KR101420944B1

KR101420944B1 - 가압 순환 배양 장치 및 가압 순환 배양 시스템

Info

Publication number: KR101420944B1
Application number: KR1020127005900A
Authority: KR
Inventors: 세츠오 와타나베; 도시미 무라타; 미츠하루 사토; 이부키 기노우치; 히데타다 다카이
Original assignee: 파파스 가부시키가이샤
Priority date: 2009-10-09
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2014-07-17
Also published as: AU2010304580A1; EP3372668B1; EP2487234A4; WO2011043084A1; US20120156768A1; EP3372668A1; US10829726B2; CN103992946A; JP2011078379A; US20170327780A1; AU2010304580B2; CN102575217B; JP5638216B2; US9752112B2; EP2487234B1; CA2772183A1; CA2772183C; KR20120053029A; CN103992946B; EP2487234A1

Abstract

수용부(배양 챔버부(7))와 압력 전달부(8)와 배양액 순환로(배양 회로(30))를 구비하는 가압 순환 배양 장치이다. 수용부는 배양액(14)이 저장됨과 더불어, 피배양물(62)을 수용시키는 수단이다. 압력 전달부는 상기 수용부와 연통시켜, 외부 압력을 상기 배양액에 전달시키는 수단이다. 배양액 순환로는 상기 압력 전달부를 통해서 상기 수용부에 접속되고, 상기 배양액을 상기 압력 전달부를 통해서 상기 수용부에 순환시키는 수단이다. 이와 같은 구성을 구비하여, 외부 압력을 상기 압력 전달부를 통해서 상기 배양액에 작용시켜, 상기 수용부에 있는 상기 피배양물에 대한 가압과, 상기 수용부의 상기 배양액의 순환이 실행된다.

Description

가압 순환 배양 장치 및 가압 순환 배양 시스템{PRESSURIZING AND CIRCULATING INCUBATION DEVICE AND PRESSURIZING AND CIRCULATING INCUBATION SYSTEM}

본 발명은 생체의 세포나 조직의 배양에 이용되는 배양 기술에 관한 것이고, 예를 들면, 세포나 조직의 배양 연구나 치료용 조직 등의 배양에 이용되며, 피(被)배양물에 순환 공급하는 배양액의 송액(送液), 이 배양액을 이용한 피배양물에 대한 가압 자극이 실행되는 가압 순환 배양 장치 및 가압 순환 배양 시스템에 관한 것이다.

생체의 세포나 조직의 배양 및 생체 부위에 따른 세포나 조직을 배양하는 것이 실용화되어, 널리 활용되고 있다.

이와 같은 배양에 이용되는 배양 장치에 관해서, 배양액을 순환시켜, 그 배양액을 이용해서 피배양물을 가압하는 것이 공지되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1).

복수의 송액 실린더(cylinder)와 배양 칼럼을 접속해서 복수 쌍의 배양 시스템이 구성되고, 1개의 배양 장치로 복수의 송액 실린더를 구동하는 것이 공지되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2).

일본국 특개2001-238663호 공보 일본국 특개2003-125755호 공보

그러나, 피배양물의 배양에는 배양액의 순환 공급과, 물리적 자극이 필요하다. 배양액의 공급은 피배양물에 대하여 신선한 배양액을 공급하기 위한 송액이다. 물리적 자극은 배양액을 통한 가압이다. 이러한 송액은 배양액을 흐르게 하는 것이며, 가압은 가둬둔 배양액의 압력을 높임으로써 실현된다. 이와 같은 송액과 가압은 대상이 배양액임에도 불구하고, 각각은 전혀 다른 형태로 실현해야 한다. 즉, 종래에는 별개의 기구나 부위에서 실행되어, 기구가 복잡해지는 과제가 있었다.

또한, 피배양물은 단일인 것이 드물고, 오히려, 복수의 피배양물을 동시 배양하여, 배양의 추이(推移)나 피배양물의 성장 과정을 비교하는 것이 요청된다. 이와 같은 경우에는, 복수의 배양 장치를 설치하고, 동일조건 하에서 동시 배양하는 것이 필요하지만, 다른 배양 장치를 병치(倂置)했을 경우에는, 동일조건의 설정에 수고가 든다는 과제가 있었다.

그러므로, 본 발명의 가압 순환 배양 장치의 목적은 피배양물에 공급하는 배양액을 가압하고, 순환시키는 기구를 간략화하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 가압 순환 배양 시스템의 목적은 복수의 피배양물의 동시 배양을 용이화하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 가압 순환 배양 장치는 수용부와 압력 전달부와 배양액 순환로를 구비한다. 상기 수용부는 배양액이 저장됨과 더불어, 피배양물을 수용시키는 수단이다. 상기 압력 전달부는 상기 수용부와 연통시켜, 외부 압력을 상기 배양액에 전달시키는 수단이다. 상기 배양액 순환로는 상기 압력 전달부를 통해서 상기 수용부에 접속되고, 상기 배양액을 상기 압력 전달부를 통해서 상기 수용부에 순환시키는 수단이다. 이 가압 순환 배양 장치에서는, 이와 같은 구성을 구비하여, 외부 압력을 상기 압력 전달부를 통해서 상기 배양액에 작용시켜, 상기 수용부에 있는 상기 피배양물에 대한 가압과 상기 수용부의 상기 배양액의 순환이 실행된다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 가압 순환 배양 시스템은 앞서 기술한 가압 순환 배양 장치의 상기 수용부와 상기 압력 전달부와 상기 배양액 순환로를 구비하는 복수의 배양 유닛을 구성하고, 이 배양 유닛의 상기 압력 전달부에 부여하는 외부 압력을 발생하는 가압 구동부를 구비한 것이다. 이와 같은 가압 순환 배양 시스템에서는 상기 가압 구동부에서 발생시킨 상기 외부 압력을 상기 압력 전달부를 통해서 상기 배양액에 작용시켜, 각 배양 유닛의 상기 수용부에 있는 상기 피배양물에 대한 가압과, 상기 수용부의 상기 배양액의 순환이 실행된다.

본 발명의 가압 순환 배양 장치에 의하면, 하기의 어느 하나의 효과가 얻어진다.

(1) 피배양물에 공급하는 배양액의 가압과 순환을 간략화된 기구로 실현할 수 있어, 구조의 간소화와 함께 사용의 용이화가 도모되어, 장치 비용을 저감할 수 있다.

(2) 복수의 수용부로 하여 병치할 수 있어, 배양액을 통해서 복수의 피배양물에 대한 공통의 가압 동작을 실행할 수 있음과 더불어, 피배양물에 대한 배양액의 순환을 수용부마다 실행할 수 있다.

또한, 본 발명의 가압 순환 배양 시스템에 의하면, 상기 효과에 더해 복수의 수용부를 접속하여, 배양액을 통해서 복수의 피배양물에 대한 공통의 가압 동작을 실행할 수 있고, 피배양물에 대한 배양액의 순환을 수용부마다 실행할 수 있어, 피배양물의 다수 배양 및 그 생산이나, 실험적인 비교 배양에 사용할 수 있다.

그리고 본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점은 첨부 도면 및 각 실시 형태를 참조함으로써 한층 명확해질 것이다.

도 1은 제1실시 형태에 의한 가압 순환 배양 장치의 일례를 나타내는 도면.
도 2는 제2실시 형태에 의한 가압 순환 배양 장치의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 인큐베이터의 관통부의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 배양부의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 배양부 본체와 폐지(閉止) 밸브 구동부 및 조인트부의 분리를 나타내는 도면.
도 6은 압력 발생기(pressure generator)부의 일례를 나타내는 도면.
도 7은 제어부의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 메인 루틴의 처리 순서를 나타내는 흐름도.
도 9는 압력의 0점 조정의 처리 순서를 나타내는 흐름도.
도 10은 압력의 0점 조정 동작을 나타내는 도면.
도 11은 가압 운전의 처리 순서를 나타내는 흐름도.
도 12는 가압 운전 동작을 나타내는 도면.
도 13은 가압 운전 동작을 나타내는 도면.
도 14는 송액 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도.
도 15는 송액 동작을 나타내는 도면.
도 16은 송액 동작을 나타내는 도면.
도 17은 가압 운전 시의 피스톤의 왕복 동작에 대응하는 압력을 나타내는 도면.
도 18은 송액 운전 시의 피스톤의 왕복 동작에 대응하는 압력을 나타내는 도면.
도 19는 제3실시 형태에 의한 가압 순환 배양 장치의 일례를 나타내는 도면.
도 20은 제4실시 형태에 의한 가압 순환 배양 시스템의 일례를 나타내는 도면.
도 21은 송액 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도.
도 22는 피스톤의 왕복 동작의 처리 순서를 나타내는 흐름도.
도 23은 제5실시 형태에 의한 가압 순환 배양 시스템의 일례를 나타내는 도면.
도 24는 인큐베이터의 관통부에 설치된 실링(sealing)부의 일례를 나타내는 도면.

[제1실시 형태]

제1실시 형태는, 피배양물을 수용하는 수용부와 압력 전달부를 연통시켜, 압력 전달부에 대한 외부 압력을 배양액에 전달시키는 구성이다.

이 제1실시 형태에 대해서 도 1을 참조한다. 도 1은 제1실시 형태에 의한 가압 순환 배양 장치의 일례를 나타내는 도면이다.

이 가압 순환 배양 장치(2A)는 본 발명의 가압 순환 배양 장치의 일례이며, 기능부로서 배양부(4)와 배양부 본체(6)와 배양 챔버부(7)와 압력 전달부(8)와 압력 발생기부(9)와 가압 배관(10A, 10B)과 인큐베이터(12)를 구비한다.

배양부(4)는 배양액(14)(도 2)의 공급과 함께, 압력 발생기부(9)에서 생성시킨 압력을 배양 챔버부(7)에 전달하는 배양 수단이며, 배양부 본체(6)를 착탈 가능하게 구비하고, 배양부 본체(6)는 배양 챔버부(7)와 압력 전달부(8)의 배양액측 압력 전달부(8A)를 구비한다.

배양 챔버부(7)는 피배양물을 수용하는 수용부의 일례이며, 생체의 세포나 조직으로 이루어지는 피배양물로서, 예를 들면, 세포 또는 세포와 스캐폴드(scaffold)로 이루어지는 삼차원 구성체 등을 수용하여, 세포가 분화, 증식, 세포외 매트릭스의 산생 등을 하는 수단이며, 압력 전달부(8)에 화살표(13)로 나타내는 바와 같이 착탈 가능하다. 이 실시 형태에서는, 배양 챔버부(7)는 배양부(4)와 함께 인큐베이터(12)에 설치된다.

압력 전달부(8)는 앞서 기술한 배양액측 압력 전달부(8A)와 가압 매체측 압력 전달부(8B)를 구비하고, 예를 들면, 압력 발생기부(9)에서 생성시킨 압력을 가압 매체측 압력 전달부(8B)를 통해서 배양액측 압력 전달부(8A)로부터 배양 챔버부(7)에 전달한다. 가압 매체측 압력 전달부(8B)는 배양 챔버부(7)의 개폐를 실행하는 폐지 밸브 구동부(18)와 함께 연결부(20)에 의해 연결되어 있다.

압력 발생기부(9)는 배양 챔버부(7)에 대한 압력이나, 배양액(14)(도 2)의 순환을 위한 압력을 발생시키는 압력 발생원, 압력 발생 수단의 일례이며, 그 압력을 가압 배관(10A, 10B)에 출력한다.

가압 배관(10A, 10B)은 압력 전달관의 일례로서, 가압 배관(10A, 10B)으로는 내압성, 내열성, 유연성을 구비한 튜브를 이용하면 좋으며, 예를 들면, 내압 튜브로 구성된다. 압력 발생기부(9)에서 생성시킨 압력이 가압 배관(10A, 10B)을 통해서 압력 전달부(8)에 가해진다.

인큐베이터(12)는 배양고(培養庫)의 일례이며, 외계와 차단된 밀폐성을 가진다. 이 인큐베이터(12)에는 가압 배관(10A, 10B)을 관통시키기 위한 관통부(22)가 구비되어 있다. 관통부(22)는 인큐베이터(12)의 내외를 밀봉하는 실링(sealing)부를 구비하고 있다. 이 실시 형태에서는, 2개의 가압 배관(10A, 10B)으로 구성하고, 압력 발생기부(9)로부터 가압 배관(10A)를 통해서 압력 전달부(8)에 가해진 압력을 가압 배관(10B)으로 압력 발생기부(9)에 복귀시키는 구성이지만, 이러한 구성 대신에, 단일 가압 배관(10)으로 구성해도 좋다.

이러한 구성을 구비하여, 압력 발생기부(9)에서 생성된 압력은 가압 배관(10A, 10B)으로부터 압력 전달부(8)에 가해지고, 이 압력 전달부(8)로부터 배양 챔버부(7)에 있는 피배양물에 가해진다. 또한, 배양액은 압력 전달부(8)에 가해지는 압력을 받아, 배양 챔버부(7)에서 순환시킬 수 있다.

[제2실시 형태]

제2실시 형태는 제1실시 형태에 의한, 앞서 기술한 기능부를 구체화한 구성예를 개시하고 있다.

이 제2실시 형태에 대해서 도 2를 참조한다. 도 2는 제2실시 형태에 의한 가압 순환 배양 장치의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2에 있어서, 도 1과 동일한 부분에는 동일 부호를 첨부하고 있다.

이 가압 순환 배양 장치(2B)에서는, 피배양물(62)(도 4)을 수용한 배양 챔버부(7), 배양액 순환로의 일례인 배양액 배관(24A, 24B), 배양액 저장소(26)로 이루어지는 폐쇄계의 배양 회로(30)를 구비하는 배양 유닛으로서 배양부(4)를 구비한다. 이 경우, 배양부 본체(6)도 착탈 가능한 유닛을 구성한다. 배양 회로(30)는 배양액(14)으로 채워지고, 배양 챔버부(7)는 압력 전달부(8)와 접속되어, 인큐베이터(12) 내에 설치되어 있다. 압력 전달부(8)와 압력 발생기부(9)는 가압 배관(예를 들면, 내압 튜브)(10A, 10B)으로 접속됨으로써 가압 회로(52)가 형성되고, 이 가압 회로(52)는 가압 매체(물 등)(34)로 채워진다. 가압 배관(10B)은 예를 들면, 포트부(156)를 통해서 가압 매체측 압력 전달부(8B)에 접속되어 있다. 가압수 폐쇄 밸브(36)는 압력 발생기부(9)측에 설치되어 있지만, 인큐베이터(12)측에 설치하여, 가압 매체(34)를 압력 발생기부(9)에 복귀시키지 않는 구성으로 해도 좋다.

배양 회로(30)와 폐지 밸브 구동부(18)와 압력 전달부(8)는 인큐베이터(12) 내에 설치되고, 가압 배관(10A, 10B)과 폐지 밸브 구동용 배선(32)은 인큐베이터(12)의 관통부(22)를 관통하고 있다. 이 관통부(22)는 실링 처리하여, 인큐베이터(12)의 질소, 탄산 가스의 소비를 최소한으로 한다.

그래서, 배양부(4)에는 배양액 배관(24A, 24B)을 통해서 배양액 저장소(26)가 접속되고, 이 배양액 저장소(26)로부터 배양액 배관(24A)를 통해서 배양액(14)이 주입된다. 배양부 본체(6)는 배양액 배출부(28)에 연결되고, 배양부 본체(6)를 순환한 배양액(14)은 배양액 배출부(28)로부터 배양액 배관(24B)을 통해서 배양액 저장소(26)에 복귀된다. 이렇게, 배양액(14)을 순환시켜서 배양부 본체(6) 내의 피배양물을 배양하는 회로로서 배양 회로(30)가 구성되어 있다. 이 경우, 배양부 본체(6)를 순환한 배양액(14)을 배양액 저장소(26)에 복귀시키지 않고, 배양액 저장소(26) 이외로 배출시키는 구성으로 해도 좋다.

폐지 밸브 구동부(18)에는 폐지 밸브 구동용 배선(32)이 접속되고, 이 폐지 밸브 구동용 배선(32)은 관통부(22)를 통해서 인큐베이터(12)의 외부에 도출되어, 압력 발생기부(9)측에 접속되어 있다. 폐지 밸브 구동부(18)는 가압 시 「폐지」, 배양액(14)의 순환 시 「개방」으로 폐지 밸브를 구동하는 구동 수단이다. 구동 수단의 발열을 최소한으로 하기 위해서는, 전류가 통하지 않을 때는 「폐지」로 하는 상시 폐지로 하는 것이 바람직하다. 이 실시 형태에서는, 압력 발생기부(9)에 폐지 밸브 구동부(18)의 제어 수단이 내장되어 있다.

인큐베이터(12)는 피배양물의 배양에 적합한 최적 환경을 실현하는 최적 환경실을 구성하고, 최적의 산소 농도, 탄산 가스 농도, 온도 및 습도로 설정된다.

압력 발생기부(9)는 발생한 압력을 가압수 등의 가압 매체(34)를 이용해서 가압 배관(10A, 10B)을 통해서 압력 전달부(8)에 작용시킨다. 그래서, 압력 발생기부(9)에는 가압수 폐쇄 밸브(36, 38)가 접속되어 있다. 이러한 가압수 폐쇄 밸브(36, 38)는 가압 매체(34)의 주입구와 배출구에 배치되어, 주입된 가압 매체(34)를 밀봉하는 수단이다. 이들 가압수 폐쇄 밸브(36, 38)를 개방하여, 튜브(40)에 루어 커넥터(42) 등을 통해서 접속된 흡인 수단으로서의 주사기(44)를 이용하여 용기(46) 내의 가압 매체(34)가 튜브(48)를 통해서 압력 발생기부(9)에 도입되고, 또한 가압 배관(10A, 10B)으로 인도된다. 화살표(50)는 가압 매체(34)를 인입(引入)할 때의 주사기(44)의 피스톤의 이동 방향을 나타낸다. 따라서, 압력 발생기부(9), 가압 배관(10A, 1OB) 및 압력 전달부(8)로 가압 회로(52)가 구성되어 있다. 이 부분은 무균성을 필요로 하지 않는 부분이다.

압력 발생기부(9)에는 입력 정보나 출력 정보를 시각적으로 표시하는 표시부(54)가 설치되어 있다.

관통부(22)는 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 인큐베이터(12)의 본체측과 도어측을 칸막이하는 도어 패킹(56)이 설치되고, 이 도어 패킹(56)에는 가압 배관(10A, 10B)의 관통부(58A, 58B), 폐지 밸브 구동용 배선(32)을 관통시키는 관통부(58C) 등이 설치되어 있다. 관통부(58A, 58B, 58C)는 도어 패킹(56)에 설치된 관통부 실링에 형성하면 좋다.

이어서, 배양부(4)에 대해서 도 4를 참조한다. 도 4는 배양부의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4에 있어서, 도 1 및 도 2와 동일한 부분에는 동일 부호를 첨부하고 있다.

이 배양부(4)에는 배양부 본체(6)가 구비되고, 이 배양부 본체(6)는 예를 들면, 스테인레스 등의 생체 독성을 나타내지 않는 내(耐)부식성 재료로 형성되어 있다. 이 배양부 본체(6)에는 배양 챔버부(7)와 압력 전달부(8)가 구비되어 있다.

배양부 본체(6)는 압력이 전해지는 내압 용기이며, 밀봉 커버(88), 압력 전달 필름(104), 폐지 밸브부(72)의 밸브부(82)를 장착하고, 배양액 저장소(26)인 배양액 백이나, 실리콘 튜브 등의 배양액 배관(24A, 24B)으로 이루어지는 배양액(14)의 배양 회로(30)를 구비하여, 밀폐된 폐쇄계 배양 회로를 구성한다.

배양 챔버부(7)에는 피배양물(62)이 수용되는 수용 공간부(64)가 형성되고, 이 수용 공간부(64)는 원기둥형이다. 이 수용 공간부(64)에는 직경 방향으로 통로부(66, 68)가 형성되고, 통로부(66)는 압력 전달부(8)에 연통됨과 더불어, 통로부(68)는 배양액 배관(24B)에 연통된다. 배양 챔버부(7)와 밀봉 커버(88)는 실링재(89)에 의해 밀봉된다.

수용 공간부(64)는 피배양물(62)로서, 세포 또는 세포와 스캐폴드로 이루어지는 삼차원 구성체 등을 수용하고, 세포가 분화, 증식, 세포외 매트릭스의 산생 등을 하는 부분이다. 배양 시에는, 온도, 산소 농도, 탄산 가스 농도 등의 환경이 조절된, 인큐베이터(12)나 항온조(恒溫槽) 안에 배양 챔버부(7)가 설치된다. 변온 동물의 세포를 배양할 때 등에는 인큐베이터(12)를 사용하지 않는 경우도 있다.

통로부(68)측에는 체크 밸브(70) 및 폐지 밸브부(72)가 구비되어 있다. 체크 밸브(70)는 수용부인 배양 챔버부(7)의 수용 공간부(64)로부터 배출된 배양액(14)의 순환을 폐지해서 역류하는 것을 저지하는 제2밸브를 구성한다. 체크 밸브(70)는 배양 챔버부(7)의 하류측의 배양액 출구에 설치되고, 볼 밸브(74)와 스프링(76)으로 구성되어 있다. 볼 밸브(74)에는 압축 상태에 있는 스프링(76)의 복원력이 작용하고 있어, 통로부(68)에 배양액(14)을 흐르게 하기 위해서는, 스프링(76)의 압압력(押壓力)보다 큰 액압이 필요하다. 이 체크 밸브(70)는 반드시 설치하지 않아도 좋다.

폐지 밸브부(72)는 통로부(68)에 연결된 밸브실(78)과 이 밸브실(78)에 돌출시킨 원뿔대 형상의 밸브 시트부(80)와 이 밸브 시트부(80)에 맞닿는 탄성체로 이루어지는 밸브부(82)를 구비한다. 이 밸브부(82)에는 폐지 밸브 구동부(18)가 구비하는 플런저(84)가 장착되어 있다. 폐지 밸브 구동부(18)는 전기신호를 받아서 플런저(84)을 진퇴시켜, 밸브 시트부(80)와 밸브부(82)를 개폐한다. 밸브실(78)의 배양액 배출부(28)에는 배양액 배관(24B)이 접속되어 있어, 폐지 밸브부(72)가 열렸을 때, 배양액(14)이 밸브실(78)로부터 배양액 배관(24B)측에 유출 가능하게 된다.

배양 챔버부(7)에는 개폐 가능한 밀봉 커버(88)가 설치되어, 배양 회로(30)의 밀봉 상태가 유지된다. 또한, 이 배양 챔버부(7)의 저면부에는 감시창(90)이 형성되고, 이 감시창(90)은 투명 부재로 폐쇄되어 있다. 감시창(90)은 가압 중이나 혹은 가압을 일시 중단하고, 내부의 세포 등의 상태를 관찰하기 위한 작은 창문으로, 석영, 인공 사파이어 등 충분한 내압성을 가지고, 변형이 적으며, 투명해서 현미경 관찰에 악영향을 끼치지 않는 재료로 구성된다. 이 감시창(90)에는 예를 들면, 현미경 접안 렌즈(92)가 설치되어, 피배양물(62)의 상황을 외부에서 감시할 수 있다. 밀봉 커버(88)는 수용 공간부(64)를 닫는 뚜껑이며, 현미경 관찰을 위해서는 배양 챔버부(7)에 도광(導光) 가능한 투명한 부재로 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 압력 전달부(8)에는 배양액(14)을 저장하고, 압력을 배양액(14)에 전달하는 배양액 저장부로서의 압력 전달 공간부(94)가 형성되며, 이 압력 전달 공간부(94)는 편평한 통 형상이다. 이 압력 전달 공간부(94)에는 직경 방향으로 앞서 기술한 통로부(66)와 통로부(96)가 형성되어 있다. 이 통로부(96)는 체크 밸브(98)를 구비하고, 배양액 배관(24A)이 접속되어 있다. 이 체크 밸브(98)는 배양액(14)의 순환을 폐지하고, 배양액(14)이 압력 전달 공간부(94)로부터 배양액 배관(24A)으로 역류하는 것을 저지하는 제1밸브를 구성하고, 압력 전달부(8)의 상류측의 배양액 입구에 장착되며, 볼 밸브(100)와 스프링(102)으로 구성되어 있다. 볼 밸브(100)에는 압축 상태에 있는 스프링(102)의 복원력이 작용하고 있어, 통로부(96)에 배양액(14)을 흐르게 하기 위해서는, 스프링(102)의 압압력보다 큰 액압이 필요하다.

이 압력 전달부(8)에는 압력 전달 공간부(94)를 폐쇄하는 압력 전달 필름(104)이 설치됨과 더불어, 이 압력 전달 필름(104)과 조인트부(106)의 사이에 가압 매체 공간부(108)가 형성되어 있다. 이 가압 매체 공간부(108)는 인큐베이터(12)의 외부로부터 압력을 압력 전달 매체를 통해서 외부 압력을 작용시키는 외부 압력 작용부의 일례이다. 압력 전달 필름(104)은 외부 압력을 배양액(14)에 전달하는 압력 전달막(膜)의 일례이며, 배양 챔버부(7) 및 압력 전달 공간부(94)를 밀폐하고, 압력 발생기부(9)로부터의 압력을 수용 공간부(64)에 전달하는 기능부이다. 이 압력 전달 필름(104)으로는 얇은 탄성중합체(elastomer)의 막이나 플라스틱 필름 등을 이용하면 좋다. 이 압력 전달 필름(104)은 장착 상태에서 장력(張力)을 거의 무시할 수 있을 만큼 유연한 상태이면, 압력은 거의 변화없이 압력 전달 공간부(94)에 전해진다. 압력 전달 필름(104)으로 칸막이된 압력 전달 공간부(94)의 압력은 수용 공간부(64)에 전달된다. 압력차로 장력이 발생하는 경우가 있어도, 배양 프로그램으로 무시할 수 있도록 설정하면 좋다.

조인트부(106)는 압력 발생기부(9)에서 생성시킨 압력을 배양 챔버부(7)에 전달하는 수단이며, 배양부 본체(6)에 착탈 가능하게 구성되어 있다. 압력 전달 공간부(94)와 가압 매체 공간부(108)는 압력 전달 필름(104)을 통해서 접하고 있다. 조인트부(106)는 가압 매체 공간부(108)를 폐쇄하는 폐쇄 수단인 동시에, 가압 배관(10A, 10B)으로부터의 압력을 압력 전달 필름(104)에 작용시키는 수단이다. 이 조인트부(106)는 배양 챔버부(7)와 끼워 맞춰져, 압력 발생기부(9)에서 생성한 압력을 배양 챔버부(7)에 전한다. 이 경우, 가압 배관(10A, 10B)은 내경 5[mm] 이하 정도의 유연성이 있는 내압 튜브를 이용하면 좋다. 관을 좁게 하면, 공기가 도중에 정지하지 않고, 또한 내압성이 높아진다. 조인트부(106)의 포트부(110, 112)에는 가압 배관(10A, 10B)이 접속되어 있다. 이 조인트부(106)에는 가압 매체 공간부(108)에 삽입하는 삽입부(114)가 형성되고, 이 삽입부(114)에는 가압 매체 공간부(108)와의 기밀성을 유지하기 위한 실링재(116)가 설치되어 있다. 이 실링재(116)는 조인트부(106)와 압력 전달부(8)와의 접속부의 기밀성을 유지하여, 압력 전달을 가능하게 한다.

가압 매체 공간부(108)는 압력 전달부(8)를 끼워 맞췄을 때 생기는 공간부이다. 이 부분은 가압 매체(34)로 채워진다. 공기의 잔류를 극력 저감하기 위해서, 간극은 최소한(4[mm] 이하)으로 하고, 공기를 몰아내기 용이하고, 공기가 남지 않도록 한다. 이 부분의 압력은 압력 전달 필름(104)을 통해서 압력 전달 공간부(94)에 전해진다. 이 부분은 내부가 배양액(14)이나 세포 조직과 접하므로, 무균성이 요구된다.

이와 같은 구성의 배양부(4)에서는 도 5에 나타낸 바와 같이, 조인트부(106) 및 폐지 밸브 구동부(18)로부터 배양부 본체(6)를 필요에 따라서 분리시키거나, 또는 합체시킬 수 있다. 또한 체크 밸브(70, 98)는 배양액(14)의 역류 방지를 위한 수단이기 때문에, 예를 들면, 역류 방지가 가능한 전자 밸브를 이용해도 좋고, 이른바 체크 밸브를 사용해도 좋으며, 병용해도 좋다. 배양 시에는, 배양액 출구측의 폐지 밸브 구동부(18)로 폐지 밸브부(72)를 개폐한다.

이어서, 압력 발생기부(9)에 대해서 도 6을 참조한다. 도 6은 압력 발생기부의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6에 있어서, 도 1, 도 2, 도 4와 동일한 부분에는 동일 부호를 첨부하고 있다.

압력 발생기부(9)는 설정된 압력값이나 배양액의 순환량에 따라서 동작시키기 위한 구동원이다. 이 압력 발생기부(9)에는 가압 장치(118)와 제어부(120)가 구비되어 있다. 가압 장치(118)에는 압력용기로서 실린더(122)가 설치되고, 이 실린더(122)는 가압 매체(34)를 수용하며, 피스톤(128)의 동작에 의해 발생한 압력을 유지하고, 압력 전달부(8)에 그 압력을 전달한다. 이 실린더(122)에는 포트부(124, 126)가 형성되고, 피스톤(128)이 구비되어 있다. 피스톤(128)은 압력용기로서의 실린더(122)의 가압 매체(34)를 압축하고, 실린더(122)를 가압하거나 또는 감압하고, 배양액(14)의 순환 시에는 펌프의 역할도 한다. 가압 매체(34)는 물, 오일 등의 유체이면 좋다. 포트부(124)에는 가압 배관(10A)이 접속되고, 포트부(126)에는 튜브(48)가 접속되어 있다. 가압 배관(10A, 10B)은 실린더(122) 내의 압력을 배양 챔버부(7)에 전달하기 위한 배관으로서, 내압성이 있고, 유연한 관이며, 가압 매체(34)를 채우기 위한 관이다. 피스톤(128)에는 스프링(130)을 통해서 가압 구동부(132)가 연결되어 있다. 가압 구동부(132)는 피스톤(128)을 진퇴시키는 구동 수단이며, 제어부(120)로부터 제어 출력을 받아, 실린더(122)의 가압 방향으로 피스톤(128)을 이동시키는 구동력과, 실린더(122)의 감압 방향으로 피스톤(128)을 이동시키는 구동력을 발생한다.

스프링(130)은 가압 방향의 구동력에 대하여 압축되어 항력(抗力)을 발생하고, 감압 방향의 구동력에 의해 압축이 해제된다. 즉, 스프링(130)이 압축되었을 때의 항력이 피스톤(128)을 통해서, 실린더(122) 내의 가압 매체에 압력으로서 전해진다. 화살표 m은 스프링(130)의 압축량을 나타내고, 화살표 n은 피스톤(128)의 이동량을 나타내고 있다. 가압 구동부(132)는 스테핑 모터 등의 구동 장치를 구비하여 스프링(130)을 압축시킨다. 스프링(130)을 구비함으로써, 모터 등의 동작 범위가 확대되고, 압력을 제어하기 쉬워지며, 정밀도도 향상된다. 이 스프링(130) 대신에 출력 조절 가능한 서보 모터 등을 이용해서 가압 구동부(132)의 출력 조절을 실행하여, 피스톤(128)의 압압력을 조절해도 좋다.

이 스프링(130)에 대해서 그 압축량은 압축력 즉, 유체에 전달되는 압력과 비례하므로, 압력을 제어하기 쉬워진다. 혈압 레벨이 낮은 압력으로 가압 순환 배양을 할 경우는, 치수적으로 호환성이 있는 최대 측정 압력이 낮은 압력 센서와, 치수적으로 호환성이 있는 스프링 정수가 작은 스프링을 세트로 교환한다. 예를 들면 풀스케일(full-scale)이 1[MPa]인 압력 센서(134)를 100[kPa]인 것으로 변경하고, 스프링을 스프링 정수가 1/10인 것으로 변경한다. 이 경우, 표시되는 값의 읽기를 1/10로 하면 좋다(예를 들면, 0.5[MPa]의 표시는 50[kPa]로 바꿔 읽는다). 혹은, 입력부(142)로부터 저압용 부품을 사용하고 있는 것을 입력하고, 그에 따른 연산 프로그램에 의해 올바른 압력 표시를 표시시켜도 좋다. 토크 조절 가능한 서보 모터를 사용하고, 스프링을 생략하는 구성으로 해도 좋다.

실린더(122)에는 앞서 기술한 압력 센서(134)가 설치되고, 그 검출 압력값이 제어부(120)에 전달된다. 압력 센서(134)는 실린더(122) 내의 압력을 센싱(sensing)한다. 정지 유체에 있어서는, 연속하는 장소의 어디에서나 압력이 같기 때문에, 실린더(122)의 압력은 배양 챔버부(7) 내의 압력과 동일하여, 실린더(122)의 압력 계측에 의해 배양 챔버부(7) 내의 압력을 배양액(14)에 비접촉으로 간접적으로 알 수 있다. 압력 센서(134)는 가해지는 압력에 따라서 선택하면 좋다.

실린더(122)에 인접하는 위치에는, 가압 배관부(135)가 설치되고, 이 가압 배관부(135)의 한쪽 포트부(136)에는 가압 배관(10B)이 접속되고, 다른 쪽 포트부(138)에는 튜브(40)가 접속되어 있다.

제어부(120)는 구동 전원(140)으로부터 급전되고, 입력부(142)로부터 (동작)설정값이 입력되어, 앞서 기술한 가압 구동부(132)의 제어 출력을 발생함과 더불어, 폐지 밸브 구동부(18A, 18B, 18C)에 대한 제어 출력을 발생한다. 즉, 제어부(120)는 설정 입력에 따라서 압력을 센싱하면서 운전을 제어하는 수단이다. 이 실시 형태의 압력 발생기부(9)에는 복수의 배양부(4)를 병치할 경우를 상정하여, 복수의 폐지 밸브 구동부(18A, 18B, 18C)에 대한 제어 출력을 발생할 수 있다. 이 제어부(120)에는 입력부(142)로부터 설정 입력이 실행되고, 또한, 표시부(54)에 대한 표시 출력이 얻어진다. 입력부(142)로부터 예를 들면, 압력의 강도, 압력의 주기, 배양액의 순환량 등의 설정 정보가 입력된다. 표시부(54)에는 입력값이나 가압 동작 중의 압력값 등의 입출력 정보가 표시된다.

제어부(120)는 예를 들면, 도 7에 나타낸 바와 같이, CPU(Central Processing Unit)(144)와 입출력부(I/O)(146)와 기억부(148)와 타이머부(149)를 구비한다. CPU(144)는 OS(Operating System)나 배양 프로그램의 실행에 의해 배양 처리를 위한 각종 기능부의 제어나 데이터의 읽기나 판독을 실행한다. I/O(146)는 입력부(142)로부터의 입력 데이터의 입력이나, 표시부(54)에 대한 표시 데이터의 출력 등에 이용된다.

기억부(148)는 프로그램이나 데이터 등의 기록 매체이며, 프로그램 기억부(150)와 데이터 기억부(152)와 RAM(Random-Access Memory)(154)을 구비한다. 프로그램 기억부(150)는 기록 매체로 구성되고, 이 프로그램 기억부(150)에는 OS 이외에 배양 프로그램, 가압 순환 배양 제어 프로그램 등의 펌웨어나 각종 애플리케이션이 저장되어 있다. RAM(154)은 프로그램 처리에 이용된다.

또한, 타이머부(149)는 시간 측정 수단의 일례이며, 가압 동작에 있어서의 경과 시간의 계측이나, 단위시간당 가압 동작을 산출하기 위한 시간 계측 등에 이용된다.

이어서, 배양 처리에 대해서 도 8을 참조한다. 도 8은 메인 루틴의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.

이 배양 처리의 메인 루틴에서는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 전원의 투입에 의해 초기 설정(단계 S11)이 실행된다. 이 초기 설정은 제어부(120)의 I/O(146)의 초기화나 각종 초기값의 세팅 등을 실행한다.

초기 설정이 완료되면, 동작 설정 유무의 판단이 실행된다(단계 S12). 이 동작 설정에서는, 입력부(142)에서 동작 설정을 실행하는 모드 선택의 유무가 판단되어, 동작 설정을 실행할 경우에는(단계 S12의 YES), 각종 설정을 변경할 수 있다(단계 S13). 설정 또는 변경 가능한 항목에는, 최고 압력(Pmax), 최고 압력 계속 시간(Pmax 시간), 최저 압력(Pmin), 최저 압력 계속 시간(Pmin 시간), 가압 운전 시의 Pmax와 Pmin의 반복 횟수(가압 운전 내 사이클수), 가압 운전과 송액 동작의 반복 횟수(가압·송액 사이클수), 송액량의 설정 등이 포함된다.

최고 압력(Pmax)은 압력 발생기부(9)로부터 배양 챔버부(7)에 가해지는 최대 압력이며, 최고 압력 계속 시간(Pmax 시간)은 그 계속 시간이다. 최저 압력(Pmin)은 압력 발생기부(9)로부터 배양 챔버부(7)에 가해지는 최소 압력이며, 최저 압력 계속 시간(Pmin 시간)은 그 계속 시간이다. 가압 운전 시의 Pmax와 Pmin의 반복 횟수(가압 운전 내 사이클수)는 가압 운전 시의 압력 변화의 횟수를 나타낸다. 가압 운전과 송액 동작의 반복 횟수(가압·송액 사이클수)는 단위시간당 횟수를 나타낸다. 또한, 송액량은 배양 챔버부(7)에 순환시키는 배양액(14)의 1회당 송액량이다.

이 동작 설정을 완료하면, 단계 S12로 돌아가, 다시 동작 설정의 판단을 실행한다(단계 S12). 동작 설정이 없으면(단계 S12의 NO), 운전 개시의 지시를 판단한다(단계 S14). 입력부(142)로부터 운전 개시가 지시되면(단계 S14의 YES), 압력의 0(zero)점 조정을 실행한다(단계 S15).

0점 조정의 완료 후, 가압 운전으로 이행하고(단계 S16), 송액 동작이 실행된다(단계 S17). 가압 운전과 송액 동작은 번갈아 실행되고, 가압·송액 사이클의 종료인가 아닌가가 감시된다(단계 S18). 또한, 가압·송액 사이클 도중에 압력의 0점 조정을 실행해도 좋다. 이 단계 S18에서는, 가압·송액 사이클수가 소정수에 도달했는지 아닌지가 판단되어, 소정수에 도달할 때까지 가압 운전과 송액 동작을 계속하게 하여, 가압·송액 사이클수가 소정수에 도달했을 경우(단계 S18의 YES), 단계 S12로 돌아간다. 가압·송액 사이클의 종료는 단계 S18 대신에, 사용자에 의해 운전 정지를 실행해도 좋다.

이어서, 압력의 0점 조정에 대해서 도 9 및 도 10을 참조한다. 도 9는 압력의 0점 조정의 처리 순서를 나타내는 흐름도, 도 10은 0점 조정 동작을 나타내는 도면이다.

이 처리 순서는 메인 루틴의 단계 S15(도 8)의 처리 순서이다. 이 처리 순서에서는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 폐지 밸브부(72)의 개방 상태에서 피배양물(62)에 가해지는 압력을 기준압력 Pref으로 하고, 이것을 Pref=0으로 한다. 그리고, 이 폐지 밸브부(72)를 개방하고(단계 S151), 피스톤(128)이 소정위치로서 0점 조정 위치가 되도록 가압 구동부(132)를 구동한다(단계 S152). 이 시점에서, 압력 전달 필름(104)이 수평 또는 거의 수평해지도록 주사기(44)로 가압 배관(10A, 10B) 내의 가압 매체(34)를 조정해도 좋다. 이러한 조정을 실행하여, 압력 센서(134)의 값이 안정한지 아닌지를 판정한다(단계 S153). 압력 센서(134)의 압력이 안정하면(단계 S153의 YES), 이때의 압력 센서(134)의 압력값을 기준압력 Pref으로 해서 Pref=0으로 기억하고, 폐지 밸브부(72)를 폐지하고(단계 S154), 메인 루틴으로 복귀한다.

이어서, 가압 운전에 대해서 도 11, 도 12 및 도 13을 참조한다. 도 11은 가압 운전의 처리 순서를 나타내는 흐름도, 도 12는 최고 압력의 가압 동작을 나타내는 도면, 도 13은 최저 압력의 가압 동작을 나타내는 도면이다.

이 처리 순서는 메인 루틴의 단계 S16(도 8)의 처리 순서이다. 이 가압 운전의 처리 순서에서는 도 12에 나타낸 바와 같이, 폐지 밸브부(72)를 폐지하고(단계 S161), 압력 센서(134)의 검출값의 목표값으로서 가압의 최고 압력(Pmax)을 세팅한다(단계 S162).

가압 운전의 개시에 의해, 압력이 압력 센서(134)에 의해 감시된다(단계 S163). 압력 센서(134)의 검출값이 목표값인 최고 압력(Pmax)보다 작으면(단계 S163의 YES), 가압 구동부(132)에 의해 피스톤(128)을 가압 방향으로 구동한다(단계 S164).

압력 센서(134)의 검출값이 목표값(Pmax)보다 작지 않으면(단계 S163의 NO), 압력 센서(134)의 검출값이 목표값보다 큰지 아닌지를 판정한다(단계 S165). 압력 센서(134)의 검출값이 목표값보다 크면(단계 S165의 YES), 가압 구동부(132)에 의해 피스톤(128)을 감압 방향으로 구동한다(단계 S166). 또한, 압력 센서(134)의 검출값이 목표값보다 크지 않으면(단계 S165의 NO), 가압 구동부(132)에 의해 피스톤(128)의 구동을 정지한다(단계 S167).

최고 압력 계속 시간(Pmax 시간)의 경과를 감시하여(단계 S168), 압력 센서(134)의 검출값이 최고 압력(Pmax)으로 유지되도록 제어한다(단계 S169).

최고 압력 계속 시간(Pmax 시간)이 경과하면(단계 S168의 YES), 압력 센서(134)의 검출값의 목표값으로 가압의 최저 압력(Pmin)을 세팅한다(단계 S169).

이 최저 압력의 설정 후, 그 압력이 압력 센서(134)에 의해 감시된다(단계 S170). 도 13에 나타낸 바와 같이, 압력 센서(134)의 검출값이 목표값인 최저 압력(Pmin)보다 작으면(단계 S170의 YES), 가압 구동부(132)에 의해 피스톤(128)을 가압 방향으로 구동한다(단계 S171).

압력 센서(134)의 검출값이 목표값(Pmin)보다 작지 않으면(단계 S170의 NO), 압력 센서(134)의 검출값이 목표값보다 큰지 아닌지를 판정한다(단계 S172). 압력 센서(134)의 검출값이 목표값보다 크면(단계 S172의 YES), 가압 구동부(132)에 의해 피스톤(128)을 감압 방향으로 구동한다(단계 S173). 또한, 압력 센서(134)의 검출값이 목표값보다 크지 않으면(단계 S172의 NO), 가압 구동부(132)에 의해 피스톤(128)의 구동을 정지한다(단계 S174).

최저 압력 계속 시간(Pmin 시간)의 경과를 감시하여(단계 S175), 압력 센서(134)의 검출값이 최저 압력(Pmin)으로 유지되도록 제어한다(단계 S175).

가압 동작이 소정 횟수에 도달했는지 아닌지를 감시한다(단계 S176). 즉, 가압 운전 시의 Pmax와 Pmin의 반복 횟수(가압 운전 내 사이클수)가 소정 횟수가 될 때까지 가압 동작을 반복하고, 소정 횟수에 도달하면(단계 S176의 YES), 피스톤(128)의 위치를 0점 조정한 위치로 이동해서(단계 S177), 이 처리를 종료한다.

또한, 이 실시 형태에서는 가압 및 감압 시에 매회 압력값을 감시하고 있지만, 가압과 감압을 연속적으로 실행하고, 정기적으로 압력의 감시를 실행해도 좋으며, 또한, 가압 방법은 상기 실시 형태의 패턴에 한정되는 것은 아니다.

이어서, 송액 동작에 대해서 도 14, 도 15 및 도 16을 참조한다. 도 14는 송액 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도, 도 15는 배양액의 압출 상태를 나타내는 도면, 도 16은 배양액의 흡입 상태를 나타내는 도면이다.

이 처리 순서는, 메인 루틴의 단계 S17(도 8)의 처리 순서이다. 이 송액 동작은 송액을 실행하는 배양 회로(30)에 대하여, 폐지 밸브부(72)를 개방한 상태에서 피스톤(128)의 왕복 동작에 의한 가압 및 감압에 의해 배양액(14)의 송액이 실현된다. 즉, 피스톤(128)의 왕복 동작은 피스톤 0점 조정 위치를 기준으로 소정량 L만큼 밀어 넣고, 다시 0점 조정 위치로 복귀하는 제어에 의해 실현된다. 이것에 의해, 제1밸브의 개방 상태 및 제2밸브의 폐지 상태에 의해 배양액(14)이 외부 압력으로 수용부 및 압력 전달부에 인입된다. 또한, 제1밸브의 폐지 상태 및 제2밸브의 개방 상태에 의해 배양액(14)이 외부 압력으로 수용부 및 압력 전달부로부터 유출될 수 있다.

이 처리 순서에서는 도 14에 나타낸 바와 같이, 폐지 밸브부(72)를 개방 상태로 유지하여(단계 S181), 피스톤(128)의 왕복 동작을 실행한다. 이 왕복 동작에서는 도 15에 나타낸 바와 같이, 피스톤(128)을 소정량 L만큼 이동함으로써(단계 S182), 가압 매체(34)가 압출되고, 이것에 의해, 폐지 밸브부(72)가 개방되어 있는 배양 회로(30)의 압력 전달 필름(104)이 파선으로 나타내는 바와 같이 압력 전달 공간부(94)측으로 팽창해서 돌출한다. 이 돌출 분량의 용적만큼 배양액(14)이 폐지 밸브부(72)로부터 압출된다. 배양액(14)은 제1밸브인 체크 밸브(98)가 있기 때문에, 역류하지 않는다.

또한, 도 16에 나타낸 바와 같이, 피스톤(128)을 0점 조정 위치로 복귀시키면(단계 S183), 압력 전달 공간부(94)에 팽출해 있던 압력 전달 필름(104)이 파선으로 나타내는 바와 같이 원래 위치에 복귀하고, 그 복귀한 분량의 용적만큼 배양액(14)이 체크 밸브(98)측으로부터 압력 전달 공간부(94)에 진입한다. 이 경우, 제2밸브인 체크 밸브(70)는 배양액(14)의 유출을 저지하는데, 체크 밸브(70)를 설치하지 않을 경우에는, 폐지 밸브부(72)를 폐지하면 된다.

피스톤(128)의 왕복 운동은 소정의 송액이 종료할 때까지 반복되고, 소정량의 송액이 완료했는지 아닌지를 판정하여(단계 S184), 소정량의 송액이 완료했을 때, 이 처리를 종료하고, 메인 루틴(도 8)으로 복귀한다.

또한, 배양액(14)의 송액량은 입력부(142)에서 임의로 설정하면 좋고, 또한, 배양 회로(30)에 따라서 변화시켜도 좋다.

이어서, 가압 운전 및 송액 운전에 대해서 도 17 및 도 18을 참조한다. 도 17은 가압 운전 시의 스프링의 신축 및 압력을 나타내는 도면, 도 18은 송액 운전 시의 피스톤의 진퇴 및 압력을 나타내는 도면이다.

가압 운전 시에는, 도 17의 A에 나타낸 바와 같이, 피스톤(128)이 0점 조정 위치로부터 최고 압력 위치로 진출해서 소정시간만큼 유지하고, 그 시간 경과에 의해 최고 압력 위치로부터 최저 압력 위치로 후퇴해서 소정시간만큼 유지하고, 그 시간경과에 의해 최저 압력 위치로부터 최고 압력 위치를 향해서 진출하는 진퇴 이동을 반복한다. 이 피스톤(128)의 진퇴에 의해, 도 17의 B에 나타낸 바와 같이, 가압 매체(34)를 통해서 배양액(14)에는 0점 조정 위치 또는 최저 압력(Pmin)으로부터 최고 압력(Pmax)으로 이행해서 최고 압력(Pmax)이 유지된 후, 최고 압력(Pmax)으로부터 최저 압력(Pmin)으로 하강하여, 최저 압력(Pmin)을 소정시간만큼 유지하고, 이러한 최고 압력과 최저 압력이 번갈아 작용한다. 이 압력 변동은 배양액(14)을 통해서 피배양물(62)에 대하여 작용한다. 이때, 액량은 피스톤(128)의 이동량에 따른 변동을 발생한다. 또한 도 17에 있어서, TPmax는 최저 압력 또는 0점 조정 위치로부터 최고 압력으로 상승하는 시점으로부터 최고 압력을 계속하는 시간, 최고 압력으로부터 최저 압력으로 전환되는 시점까지의 시간이며, TPmin은 최고 압력으로부터 최저 압력으로 하강하는 시점으로부터 최저 압력을 계속하는 시간, 최저 압력으로부터 최고 압력으로 상승하는 시점까지의 시간이다.

또한, 송액 운전 시에는 도 18의 A에 나타낸 바와 같이, 피스톤(128)이 소정량 L의 위치와 0점 조정 위치를 번갈아 반복하는 진퇴 이동을 하고, 이 피스톤(128)의 진퇴에 대하여 폐지 밸브부(72)가 개방되어 있으므로, 도 18의 B에 나타낸 바와 같이, 배양액(14)의 압력은 기본적으로는 0이 된다. 이 피스톤(128)의 진퇴 이동에 대한 압력 전달 필름(104)의 전후 이동에 대하여, 용적의 변동이 배양액(14)의 압출과 흡입을 발생시켜, 배양 챔버부(7)에 배양액(14)의 송액이 발생한다.

[제3실시 형태]

제3실시 형태는 상기 실시 형태와는 다른 가압 배관의 구성을 개시하고 있다. 제1 및 제2실시 형태에서는, 복수의 가압 배관(10A, 10B)으로 구성했지만, 단일 가압 배관(10A)으로 구성해도 좋다.

이 가압 순환 배양 장치(2C)는 도 19에 나타낸 바와 같이, 배양부(4)와 압력 발생기부(9)를 단일 가압 배관(10A)으로 연결하고, 가압 배관(10B)을 접속하고 있던 포트부(156)에 앞서 기술한 튜브(40)를 통해서 주사기(44)를 접속하고, 튜브(40)의 중도부에는 가압수 폐쇄 밸브(36)를 구비하는 구성으로 하고 있다.

이와 같은 구성에 의해서도 상기 실시 형태와 마찬가지로 가압 동작이나 송액 동작을 실행할 수 있다. 도 19에 있어서, 도 2와 동일한 부분에는 동일 부호를 첨부하고, 그 설명을 생략한다.

[제4실시 형태]

제4실시 형태는 복수의 가압 순환 배양 장치를 병설하여, 멀티 배양을 가능하게 한 가압 순환 배양 시스템을 구성하고 있다.

이 제4실시 형태에 대해서 도 20을 참조한다. 도 20은 제4실시 형태에 의한 가압 순환 배양 시스템의 일례를 나타내는 도면이다. 도 20에 있어서, 도 2와 동일한 부분에는 동일 부호를 첨부하고 있다.

이 가압 순환 배양 시스템(200A)에서는 가압 순환 배양 장치로서, 3세트의 배양부(4A, 4B, 4C)에 의해 배양 회로(30A, 30B, 30C)를 구성함과 더불어, 이들 배양 회로(30A∼30C)에 대하여 단일 압력 발생기부(9)로 가압, 송액을 실행할 수 있도록 한 것이다.

그래서, 배양부(4A∼4C)를 배관(160, 162)을 이용해서 직렬화함과 더불어, 이러한 직렬화된 배양부(4A)측에 가압 배관(10A), 배양부(4C)측에 가압 배관(10B)을 접속하고, 단일 압력 발생기부(9)로 가압 및 송액을 실행하는 구성으로 하고 있다.

이 경우, 1대의 압력 발생기부(9)에 대하여 복수 세트의 배양 챔버부(7)와 압력 전달부(8)를 접속할 수 있다. 복수 세트의 배양부를 가지는 가압 회로(52)는 압력 발생기부(9)의 급수부에 접속한 튜브(48), 가압수 폐쇄 밸브(38), 실린더(122), 가압 배관(10A), 직렬로 접속된 3개의 배양부(4A∼4C), 가압 배관(10B), 압력 발생기부(9)의 배수부의 가압수 폐쇄 밸브(36), 튜브(40)로 형성된다. 그리고 각 배양 챔버부(7)는 각각 독립한 배양 회로(30A, 30B, 30C)를 형성한다. 각 폐지 밸브 구동용 배선(32)은 압력 발생기부(9)에 3개 존재하는 각각의 출력 단자(164)에 대응하는 폐지 밸브 구동부(18A, 18B, 18C)(도 6)에 접속하여, 개별적으로 폐지 밸브부(72A, 72B, 72C)의 개폐를 실행하도록 하면 좋다. 각 배양 회로(30A∼30C)는 독립한 회로이므로, 배양 회로(30A∼30C)마다 세포, 배양액, 스캐폴드, 성장 인자 등에 차이를 두고, 동시에 배양할 수 있다. 또한, 압력의 강도나 패턴은 3개의 회로 모두 동일한 압력을 가할 수 있다.

배양액(14)의 순환 동작에 있어서, 배양 회로(30A, 30B, 30C)에 흐르는 배양액량에 변동이 생기는 것을 회피하기 위해서는, 1회로씩 흐르게 하면 된다. 제어부(120)에서 각 배양 회로(30A, 30B, 30C)의 배양액(14)의 유량을 설정하고, 그에 따른 제어에 의해 각 배양 회로(30A, 30B, 30C)의 유량을 별개로 흐르게 하는 것도 가능하다.

이와 같은 구성에 의하면, 복수의 배양 챔버부(7)를 병치하여, 각각에 다른 피배양물(62)을 수용하고, 동시에 복수 조건으로 배양하는 것이 가능하고, 동일 조건으로 배양하는 것도 가능하며, 처리의 메인 루틴(도 8)은 전술한 바와 같다.

이어서, 이 가압 순환 배양 시스템(200A)의 송액 처리에 대해서 도 21을 참조한다. 도 21은 송액 처리의 처리 순서를 나타내는 흐름도이다.

이 처리 순서는 전술한 바와 같이, 배양 회로(30A, 30B, 30C)를 구비했을 경우의 처리 순서이다. 복수의 배양 회로(30A, 30B, 30C)의 송액에서는, 각 배양 회로(30A, 30B, 30C)에 대하여 순번을 설정하여, 송액 동작을 실행한다. 송액의 대상으로 하는 배양 회로(30A, 30B, 30C) 중의 어느 1개는 그 대상인 폐지 밸브부(72A, 72B, 72C) 중의 어느 1개를 개방한 상태에서 피스톤(128)의 왕복 동작을 실행하여, 배양액(14)의 송액을 실행한다. 이 경우, 피스톤(128)의 왕복 동작은 피스톤(128)의 0점 조정 위치를 기준으로 소정량 L만큼 밀어 넣고, 다시 0점 조정 위치로 복귀하는 제어에 의해 실현된다.

그러므로, 이 처리 순서에서는 배양 회로(30A, 30B, 30C)의 순으로 송액 동작을 실행하는 것으로 하면, 폐지 밸브부(72A)를 개방하고, 다른 폐지 밸브부(72B, 72C)를 폐지하여(단계 S201), 피스톤(128)의 왕복 동작을 실행하고(단계 S202), 이어서, 폐지 밸브부(72B)을 개방하고, 다른 폐지 밸브부(72C, 72A)를 폐지하여(단계 S203), 피스톤(128)의 왕복 동작을 실행하고(단계 S204), 이어서, 폐지 밸브부(72C)을 개방하고, 다른 폐지 밸브부(72A, 72B)를 폐지하여(단계 S205), 피스톤(128)의 왕복 동작을 실행하고(단계 S206), 메인 루틴(도 8)으로 복귀한다.

이 처리 순서에 있어서, 피스톤(128)의 왕복 동작에서는 도 22에 나타낸 바와 같이, 피스톤(128)을 소정량 L만큼 이동하면(단계 S211), 가압 매체(34)가 압출되어, 그 분량만큼 폐지 밸브부(72A)가 열려 있는 배양 회로(30A)의 압력 전달 필름(104)이 압력 전달 공간부(94)로 팽출한다. 이것에 의해 배양액(14)은 폐지 밸브부(72A)로부터 압출된다. 체크 밸브(98)는 배양액(14)의 역류를 저지한다. 피스톤(128)을 0점 조정 위치로 복귀시키면(단계 S212), 압력 전달 공간부(94)측으로 팽출해 있던 압력 전달 필름(104)이 원래의 위치에 복귀하고, 그 분량만큼 배양액(14)이 체크 밸브(98)측으로부터 압력 전달 공간부(94)에 진입한다. 폐지 밸브부(72A)측에는 체크 밸브(70)가 있어서, 유출은 없다. 이 왕복 운동은 소정의 송액이 종료될 때까지 반복되어(단계 S213), 소정량의 배양액(14)이 송액된다.

이 피스톤(128)의 왕복 동작에 의한 송액을 폐지 밸브부(72A)에 대해서 설명했지만, 폐지 밸브부(72B)측의 배양 회로(30B), 폐지 밸브부(72C)측의 배양 회로(30C)에 대해서도 마찬가지이다.

[제5실시 형태]

제5실시 형태는 다른 가압 배관의 구성을 개시하고 있다. 제4실시 형태에서는 복수의 가압 배관(10A, 10B)으로 구성했지만, 단일 가압 배관(10A)으로 구성해도 좋다.

이 가압 순환 배양 시스템(200B)에서는 도 23에 나타낸 바와 같이, 제3실시 형태(도 19)와 마찬가지로, 배양부(4)와 압력 발생기부(9)를 단일 가압 배관(10A)으로 연결하고, 가압 배관(10B)을 접속하고 있던 포트부(156)에 앞서 기술한 튜브(40)를 통해서 주사기(44)를 접속하고, 튜브(40)의 중도부에는 가압수 폐쇄 밸브(36)를 구비하는 구성으로 해도 좋다.

이와 같은 구성에 의해서도 상기 실시 형태와 마찬가지로 가압 동작이나 송액 동작을 실행할 수 있다. 도 23에 있어서, 도 2와 동일한 부분에는 동일부호를 첨부하고, 그 설명을 생략한다.

[상기 실시 형태의 특징 사항 및 다른 실시 형태]

(1) 배양부(4)의 밀폐성을 유지하면서, 배양부(4)와 압력 발생기부(9)가 분리 가능하다.

(2) 폐지 밸브부(72; 72A, 72B, 72C)의 개폐와 압력 발생기부(9)의 가압 동작에 의해 배양액(14)에 의한 피배양물(62)에 대한 가압과, 배양액(14)의 송액을 실행할 수 있다.

(3) 배양부(4) 및 압력 발생기부(9)의 구동 제어는 1개소에서 실행할 수 있다.

(4) 종래 장치에 비해서 구조가 간소화되었기 때문에, 취급이 용이하고, 장치 자체의 비용을 저감할 수 있다.

(5) 복수의 배양부의 접속이 가능하고, 또한, 각 배양부에 대하여 동일한 가압 동작을 실행할 수 있다.

(6) 기존의 인큐베이터를 활용할 수 있고, 온도, 가스 농도 등의 환경 설정을 실행할 수 있다.

(7) 세포 등을 다루는 실험에 있어서, 같은 세포를 사용해도 실험 개시 시간 등이 다르면 재현성이 얻어지지 않을 경우가 있는데, 이 경우에도, 일시에 각종의 조건을 설정해서 배양 실험을 실행할 수 있고, 신뢰성이 높은 결과도 얻을 수 있다. 따라서, 실험 횟수를 줄일 수 있고, 배양 비용의 저감을 도모할 수 있다. 즉, 1개의 배양 시스템으로 동시에 비교 실험이나 복수 종류의 세포 배양 실험의 비교 등을 실행할 수 있다.

(8) 동시에 복수의 배양계를 배양할 수 있으며, 동시에 복수의 배양을 실행할 경우, 무균을 유지해야 하는 부분은 배양 회로(30)이기만 하면 되고, 무균이 필요없는 가압 회로(52)와 분리할 수 있으며, 또한 간단한 구조이다.

(9) 압력 전달 공간부(94)는 피배양물(62)의 수용 공간부(64)와 인접하고, 유연성이 있는 필름 형상의 압력 전달 필름(104)으로 칸막이되어, 압력 전달 필름(104)의 외측에 압력 전달부가 접속되고, 소량의 가압 매체 공간부(108)가 구성되며, 이들이 배양부 본체(6)에 설치되어, 구조의 간략화가 도모되고 있다.

(10) 폐쇄계의 밀폐 회로가 형성되어, 안전성이 높고, 배양 시의 주위환경은 고도의 청정도가 요구되지 않는다. 간이하고 고정밀도의 배양이 실현된다.

(11) 인큐베이터(12) 밖으로 배양부 본체(6)를 꺼내, 현미경 관찰을 해도 좋고, 인큐베이터(12) 안에 현미경을 넣어 원격(remote)으로 관찰할 수도 있다. 배양계는 폐쇄계이므로 배양액(14)의 증발이 적고, 장기간이 아니면 가습하지 않아도 문제없으므로, 현미경에 악영향을 주지 않는다.

(12) 배양부 본체(6)는 각각 개별 배양 회로(30)를 형성하여, 압력 전달부(8)와 연결된다. 압력 전달 필름(104)은 유연성이 있는 필름으로, 가압 매체(34)와 배양액(14)은 멀리 떨어져 있지만, 압력이 거의 저항 없이 전달되므로, 압력의 전달 효율이 좋아, 압력 손실이 적다.

(13) 1대의 압력 발생기부(9)(친기(親機))로 복수의 배양부 본체(6)(자기(子機)) 내의 배양이 가능하다. 폐지 밸브부(72)의 개폐에 의해 가압 및 배양액 순환을 전환할 수 있어, 1개의 장치로 가압과 순환의 2가지 역할 겸하게 할 수 있다.

(14) 인큐베이터(12)의 본체와 도어의 이음매에 배관과 배선을 통과시킬 수 있으므로, 배양부(4)를 인큐베이터(12)에 설치하는 것이 용이하다. 게다가, 배양부(4)를 인큐베이터(12)에 설치할 때에 관통부(22)가 실링되어 있으므로, 인큐베이터(12)의 기밀성을 유지할 수 있다.

(15) 사용하는 스프링(130)과 압력 센서(134)에 의해 압력의 범위(range)를 선택할 수 있고, 고·저의 압력으로 용이하게 전환할 수 있다.

(16) 폐지 밸브부(72)를 개방함으로써 내부의 압력을 대기압으로 개방하고, 이 압력을 기준으로 하여 압력 센서(134)를 캘리브레이션(calibration)할 수 있다. 이 경우, 압력 센서(134)의 상대 압력을 「0」(대기압)으로 캘리브레이션한다. 배양액 저장소(26)의 높이 변화가 심해도, 압력 전달 필름(104)이 장력을 받고 있어도, 대기압인 배양 챔버부(7) 내를 압력 「0」으로서 제어할 수 있다.

(17) 일정시간마다 압력을 체크하고, 조절 불능의 경우에는 경보를 발하는 구성으로 하면 좋다.

(18) 복수의 배양 회로(30)를 이용할 경우에는, 송액은 1회로마다 순차로 실행하면 좋지만, 한번에 복수의 회로를 순차로 실행해도 좋고, 송액의 시퀀스에 따라서 1회로씩 송액해도 좋다.

(19) 송액 후에는 배양액(14)이 교체되므로, 이 시점에서도 압력의 캘리브레이션을 실행하면, 항상 올바른 압력으로 가압 실험을 실행할 수 있다.

(20) 배양 챔버부(7) 및 배양 회로(30)는 폐쇄계를 유지하여 안전하므로, 피배양물(62)을 꺼낼 때만 청정한 환경으로 하면 좋다.

(21) 상기 실시 형태에서는, 도 3에 관통부(22)에 대해서 예시하고 있지만, 도어 패킹(56)의 실링을 더욱 강화하기 위해서는 도 24에 나타낸 바와 같이, 실링부(202)를 설치하고, 이 실링부(202)에 가압 배관(10A, 10B), 폐지 밸브 구동용 배선(32)을 관통시키는 구성으로 해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 가장 바람직한 실시 형태 등에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 기재에 한정되는 것이 아니고, 특허청구의 범위에 기재되거나, 또는 명세서에 개시된 발명의 요지에 근거하여 당업자에 있어서 다양한 변형이나 변경이 가능한 것은 물론이며, 이와 같은 변형이나 변경이 본 발명의 범위에 포함되는 것은 두말할 나위도 없다.

이 발명의 가압 순환 배양 장치 및 가압 순환 배양 시스템은 피배양물에 대한 가압 자극과, 배양액의 송액을 간략화된 구성에 의해 실현할 수 있고, 또한, 정밀도가 높은 배양 실험 및 조직 배양에 폭넓게 활용할 수 있어 유용하다.

2A, 2B, 2C 가압 순환 배양 장치
4 배양부
6 배양부 본체
7 배양 챔버부(수용부)
8 압력 전달부
9 압력 발생부
10A, 10B 가압 배관
12 인큐베이터
14 배양액
18 폐지 밸브 구동부
30, 30A, 30B, 30C 배양 회로
34 가압 매체
72, 72A, 72B, 72C 폐지 밸브부
94 압력 전달 공간부(배양액 저류부)
108 가압 매체 공간부(외부 압력 작용부)
132 가압 구동부
200A, 200B 가압 순환 배양 시스템

Claims

배양액이 저장됨과 더불어, 피배양물을 수용시키는 수용부와,
상기 수용부와 연통시켜, 외부 압력을 상기 배양액에 전달시키는 압력 전달부와,
상기 압력 전달부를 통해서 상기 수용부에 접속되고, 상기 압력 전달부를 통해서 상기 수용부에 상기 배양액을 순환시키는 배양액 순환로와,
상기 압력 전달부의 상류측의 상기 배양액의 순환로에 설치되어, 상기 배양액의 순환을 폐지하는 제1체크밸브와,
상기 수용부의 하류측의 상기 배양액의 순환로에 설치되어, 상기 배양액의 순환을 폐지하는 제2체크밸브를 구비하고,
외부 압력을 상기 압력 전달부를 통해서 상기 배양액에 작용시켜,
상기 수용부에 있는 상기 피배양물은, 상기 압력 전달부에 작용시킨 상기 외부 압력을 상기 배양액을 통해서 받고,
상기 수용부 및 상기 압력 전달부의 상기 배양액은 상기 제1체크밸브의 개방 상태 및 상기 제2체크밸브의 폐지 상태에 의해 상기 외부 압력으로 상기 수용부 및 상기 압력 전달부에 인입(引入)되고, 상기 제1체크밸브의 폐지 상태 및 상기 제2체크밸브의 개방 상태에 의해 상기 외부 압력으로 상기 수용부 및 상기 압력 전달부로부터 유출시키고,
상기 피배양물에 대한 가압과, 상기 수용부의 상기 배양액의 순환을 실행할 수 있는 것을 특징으로 하는 가압 순환 배양 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 압력 전달부에 가압 회로를 통해서 접속된 압력 발생원을 더 구비하고, 상기 압력 발생원에서 발생시킨 상기 외부 압력을 상기 가압 회로에 의해 상기 압력 전달부에 공급하는 것을 특징으로 하는 가압 순환 배양 장치.
외부 압력을 전달하는 배양부와,
이 배양부에 탈착가능하게 설치되고, 상기 외부 압력을 받는 배양 본체부를 구비하고,
상기 배양 본체부는, 배양액이 저장됨과 더불어, 피배양물을 수용시키는 수용부와, 상기 배양액에 상기 외부 압력을 전달시키는 압력 전달부와, 이 압력 전달부와 상기 수용부를 연통시키는 통로부를 구비하고,
상기 배양부로부터 상기 압력 전달부에서 분리가능한 것을 특징으로 하는 가압 순환 배양 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 압력 전달부는 상기 배양액을 저장하는 배양액 저장부와, 상기 배양액 저장부에 압력 전달막을 통해서 설치되어, 외부 압력을 작용시키는 외부 압력 작용부를 구비하고, 외부 압력에 의해 상기 압력 전달막을 진퇴시켜서 상기 배양액에 외부 압력을 전달하는 것을 특징으로 하는 가압 순환 배양 장치.
배양액이 저장됨과 더불어, 피배양물을 수용시키는 수용부와,
상기 수용부와 연통시켜, 외부 압력을 상기 배양액에 전달시키는 압력 전달부와,
상기 압력 전달부를 통해서 상기 수용부에 접속되고, 상기 배양액을 상기 압력 전달부를 통해서 상기 수용부에 순환시키는 배양액 순환로와,
상기 압력 전달부의 상류측의 상기 배양액의 순환로에 설치되어, 상기 배양액의 순환을 폐지하는 제1체크밸브와,
상기 수용부의 하류측의 상기 배양액의 순환로에 설치되어, 상기 배양액의 순환을 폐지하는 제2체크밸브,
를 구비하는 복수의 배양 유닛과 함께, 상기 배양 유닛의 상기 압력 전달부에 부여하는 외부 압력을 발생하는 가압 구동부를 구비하고,
상기 가압 구동부에서 발생시킨 상기 외부 압력을 상기 압력 전달부를 통해서 상기 배양액에 작용시켜,
각 배양 유닛의 상기 수용부에 있는 상기 피배양물은, 상기 압력 전달부에 작용시킨 외부 압력을 상기 배양액을 통해서 받고,
상기 수용부 및 상기 압력 전달부의 상기 배양액은, 상기 제1체크밸브의 개방 상태 및 상기 제2체크밸브의 폐지 상태에 의해 상기 외부 압력으로 상기 수용부 및 상기 압력 전달부에 인입(引入)되고, 상기 제1체크밸브의 폐지 상태 및 상기 제2체크밸브의 개방 상태에 의해 상기 외부 압력으로 상기 수용부 및 상기 압력 전달부로부터 유출시키고,
상기 피배양물에 대한 가압과, 상기 수용부의 상기 배양액의 순환을 실행할 수 있는 것을 특징으로 하는 가압 순환 배양 시스템.
외부 압력을 전달하는 배양부와,
이 배양부에 탈착가능하게 설치되고, 상기 외부 압력을 받는 배양 본체부를 구비하는 복수의 배양 유닛과 더불어, 이들 배양 유닛에 부여하는 외부 압력을 발생하는 가압 구동부를 구비하고,
상기 배양 본체부는, 배양액이 저장됨과 더불어, 피배양물을 수용시키는 수용부와, 상기 배양액에 상기 외부 압력을 전달시키는 압력 전달부와, 이 압력 전달부와 상기 수용부를 연통시키는 통로부를 구비하고,
상기 배양부로부터 상기 압력 전달부에서 분리가능한 것을 특징으로 하는 가압 순환 배양 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 압력 전달부는 상기 배양액을 저장하는 배양액 저장부와, 상기 배양액 저장부에 압력 전달막을 통해서 설치되어, 외부 압력을 작용시키는 외부 압력 작용부를 구비하고, 외부 압력에 의해 상기 압력 전달막을 진퇴시켜서 상기 배양액에 외부 압력을 전달하는 것을 특징으로 하는 가압 순환 배양 시스템.
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