KR101395205B1 - 단일세포 배양을 위한 미소 세포 배양장치 및 이를 이용한 세포 배양방법 - Google Patents

단일세포 배양을 위한 미소 세포 배양장치 및 이를 이용한 세포 배양방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일세포의 효과적인 배양을 위한 미소 세포 배양장치와 이를 바람직하게 이용하여 미소 세포를 배양하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 미소 세포 배양장치는, 표면에 다수 개의 배양챔버가 직경 0.5~5mm와 깊이 0.1~1mm의 홈 형태로 배열된 배양챔버 어레이 기판; 0.1μm~1μm의 공극을 가지는 박막으로 상기 배양챔버 어레이 기판의 표면을 덮어 배양챔버를 밀폐시키는 다공성 박막;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 미소 세포 배양방법은, 채취한 시료를 버퍼용액에 현탁하여 시료현탁액을 준비하는 제1단계; 시료현탁액을 배양챔버 어레이 기판의 배양챔버 내부에 채우는 제2단계; 배양챔버 어레이 기판의 표면을 다공성 박막으로 덮어 배양챔버를 밀폐시키는 제3단계; 다공성 박막으로 덮인 배양챔버 어레이 기판을 영양액에 담가 배양하는 제4단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

단일세포 배양을 위한 미소 세포 배양장치 및 이를 이용한 세포 배양방법{MICRO CULTURE DISH, AND METHOD FOR CELL CULTURE USING THE SAME}
본 발명은 단일세포의 효과적인 배양을 위한 미소 세포 배양장치와 이를 바람직하게 이용하여 미소 세포를 배양하는 방법에 관한 것이다.
미생물은 음식물을 변질, 부패시키고 사람을 비롯한 동·식물에 질병을 일으키는 원인이 되기도 하지만, 된장, 맥주, 치즈, 야쿠르트 등 식품산업과 항생제 항암제와 같은 의학 소재, 환경산업의 고부가가치의 화학소재, 메탄, 수소, 전기 등의 에너지 소재로도 활용되고 있다. 미생물을 이용하면 인간에 유용한 신소재를 개발할 수 있고 산업적으로도 생산량을 향상시킬 수도 있다. 유용한 미생물을 얻기 위해서는 자연으로부터 미생물을 분리하여 키워야 한다.
한편 미생물의 분리 동정에는 패트리 디쉬(Petri dish)나 미소 액적 기반의 분리 배양방법이 있다. 그러나 전통적으로 이용되어 온 패트리 디쉬 기반의 배양방법은 알려진 미생물들 중 1% 미만만이 배양 가능한 것으로 보고되며, 또한 노동 집약적이고 비경제적이어서 실험 방식의 개선이 요구된다. 한편 미소 액적 기반의 배양방법은 미생물이 분산된 용액을 이용해 액적을 생성하고 이 과정에서 미생물을 순수 분리 동정하는 방법인데, 미생물이 포획된 액적을 따로 분류해내는데 어려움이 있어 개선이 요구된다. 그 외에 96 웰 플레이트를 이용한 수작업 실험이 있으나 배양 효율이 좋지 않다.
아울러 세포 배양 장치에 관한 선행 특허발명으로 "세포배양장치(공개번호 제10-1990-0003359호, 공개일자:1990년 3월 26일)가 있다.
본 발명은 종래 미생물 분리 배양방법의 문제를 개선하고자 개발된 것으로서, 단일 미생물을 간단하면서도 효율적으로 배양할 수 있고 또한 미생물의 채취 환경을 그대로 재현하면서 배양할 수 있는 새로운 미소 세포 배양장치와 이를 바람직하게 이용한 미소 세포 배양방법을 제공하는데 기술적 과제가 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 표면에 다수 개의 배양챔버가 직경 0.5~5mm와 깊이 0.1~1mm의 홈 형태로 배열된 배양챔버 어레이 기판; 0.1μm~1μm의 공극을 가지는 박막으로, 상기 배양챔버 어레이 기판의 표면을 덮어 배양챔버를 밀폐시키는 다공성 박막;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 미소 세포 배양장치를 제공한다. 여기서 배양챔버 어레이 기판은 고분자, 세라믹, 금속 중 하나에 의해 투명하게 제작될 수 있고, 다공성 박막은 셀룰로오스, 테플론, AAO(Anodized Aluminum Oxide) 거름막 중 하나에 의해 제공될 수 있다.
또한 본 발명은 상기와 같은 미소 세포 배양장치를 이용하여 세포를 배양하는 방법으로서, 채취한 시료를 버퍼용액에 현탁하여 시료현탁액을 준비하는 제1단계; 시료현탁액을 배양챔버 어레이 기판의 배양챔버 내부에 채우는 제2단계; 배양챔버 어레이 기판의 표면을 다공성 박막으로 덮어 배양챔버를 밀폐시키는 제3단계; 다공성 박막으로 덮인 배양챔버 어레이 기판을 영양액에 담가 배양하는 제4단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미소 세포 배양방법을 제공한다. 여기서 제1단계는 시료현탁액에 아가(Agar)와 같은 지지체를 혼합하면서 실시할 수 있고, 제2단계는 시료현탁액을 배양챔버 어레이 기판 표면에 뿌린 다음에 편편한 플레이트로 배양챔버 어레이 기판 표면을 닦으면서 실시할 수 있으며, 제4단계는 시료현탁액 준비에 이용된 시료와 동일한 시료를 채취하여 영양액으로 이용하면서 실시할 수 있다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 단일 세포 배양을 위한 배양장치를 배양챔버 어레이 기판과 다공성 박막의 구성으로 간단하게 마련할 수 있다. 특히 다공성 박막으로 배양챔버 내부의 배양세포 이탈은 차단하면서 배양챔버 내·외부의 물질교환은 유도할 수 있기 때문에, 배양세포의 채취 환경을 그대로 재현하면서 배양할 수 있다.
둘째, 대부분의 미생물이 실험실 환경에서 배양이 불가능한데, 본 발명은 미생물 배양 환경을 재현할 수 있기 때문에 기존 방식으로는 배양할 수 없었던 미생물들을 효과적으로 배양할 수 있으며, 나아가 미생물 종에 대한 자세한 정보를 얻을 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 미소 세포 배양장치를 투명 소재로 제작한다면 배양과정을 광학적으로 확인할 수 있기 때문에, 미생물의 배양과정을 환경변화 없이 지속적으로 관찰할 수 있다.
넷째. 본 발명은 세포 배양, 특히 미생물을 순수 배양하는 분야에 널리 활용할 수 있으며, 이에 따라 생태학, 의학, 신약 개발, 생물 기반 기능성 신물질 발견 연구 분야 등에 유리하게 활용 가능할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 미소 세포 배양장치에 대한 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미소 세포 배양장치에 대한 실시예이다.
도 3은 본 발명에 따른 미소 세포 배양장치를 이용한 세포 배양방법에 대한 개요도이다.
이하 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 미소 세포 배양장치에 대한 개요도이다. 보는 바와 같이 본 발명은 홈 형태의 배양챔버(11) 다수개가 표면에 배열되어 있는 배양챔버 어레이 기판(10)과 이를 덮을 수 있는 다공성 박막(20)으로 구성된다.
배양챔버 어레이 기판(10)에서 배양챔버(11)는 직경 0.5~5mm와 깊이 0.1~1mm의 홈 형태로 형성되는데, 이러한 배양챔버(11)의 크기는 단일 세포 배양을 고려한 결과이다. 다시 말해 일반 동물세포는 10μm, 미생물은 1μm 정도의 크기를 가지는데 이러한 크기의 세포를 단독 배양하기 위한 배양공간으로 직경 0.5~5mm와 깊이 0.1~1mm가 적당하다. 도 1에서는 원통형 홈 형태의 배양챔버(11)가 도시되어 있으나, 이러한 크기에 상응하는 다양한 형태의 홈으로 형성될 수 있음은 물론이다.
배양챔버 어레이 기판(10)은 그 크기에 특별히 제한이 없으나 사용의 용이성을 고려하면 직경 100mm, 두께 10 mm 정도가 적당하다. 또한 배양챔버 어레이 기판(10)은 polydimethylsiloxane(PDMS), 폴리카보네이트, 아크릴 등의 고분자나, 유리, 알루미나와 같은 세라믹, 혹은 티타늄과 같은 금속 재질이 적절하며, 다만 실험의 용이성과 생체 적합성 등을 고려한다면 고분자를 활용하는 것이 바람직하다. 특히 투명 소재로 제작된다면 배양챔버(11) 내부에서의 세포 배양상황을 현미경으로 관찰할 수 있다(도 2 참조). 제작 방식으로는 replica molding 방식이나 injection molding 방식 등이 활용될 수 있으며, 세라믹이나 금속 계열의 재료도 유사한 방식으로 제작할 수 있다.
다공성 박막(20)은 공극의 크기가 0.1μm~1μm 정도인 박막(20)이 되는데, 이러한 공극의 크기는 미생물의 크기와 삼투압을 고려한 결과이다. 다시 말해 미생물의 크기는 일반적으로 1μm 내외이므로 이보다 공극이 크면 미생물이 배양챔버(11) 내부에서 탈출하거나 외부 미생물이 배양챔버(11) 내부로 침투할 수 있으며, 또한 반대로 공극이 너무 작으면 다공성 박막(20)을 통한 물질교환이 잘 일어나지 않을 뿐만 아니라 삼투압에 의해 미생물에 불필요한 압력이 가해져 미생물의 생장 환경을 나쁘게 한다. 한편 다공성 박막(20)은 셀룰로오스, 테플론, AAO(Anodized Aluminum Oxide) 거름막 등으로 제공하면 적당하다.
도 2는 본 발명에 따른 미소 세포 배양장치의 실시예로서, 조립식으로 간단하게 본 발명을 제안하고 있다. 배양챔버 어레이 기판(10)은 받침판(10a), 타공판(10b) 및 고정판(10c)의 조립구조로 구성될 수 있다. 받침판(10a)은 단순한 판재로 준비되고, 타공판(10b)은 판면에 다수개의 타공구멍(12)이 배열된 판재로 준비되고, 고정판(10b)은 판면에 개구창(13)이 형성된 판재로 준비되며, 받침판(10a), 타공판(10b), 고정판(10c) 순서로 밀착 적층되어 볼트조립된다. 타공판(10b)이 받침판(10a)에 밀착되면 타공구멍(12)이 곧 배양챔버(11)로 형성되고, 고정판(10c)이 타공판(10b)에 밀착되면 개구창(13)에 의해 타공판의 타공구멍(12)이 노출되는 구조가 된다. 다공성 박막(20)은 타공판(10b)과 고정판(10c) 사이에서 타공판(10b)을 덮도록 배치되며, 고정판(10c)의 타공판(10b)에의 밀착 조립으로 다공성 박막(20) 또한 타공판(10b)에 밀착되면서 타공판의 타공구멍(12)에 의한 배양챔버(11)를 밀폐시키게 된다. 이로써 도 2(b)와 같은 미소 세포 배양장치가 완성된다.
도 3은 본 발명에 따른 미소 세포 배양장치를 이용한 세포 배양방법에 대한 개요도인데, 이를 참고하여 본 발명에 따른 미소 세포 배양방법을 설명한다.
먼저 채취한 시료를 버퍼용액에 현탁하여 시료현탁액을 준비한다(제1단계). 가령 하천, 토양, 갯벌 등에서 시료는 채취하여 버퍼용액에 현탁한다. 이때 시료현탁액 속에는 아가(Agar) 또는 젤란검(Gellan Gum)과 같은 지지체가 혼합될 수 있는데, 이로써 미생물의 움직임을 제한하여 미생물이 주변의 다른 배양챔버로 넘어가는 것을 방지할 수 있다. 한편 시료현탁액의 현탁 농도는 배양챔버 어레이 기판(10) 위에 시료현탁액을 뿌릴 때 확률적으로 배양챔버(11) 내부에 단일 세포가 분포할 정도로 조절하면 되는데, 시료현탁액 속에서 세포들이 배양챔버(11)의 크기 간격으로 분포하도록 현탁하는 것이다.
다음으로 시료현탁액을 충분한 양으로 배양챔버 어레이 기판(10) 표면에 뿌려 배양챔버(11) 내부에 채운다(제2단계). 도 2와 같은 조립구조의 배양챔버 어레이 기판(10)을 채택한다면 받침판(10b)과 타공판(10b)을 조립한 상태에서 시료현탁액을 배양챔버(11) 내부에 채우도록 한다. 이 과정에서 배양챔버(11)를 넘치는 부분은 스크레이퍼와 같은 편편한 플레이트를 이용해 닦아내어 제거한다. 이로써 시료현탁액의 적절한 현탁 농도에 의해 배양챔버(11) 내부에는 확률적으로 하나의 미생물이 분포하게 된다.
다음으로 배양챔버 어레이 기판(10)에서 배양챔버(11)가 노출된 표면을 다공성 박막(20)으로 덮어 배양챔버(11)를 밀폐시킨다(제3단계). 이때 다공성 박막(20)은 배양챔버 어레이 기판(10)에 고정되도록 한다. 도 2와 같은 조립구조의 배양챔버 어레이 기판(10)을 채택한 경우라면 다공성 박막(20)을 덮고 고정판(10c)을 조립하면 된다. 이로써 다공성 박막(20)에 의해 외부 미생물의 침투로 인한 오염이 방지되고, 배양챔버(11) 내부의 미생물 이동이 제한된다.
마지막으로 다공성 박막(20)으로 덮인 배양챔버 어레이 기판(10)을 영양액에 담가 배양한다(제4단계). 다공성 박막(20)을 통해 배양챔버(11) 내·외부의 물질교환(영양액의 영양분은 유입되고 노폐물을 배출)이 이루어지기 때문에 효과적으로 배양이 진행된다. 여기서 영양액은 시료를 채취한 환경에서 추출하여 그대로 활용할 수 있다. 예를 들어 토양 시료의 경우, 토양에 배양장치(다공성 박막으로 덮인 배양챔버 어레이 기판)를 묻거나 토양 시료를 현탁한 용액에 잠가 배양하는 것이다.
이상에서 본 발명은 구체적인 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환, 부가 및 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
10: 배양챔버 어레이 기판
11: 배양챔버
10a: 받침판
10b: 타공판
10c: 고정판
12: 타공구멍
13: 개구창
20: 다공성 박막

Claims (8)

  1. 표면에 다수 개의 배양챔버(11)가 직경 0.5~5mm와 깊이 0.1~1mm의 홈 형태로 배열된 배양챔버 어레이 기판(10);
    0.1μm~1μm의 공극을 가지는 박막으로, 상기 배양챔버 어레이 기판(10)의 표면을 덮어 배양챔버(11)를 밀폐시키는 다공성 박막(20);
    으로 구성되는 것을 특징으로 하는 미소 세포 배양장치.
  2. 제1항에서,
    상기 배양챔버 어레이 기판(10)은, 고분자, 세라믹, 금속 중 하나에 의해 제작되고,
    상기 다공성 박막(20)은, 셀룰로오스, 테플론, AAO(Anodized Aluminum Oxide) 거름막 중 하나에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 미소 세포 배양장치.
  3. 제2항에서,
    상기 배양챔버 어레이 기판(10)은, 투명소재로 제작되는 것을 특징으로 하는 미소 세포 배양장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서,
    상기 배양챔버 어레이 기판(10)은, 받침판(10a);과, 판면에 다수개의 타공구멍(12)이 배열된 것으로, 상기 받침판(10a)에 밀착 조립됨으로써 타공구멍(12)을 배양챔버(11)로 형성시키는 타공판(10b); 판면에 개구창(13)이 형성된 것으로, 상기 타공판(10b)에 밀착 조립됨으로써 개구창(13)에 의해 타공판의 타공구멍(12)을 노출시키는 고정판(10c);으로 구성되며,
    상기 다공성 박막(20)은, 상기 타공판(10b)과 고정판(10c) 사이에서 타공판(10b)을 덮도록 배치되어 고정판(10c)의 밀착 조립으로 타공판의 타공구멍(12)에 의한 배양챔버(11)를 밀폐시키는 것을 특징으로 하는 미소 세포 배양장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 미소 세포 배양장치를 이용하여 세포를 배양하는 방법으로서,
    채취한 시료를 버퍼용액에 현탁하여 시료현탁액을 준비하는 제1단계;
    시료현탁액을 배양챔버 어레이 기판의 배양챔버(11) 내부에 채우는 제2단계;
    배양챔버 어레이 기판(10)의 표면을 다공성 박막(20)으로 덮어 배양챔버(11)를 밀폐시키는 제3단계;
    다공성 박막(20)으로 덮인 배양챔버 어레이 기판(10)을 영양액에 담가 배양하는 제4단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미소 세포 배양방법.
  6. 제5항에서,
    상기 제1단계는, 시료현탁액에 지지체를 혼합하면서 실시하는 것을 특징으로 하는 미소 세포 배양방법.
  7. 제5항에서,
    상기 제2단계는, 시료현탁액을 배양챔버 어레이 기판(10) 표면에 뿌린 다음에 편편한 플레이트로 배양챔버 어레이 기판(10) 표면을 닦으면서 실시하는 것을 특징으로 미소 세포 배양방법.
  8. 제5항에서,
    상기 제4단계는, 시료현탁액 준비에 이용된 시료와 동일한 시료를 채취하여 영양액으로 이용하면서 실시하는 것을 특징으로 하는 미소 세포 배양방법.
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