를 들어, 복수의 인서트(20)가 개별적으로 웰플레이트(10)에 삽입되는 것으로 설명하였으나, 복수의 인서트들이 일체로 연결되어 한꺼번에 웰플레이트(10)에 삽입될 수도 있다.
또한, 웰플레이트(10)와 인서트(20) 사이에 다수의 관통 구멍이 형성된 홀더를 배치하고, 홀더를 이용하여 복수의 인서트(20)를 한꺼번에 웰플레이트(10)에서 분리하거나 웰플레이트(10)에 삽입할 수도 있다.
10: 웰플레이트 13: 웰
20: 인서트 21: 세포 수용 홈
30: 멤브레인 31: 관통 홀

Claims (6)

  1. 상면과 하면을 구비하며, 상기 상면을 관통하는 복수의 웰(well)이 형성된 웰 플레이트(well plate)와,
    상기 웰에 삽입되는 복수의 인서트를 포함하며,
    상기 인서트에는 상면과 하면을 관통하는 복수의 세포 수용 홈이 형성되며, 상기 세포 수용 홈의 하부에는 상기 세포 수용 홈에 수용된 세포를 지지하면서, 상기 세포 수용 홈에 수용된 세포와 상기 웰에 수용된 다른 세포가 서로 상호작용할 수 있도록 다수의 관통 홀이 균일하게 형성된 멤브레인이 설치되며,
    상기 멤브레인은 표면에 코팅층이 형성된 패터닝된 포토레지스트인 세포 배양 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 패럴린 코팅층인 세포 배양 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인은,
    기판 위에 포토레지스트를 도포하는 단계와,
    상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계와,
    상기 포토레지스트를 상기 기판에서 분리하는 단계와,
    상기 기판에서 분리된 상기 포토레지스트의 표면을 코팅하는 단계를 포함하는 공정에 의해서 제조되는 세포 배양 장치.
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