KR101629150B1 - 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기 - Google Patents

Abstract

일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 순환관에 의해 가동부 내에서도 배양액의 순환이 일어나므로 노폐물 등의 누적이 방지되어 세포의 배양에 지장이 초래되지 않고, 구조가 단순하며 구성요소의 일부를 재활용할 수 있으므로 제조비용이 절약될 수 있다.

Description

일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기{STIRRER FOR BIOREACTOR WITH DISPOSABLE CONTAINER}

본 발명은 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기에 관한 것으로, 교반기 내부에 잔류물의 잔존을 최소화할 수 있으며, 사용 후에는 폐기할 수 있는 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기에 관한 것이다.

현재 시약이나 백신의 제조, 신약 개발, 줄기세포를 이용한 치료 및 연구와 같이 의학, 약학, 생명공학 등 매우 넓은 분야에서 세포배양기를 포함하는 다양한 종류의 바이오리액터가 널리 활용되고 있다.

바이오리액터(bioreactor)는 생물의 체내에서 이루어지는 물질의 분해, 합성, 화학적인 변환 등의 생화학적 반응 과정을 인공적으로 재현하는 시스템을 지칭하며, 생물반응장치라고도 한다.

따라서 바이오리액터로 행해지는 다양한 작업 내용에 따라 물질의 혼합이나 세포의 배양 등이 실제로 발생되는 컨테이너 내부에 적합한 영양분, 온도, 습도, pH, 산소 및 이산화탄소의 농도 등의 다양한 조건이 소정의 기간 동안 유지되도록 할 수 있어야 한다.

바이오리액터를 이용하여 생성 중인 물질이 오염될 경우에는 사용 중이던 고가의 모든 재료가 폐기되는 것이 일반적이다. 특히 바이오리액터로 세포배양을 하는 경우, 일반적으로 세포는 자체적으로 면역체계를 갖추는 경우가 매우 드물기 때문에 바이오리액터 내부는 오염되지 않도록 외부와 철처히 차폐된 상태가 유지될 수 있어야 한다. 아울러 세포배양을 시작하기 전에는 바이오리액터를 오토클레이브 또는 감마선 등으로 멸균하는 단계를 거치고 있다.

그리고, 동물세포를 배양하는 경우에는 바이오리액터의 구성요소 중 세포에 직접 접촉되는 것들이 동물 유래 원료 물질이 배제된(animal derived component free; ADCF) 청정상태의 소재로 제조되어야 한다.

상술한 바와 같은 조건을 모두 갖춘 바이오리액터의 구성요소는 상당히 고가이므로, 각종 연결관이나 커넥터와 같은 소모품을 제외한 상당수의 구성요소는 최대한 재활용되고 있다.

그런데 한 번 세포배양 등의 작업이 완료된 후에는 바이오리액터의 잔류물질을 완전히 제거하고 상술한 멸균단계를 다시 시행하는 등 다수의 절차를 거친 후에야 바이오리액터를 재사용할 수 있게 된다. 특히 세포 등의 반응물이 직접 수용되어 생화학적 반응이 그 내부에서 이루어지는 컨테이너의 경우에는 더욱 엄격한 조건이 적용되고 있다.

이와 같이 바이오리액터를 재사용하기 위한 절차에는 상당한 시간, 비용 및 노력이 소요되고 있다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 일회용 반응백을 적용한 일회용 컨테이너가 제안되었다. 일회용 반응백은 벽체가 가요성 필름으로 이루어진 주머니 형상을 갖는 것으로, 재사용이 가능한 컨테이너를 대체하여 그 내부에 반응물이 수용되어 생화학적 반응이 일어나도록 한 것이다.

즉, 일회용 컨테이너는 한번 바이오리액터가 사용된 후에는 바이오리액터로부터 분리되어 폐기될 수 있도록 제조된 것으로, 이러한 일회용 컨테이너의 공급 및 활용 사례가 증가되고 있다. 일회용 반응백은 재사용이 가능한 컨테이너에 비하여 최대한 낮은 비용으로 제조될 수 있어야 하며, 재사용이 가능한 컨테이너와 같이 높은 안전성 및 밀폐성을 가져야 한다.

일회용 컨테이너는 상술한 바와 같이 가요성 필름으로 이루어지는 것이 일반적이다. 따라서 자립이 불가능한 것이 일반적이므로 바이오리액터에 지지수단을 구비하여 일회용 컨테이너가 일정한 형상을 유지할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이 일회용 컨테이너를 이루는 벽체가 가요성을 갖는 특성 때문에, 한 규격의 일회용 컨테이너로도 다양한 용량의 결과물을 얻기 위한 작업에 사용될 수 있다는 장점을 얻을 수 있는 반면, 교반기의 설치는 곤란해진다는 단점이 있다.

즉, 일회용 컨테이너 내에는 영양분 및 산소 등을 순환시키기 위한 교반기가 설치되는 것이 일반적인데, 일회용 컨테이너 내부에 수용되는 물질의 용량에 따라 그 용적이 변경되므로 교반기가 일정한 위치에 설치되기 어려워지는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 노력의 일환으로 미국공개특허 US 2011/0229963에는 교반기에 관절을 형성하여 일회용 컨테이너의 용적이 변경되더라도 교반을 행할 수 있는 교반기가 제안된 바 있다.

그러나 이러한 교반기는 그 제조에 상당한 비용과 노력이 소요되므로 고가이며, 이를 재사용하기 위해서는 엄격한 멸균 과정을 거쳐야 하는 단점이 있다.

이 단점은 일회용 컨테이너의 내측 저면에 자기력을 이용하여 구동시킬 수 있는 방식의 교반기를 설치하는 방법이 적용될 수 있겠으나, 이러한 방식의 교반기 내부에는 그 구조적인 특성상 작동을 위한 공간이 형성되는 것이 일반적이다. 이 공간에 배양 중 사멸된 세포, 배양 중인 세포에서 발생된 노폐물 등이 누적되어 부패가 진행됨에 따라 일회용 컨테이너의 내부가 오염되어, 배양 중이던 세포를 사용할 수 없게 되는 경우가 발생된 사례가 있었다.

따라서 교반기의 가동부 내에서도 배양액 등의 순환이 이루어질 수 있으면서도 비교적 낮은 비용으로 제조되어 일회용으로 사용될 수 있는 교반기의 제공이 필요한 실정이다.

미국공개특허 US2011/0229963(발명의 명칭: STIRRER FOR A BIOREACTOR, 공개일: 2011년 9월 22일)

본 발명의 실시예는 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터에 용이하게 적용할 수 있는 교반기를 제공하고자 한다.

그리고, 본 발명의 실시예는 교반기의 가동부 내에서도 배양액의 순환이 이루어지고, 제조비용을 최대한 낮출 수 있는 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하나 이상의 구조층으로 이루어지고 하측에 교반기결합공이 형성된 용기 형상의 일회용 반응백에 결합되는 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기로서, 상기 교반기결합공의 가장자리부분 하면 또는 상면과 면접촉 되는 접합부가 외주연을 따라 형성된 회전지지대와, 상기 회전지지대의 중간 부분에 상방향으로 고정 설치 또는 돌출 형성된 회전축과, 중심부에는 상기 회전축이 삽입되는 축공이 형성되고 가장자리 부분에는 상기 축공과 나란한 방향으로 형성된 복수의 자성체홈이 방사상으로 배치된 교반본체와, 상기 축공 내에 배치되고 상기 교반본체를 상기 회전축에 대하여 회전 가능하게 지지하는 베어링과, 상기 교반본체로부터 돌출되도록 배치된 복수의 교반날개를 포함하는 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 교반본체에는 상기 교반본체의 외주면 또는 상측 가장자리부분으로부터 상기 축공을 관통하는 하나 이상의 순환관이 형성될 수 있다.

이때, 상기 순환관은 상기 회전축에 수직한 가상의 면에 투영하였을 때 상기 축공으로부터 방사상으로 배치될 수 있다. 또는, 상기 순환관은 상기 회전축에 수직한 가상의 면에 투영하였을 때 상기 축공의 접선방향으로 배치될 수 있다.

그리고, 상기 순환관은 상기 교반본체의 가장자리부분으로부터 중심부로 갈수록 하방향으로 경사지도록 배치될 수 있다.

여기서, 상기 축공의 내주면에는 하나 이상의 순환핀이 돌출 형성될 수 있다.

상기 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기에 있어서, 상기 회전지지대의 상면은 중심부로부터 가장자리로 갈수록 하방향으로 경사진 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 회전지지대 상면 중 상기 접합부를 제외한 부분에 급기공이 형성되고, 상기 회전지지대의 하면에는 상기 급기공과 상통되는 라인연결부가 형성될 수 있다.

상기 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기에 있어서, 상기 축공에는 하측의 내경이 상측의 내경보다 큰 고정턱이 형성되고, 상기 고정턱에 의해 상기 베어링의 외측 가장자리부분의 상측이 지지될 수 있다.

여기서, 상기 회전축에는 하측의 외경이 상측보다 큰 지지턱이 형성되고, 상기 지지턱에 의해 상기 베어링의 내측부분 하측이 지지될 수 있다. 이때, 상기 회전지지대의 상면으로부터 상기 지지턱까지의 높이와 상기 베어링의 높이를 합한 높이는 상기 교반본체의 저면으로부터 상기 고정턱까지의 높이보다 클 수 있으며, 상기 회전지지대 및 교반본체의 서로 마주보는 면들 중 하나 이상에는 윤활홈이 형성될 수 있다.

상기 복수의 교반날개는 상기 교반본체에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 하나 이상의 구조층으로 이루어지고 상측에 교반기결합공이 형성된 일회용 반응백에 결합되는 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기로서, 상기 교반기결합공의 가장자리부분 상면 또는 하면과 면접촉 되는 접합부가 외주연을 따라 형성된 회전지지대와, 상기 회전지지대의 가장자리 부분 중 상기 접합부를 제외한 부분에 고정 설치 또는 돌출 형성된 회전지지부와, 중심부에는 교반축이 하방향으로 고정 설치 또는 돌출 형성되고 가장자리 부분에는 상기 교반축과 나란한 방향으로 형성된 복수의 자성체홈이 방사상으로 배치된 교반본체와, 상기 회전지지부 내에 배치되고 상기 교반본체를 상기 회전지지부에 대하여 회전 가능하게 지지하는 베어링과, 상기 교반축의 하측에 방사상으로 돌출되도록 배치된 복수의 교반날개를 포함하는 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 회전지지부의 하측에는 상측보다 내경이 작은 지지턱이 형성되고, 상기 지지턱에 의해 상기 베어링의 외측 가장자리부분의 하측이 지지될 수 있다.

이때, 상기 교반본체의 외주연에는 상측의 외경이 하측보다 큰 고정턱이 형성되고, 상기 고정턱에 의해 상기 베어링의 내측부분 상측이 지지될 수 있다.

한편, 상기 회전지지대의 상면에는 라인연결부가 형성되고, 상기 회전지지대의 하면 중심부에는 상기 라인연결부와 상통된 회전연결부가 형성되며, 상기 교반축의 하측에는 급기공이 형성되고, 상기 교반축에는 상기 회전연결부로부터 상기 급기공이 상통되도록 하는 중공부가 형성될 수 있다.

상기 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기에 있어서, 상기 교반날개의 표면에는 다수의 돌기 또는 홈이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기에 있어서, 상기 교반본체의 횡단면은 원형, 타원형 또는 다각형일 수 있다.

또한, 상기 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기에 있어서, 상기 교반날개의 일면 또는 양면에는 보강리브가 돌출 형성될 수 있다. 이때, 상기 보강리브는 격자 형상을 가지며, 상기 교반날개의 상측 또는 하측으로 갈수록 그 폭이 증가된 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 교반기에 접합부가 구비되어 바이오리액터의 일회용 컨테이너에 용이하게 결합시켜 사용할 수 있도록 함으로써 각종 생물공정이나 제약공정에 소요되는 비용이 크게 절감될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 순환관에 의해 가동부 내에서도 배양액의 순환이 일어나므로 노폐물 등의 누적이 방지되어 세포의 배양에 지장을 초래하지 않고, 구조가 단순하고 구성요소의 일부를 재활용할 수 있으므로 제조비용이 절약될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기 및 일회용 반응백이 예시된 분해사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기 및 일회용 반응백이 예시된 사시도
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기의 분해사시도
도 4는 도 3의 A-A 직선에 따른 단면도
도 5는 도 3에 도시된 교반본체의 저면사시도
도 6은 도 3에 도시된 교반본체의 저면도
도 7은 도 5에 B로 표시된 부분의 확대도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기의 일 변형예의 단면도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기의 다른 변형예의 단면도
도 10은 도 3에 도시된 교반본체의 변형예의 분해사시도
도 11은 도 10의 E 방향에서 본 교반날개의 배면도
도 12는 도 11에 도시된 보강리브의 변형예를 설명하기 위한 도면
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기의 분해사시도
도 14는 도 13의 F-F 직선에 따른 단면도
도 15는 도 14에 도시된 교반기의 변형예를 설명하기 위한 도면

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 명세서에는 앞에서 서술한 바와 같이 생물의 체내에서 이루어지는 물질의 분해, 합성, 화학적인 변환 등의 생화학적 반응 과정을 인공적으로 재현하는 시스템 외에 세포배양기 또는 세포배양에 사용되는 배양액 등을 제조하기 위한 혼합기 등의 장치를 편의상 바이오리액터로 통칭하기로 한다.

그리고, 설명의 편의상 본 명세서의 상세한 설명에서는 '일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기'를 '교반기'라 약칭하기로 하며, 아래에서 서술할 교반기에 대한 설명은 앞에서 정의한 바이오리액터로 행하여 질 수 있는 다양한 작업 중 세포배양 작업을 예시하여 서술하기로 한다.

또한, 본 명세서에서는 교반기 결합공이 형성된 일회용 반응백과 교반기의 결합체를 '일회용 컨테이너'라고 칭하기로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 교반기(150) 및 일회용 반응백(110, 이하 '백'이라 함)의 분해사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 교반기(150) 및 백(110)의 사시도가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 바이오리액터(도시되지 않음)에 사용되는 일회용 컨테이너(100)에는 백(110) 및 교반기(150)가 포함된다.

백(110)은 일회용 컨테이너(100)가 사용될 용도에 따라 단일층 또는 다층이 적층된 구조의 필름으로 제조될 수 있다. 참고로, 앞에서 언급했던 바와 같이 이러한 일회용 컨테이너(100)는 가요성을 가져서 자립할 수 없을 수 있으므로, 일회용 컨테이너(100)에는 백(110)을 지지하기 위한 용기 형상의 지지구조체(도시되지 않음)가 더 포함될 수 있다.

백(110)이 단일층일 경우와 다층일 경우 모두 내측면은 배양액이나 배양되는 세포 등 일회용 컨테이너(100)의 내부에 수용된 물질과 직접 접하게 되므로, 이러한 물질을 오염시키거나 세포배양의 저하를 유발하지 않을 수 있는 소재로 제조되어야 한다. 이러한 소재로는 99.99% 이상의 순도를 갖는 폴리에틸렌 수지를 예로 들 수 있다.

그리고, 일회용 컨테이너(100) 내부 및 외부 사이에 산소나 이산화탄소와 같은 가스의 교환이 차단되어야 할 경우에는 기체투과성이 매우 낮은 소재를 상술한 바와 같은 백(110)의 내측면 외면에 추가로 적층할 수도 있다. 이러한 소재로는 에틸렌초산비닐(ethylene-vibnyl acetate,; EVA)을 예로 들 수 있다.

또한, 일회용 컨테이너(100)의 규모가 증가되면 백(110)에 가해지는 압력 등의 외력이 증가된다. 따라서 백(110)의 구조적 강도를 향상시키기 위하여 상술한 바와 같은 내측면의 외면에 높은 인장응력을 갖는 나일론 수지와 같은 소재가 추가로 적층될 수 있다.

아울러, 교반기(150) 또한 세포에 직접 접하게 되므로 상술한 바와 같은 폴리에틸렌 수지 또는 스테인리스 스틸 등과 같은 소재로 제조되도록 할 수 있다.

백(110)에는 교반기(150)가 삽입 및 고정되는 교반기결합공(111)이 형성되며, 교반기(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 그 가장자리 부분이 교반기결합공(111)의 가장자리 부분과 접합되어 밀폐되도록 할 수 있는데, 본 실시예에서는 열 또는 초음파에 의해 융착되어 융착부(W)가 형성된 것이 예시되어 있다.

도 3에는 도 1 및 도 2에 도시된 교반기(150)의 분해사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 A-A 직선에 따른 단면도가 도시되어 있으며, 도 5에는 도 3에 도시된 교반본체의 저면사시도가 도시되어 있다. 도 3 내지 도 5를 참조하여 교반기(150)의 구조를 설명한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 교반기(150)에는 교반본체(151), 교반날개(152), 베어링(153) 및 회전지지대(161)가 포함된다. 교반본체(151)에는 자성체홈(155), 순환관(156), 순환공(156a, 156b) 및 고정부재안착홈(157)이 형성되고, 회전지지대(161)에는 고정부재(165)가 포함되며 접합부(162), 회전축(163) 및 지지턱(164)이 형성된다.

베어링(153)에는 외측링(153a), 내측링(153b) 및 베어링볼(153c)이 포함된다. 그리고, 도시되지는 않았으나 베어링(153)에는 베어링볼(153c) 사이의 간격을 일정하게 유지하는 리테이너가 더 포함될 수 있다.

회전지지대(161)는 평판 형상을 갖도록 형성되는데, 회전지지대(161)의 외주연은 교반기결합공(111)과 상응하는 형상으로 형성된다. 도시되지는 않았으나, 교반기결합공(111) 및 회전지지대(161)의 외주연 형상은 필요에 따라 타원형이나 다각형 등 다양한 형상으로 변경될 수 있다.

회전지지대(161)의 외주연에는 접합부(162)가 측방향으로 돌출 형성되는데, 접합부(162)는 교반기결합공(111)보다 다소 넓게 형성되어 접합부(162)의 하면 또는 상면이 교반기결합공(111)의 가장자리부분에 면접촉 되도록 형성된다.

여기서, 도시되지는 않았으나, 접합부(162)의 하면 또는 상면에는 백(110)의 외측면을 이루는 소재와 동일한 소재 또는 용이하게 융착되는 소재가 코팅된 접합막이 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 융착부(W)는 교반기결합공(111)의 가장자리부분 및 접합부(162)가 면접촉 된 부분을 열 또는 초음파 등을 이용하여 융착되도록 하여 형성된 것이다.

예를 들어, 도시되지는 않았으나, 접합부(162)에 면접촉된 교반기결합공(111)의 가장자리부분을 링 형상 등 적절한 형상을 갖는 별도의 고정수단으로 고정시킨 후, 이 부분을 가열수단으로 직접 가열하거나 초음파가 발생되는 헤드로 초음파진동을 가하여 열이 발생되도록 함으로써 면접촉된 부분이 융착되도록 한다.

융착이 완료되어 융착부(W)가 형성되면 일회용 컨테이너(100)의 내부공간은 백(110) 및 회전지지대(161)에 의해 외부에 대하여 밀폐된다.

참고로, 도시되지는 않았으나, 접합부(162)에는 가장자리를 따라 돌기 또는 홈이 형성되고, 백(110)의 교반기결합공(111) 가장자리 부분에도 이에 상응하는 홈 또는 돌기가 형성될 수 있다.

이는 교반기결합공(111)의 가장자리 부분과 접합부(162)가 융착되도록 하기 전에 교반기결합공(111)의 가장자리 부분 및 회전지지대(161)가 임시로 고정된 상태를 유지하도록 하기 위한 것으로, 이들에 의해 고른 형상의 융착부(W)가 형성될 수 있다. 또한, 융착을 위해 접촉되는 면적이 증가되도록 함으로써 융착이 더욱 견고하게 이루어지도록 하는 효과도 얻을 수 있다.

참고로, 교반기결합공(111)의 가장자리 부분 및 접합부(162)의 임시적인 고정에는 상술한 돌기 또는 홈 대신 접착제 등이 사용될 수 있다. 이들의 접착된 부분은 융착부(W)보다 외측에 배치되므로, 일회용 컨테이너(100)의 내용물이 접착제에 직접 접촉되지 않으므로 배양 등의 작업에 지장이 초래되지 않으면서도 보다 용이하게 융착부(W)의 형성이 이루어질 수 있다.

회전축(163)은 회전지지대(161)의 중간 부분에 상방향으로 고정 설치되거나 회전지지대(161)와 일체로 돌출 형성되도록 할 수 있다.

지지턱(164)은 회전축(163)의 하측 부분에 배치되는데, 회전축(163)보다 작은 직경을 갖는다. 지지턱(164)은 회전지지대(161)에 별도로 제작되어 설치될 수 있고, 회전지지대(161) 및 회전축(163)으로부터 돌출 형성될 수도 있다. 지지턱(164)의 높이에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.

교반본체(151)는 횡단면이 도시된 바와 같이 원형을 갖도록 형성될 수 있으며, 필요에 따라서는 타원형이나 다각형을 갖도록 형성될 수도 있다. 교반본체(151)의 중심부에는 축공(154)이 형성되고, 그 가장자리 부분에는 축공(154)과 나란한 방향으로 복수의 자성체홈(155)이 형성된다.

참고로, 본 명세서에서의 '나란함', '수직' 및 '접선방향' 등은 수학적인 '나란함', '수직' 및 '접선방향'을 의미하는 것이 아니라, 가공오차 및 조립오차 등 각종 오차를 감안한 '나란함', '수직' 및 '접선방향'을 의미한다.

교반날개(152)는 교반본체(151)의 측방향을 향하여 교반본체(151)로부터 방사상으로 돌출되도록 배치된다. 교반날개(152)는 도시된 바와 같이 교반본체(151)와 일체로 형성될 수도 있고, 도시되지는 않았으나 교반날개(152)는 교반본체(151)와 별도로 제조된 후 교반본체(151)에 결합될 수 있다. 그리고, 교반날개(152)는 교반본체(151)의 상방향으로 돌출되거나 상방향과 측방향 모두로 돌출되도록 배치될 수도 있다.

교반날개(152)의 표면에는 도 3에 도시된 바와 같이 다수의 홈(dimple, 152a)이 형성될 수 있다. 이 홈(152a)은 교반날개(152)가 회전될 때 표면에 접촉되는 배양액(도시되지 않음) 등의 액체가 다수의 홈(152a) 사이에서 와류를 발생시키도록 한다.

이에 따라 교반날개(152)의 표면에는 배양액에 의한 미세한 막이 형성된 효과가 발생되므로, 교반날게(152)의 표면과 배양액 사이에 발생되는 마찰력이 감소될 수 있다. 특히, 홈(152a)에 의해 마찰력이 감소되는 효과는 배양액의 점도가 높을수록 증가될 수 있다.

참고로, 도시되지는 않았으나, 상술한 바와 같은 마찰력 감소효과를 얻기 위해 교반날개(152)의 표면에는 다수의 홈(152a) 대신 다수의 돌기(riblet)가 형성되도록 할 수도 있다.

자성체홈(155)에는 도시되지 않은 영구자석이 삽입된다. 이는 영구자석의 자기력을 이용하여 교반본체(151)가 회전지지대(161)에 대하여 회전되도록 구동력을 전달하기 위한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이 자성체홈(155)은 교반본체(151)에 방사상으로 배치된다.

복수의 자석(도시되지 않음)은 이웃하게 배치된 것의 N극과 S극이 교대로 교반본체(151)의 하측방향을 향하도록 자성체홈(155)에 각각 삽입될 수 있으며, 자석(도시되지 않음)과 자성체홈(155)은 나사결합 또는 억지끼워맞춤에 의해 결합되어 추후 필요할 경우 자성체홈(155)으로부터 분리 가능하게 결합될 수 있다.

따라서, 일회용 컨테이너(100)를 한 번 사용한 후 폐기할 때 교반기(150)로부터 영구자석을 용이하게 회수하여 재사용되도록 할 수 있다.

일회용 컨테이너(100)가 세포배양 등에 활용될 경우 교반기(150)를 작동시키기 위해서는 교반본체(151)가 회전축(163)을 회전중심으로 회전지지대(161)에 대하여 회전될 수 있어야 한다.

이를 위하여, 도시되지는 않았으나, 자성체홈(155)에 결합된 복수의 자석에 자기력에 의한 인력 또는 척력을 가하는 구동장치가 회전지지대(161)의 하측에 배치된다. 구동장치에는 자석의 수에 상응하는 전자석이 내장되고, 전자석에 흐르는 전류의 방향 및 전류량이 필요에 따라 조절될 수 있도록 컨트롤 회로가 포함되어, 교반본체(151)의 회전 및 정지, 회전방향, 회전속도 등을 조절할 수 있게 된다.

베어링(153)은 축공(154) 내에 배치되어 교반본체(151)를 회전축(163)에 대하여 회전 가능하게 지지한다.

축공(154) 내에는 하측의 내경이 상측의 내경보다 큰 형상을 갖도록 고정턱(159)이 돌출 형성된다. 이때 고정턱(159)은 베어링(153)의 외측 가장자리부분의 상측이 지지되도록, 즉 고정턱(159)의 하측면이 외측링(153a)의 상측면을 지지하도록 형성된다.

내측링(153b)은 회전축(163)에 관통되는 형상으로 결합된다. 이때 베어링(153)은 지지턱(164)에 의해 내측부분 하측이 지지된다. 즉, 지지턱(164)은 내측링(153b)의 하측면이 지지턱(164)의 상측면에 의해 지지되도록 형성된다.

따라서 도 4에 도시된 바와 같이 베어링(153)의 내측링(153b)은 회전축(163) 및 지지턱(164)에 의해 지지되고, 교반본체(151)는 축공(154)의 내주면 및 고정턱(159)에 의해 지지되므로, 교반본체(151)는 베어링(153)에 의해 회전축(163)을 회전중심으로 하여 원활하게 회전되도록 지지된다.

한편, 회전지지대(161)의 상면으로부터 지지턱(164)까지의 높이와 베어링(153)의 높이를 합한 높이는 교반본체(151)의 저면으로부터 고정턱(159)까지의 높이보다 크도록 형성된다.

이는 교반본체(151)의 저면과 회전지지대(161)의 상면이 밀착되지 않도록 하기 위한 것으로, 두 면 사이에 마찰이 발생되지 않도록 하기 위한 것인 동시에, 여기에 일회용 컨테이너(100) 내에서 발생된 사멸된 세포나 배양 중인 세포에서 배출된 노폐물 등의 이물질이 고착되지 않도록 하기 위한 것이다.

참고로, 교반본체(151)의 저면과 회전지지대(161)의 상면 사이의 간격은 1mm 이상이 되도록 할 수 있다.

그리고 교반기(150)의 작동 중에 베어링볼(153c)과 외측링(153a) 또는 내측링(153b) 사이의 마찰 등에 의해 발생되는 분진을 최소화하기 위하여, 베어링(153)은 내마멸성이 높은 소재로 이루어지도록 할 수 있다. 아울러, 교반기(150)에는 도시된 베어링(153)과 같은 구름베어링(rolling bearing) 외에 유체베어링(hydraulic bearing)이나 자기베어링(magnetic bearing)과 같은 비접촉방식의 베어링도 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이 회전지지대(161)의 상면 중 교반본체(151)의 저면과 마주보는 부분에는 도 4에 도시된 바와 같이 윤활홈(166)이 형성될 수 있다. 윤활홈(166)에는 배양액(10)이 수용되는데, 회전지지대(161)의 상면 및 교반본체(151)의 저면이 상대적인 운동을 할 때에 와류가 발생되도록 한다.

이에 따라 회전지지대(161)의 상면 및 교반본체(151) 하면 사이에 발생되는 배양액(10)의 점성에 의한 마찰력이 크게 감소될 수 있으므로, 교반본체(151)를 회전시키는 데에 소요되는 에너지가 감소될 수 있으며, 배양액(10)의 유체마찰에 의한 온도상승이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

다만, 윤활홈(166) 내에 상술한 바와 같은 사멸된 세포나 배양 중인 세포에서 배출된 노폐물 등의 이물질이 고착되는 것을 방지하기 위하여, 윤활홈(166)은 회전지지대(161)의 중심부로부터 가장자리를 향하여 나선 형상을 갖도록 형성되거나 그 반대 방향으로 형성되도록 하여, 교반본체(151)가 회전지지대(161)에 대하여 상대적인 회전을 할 때 윤활홈(166) 내의 배양액(10)이 순환되도록 할 수 있다.

참고로, 도시되지는 않았으나, 윤활홈(166)은 회전지지대(161)의 상면 외에 교반본체(151)의 저면에도 형성될 수 있다.

한편, 교반기(150)가 작동할 경우에는 교반본체(151)가 회전하는 방향에 따라 교반날개(152)에 의해 일회용 컨테이너(100) 내에 수용된 배양액 등이 순환되는데, 이 과정에서 교반날개(152)와 배양액 등의 사이에 발생되는 상대적인 힘에 의해 교반본체(151)에는 상방향 또는 하방향의 힘이 가해지게 된다.

교반본체(151)에 하방향의 힘이 가해질 경우, 즉 교반본체(151)가 도 3에 표시된 곡선화살표와 같은 방향으로 회전되는 경우에는 교반날개(152)로부터 교반본체(151)로 전달되는 힘이 베어링(153)의 내측링(153b)을 지지하는 지지턱(164)에 의해 지지되므로 교반본체(151)가 회전축(163)으로부터 이탈될 가능성이 없다.

그러나 교반본체(151)에 상방향의 힘이 가해질 경우, 즉 교반본체(151)가 도 3에 표시된 곡선화살표와 반대 방향으로 회전되는 경우에는 교반본체(151)가 회전축(163)으로부터 이탈될 가능성이 있는데, 고정부재(165)에 의해 이러한 현상이 방지될 수 있다.

고정부재(165)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 회전축(163)의 상단부에 결합된다. 여기서, 고정부재(165)의 상측은 축공(154)의 상측 보다 큰 직경을 갖도록 형성되어 교반기(150)가 작동되는 중 교반본체(151)가 회전축(163)으로부터 이탈되는 것을 방지한다.

필요한 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 교반본체(151)의 상면에 고정부재(164)의 상측이 안착되는 고정부재안착홈(157)이 형성되도록 할 수 있다.

고정부재(165)는 도시된 바와 같이 회전축(163)의 상측에 나사결합 될 수도 있고, 도시되지는 않았으나 조립작업의 편의상 억지끼워맞춤 또는 걸림홈과 이에 상응하는 걸림돌기에 의해 결합되도록 할 수도 있다.

참고로, 고정부재(165) 상측의 저면 및 고정부재안착홈(157)의 상면은 교반본체(151)가 회전할 경우 서로 상대적으로 이동되므로 마찰이 발생될 수 있다. 이러한 마찰에 의해 분진 등이 발생되는 것을 방지하기 위하여, 고정부재(165)의 저면 및 고정부재안착홈(157)의 상면은 각각 경면가공 되거나, 앞에서 설명한 바와 같은 홈(도 3의 152a)와 같은 미세한 다수의 홈 또는 돌기가 형성되어 배양액에 의해 형성된 유체막에 의해 윤활되도록 할 수 있으며, 경우에 따라서는 이들 사이에 베어링(도시되지 않음)을 개재시킬 수도 있다.

또는, 도시되지는 않았으나, 고정부재(165)는 교반기(150)에 포함되지 않을 수도 있다.

예를 들어, 내측링(153b)은 회전축(163)에 억지끼워맞춤에 의해 결합되도록 하고 외측링(153a)은 축공(154)의 내주면에 억지끼워맞춤에 의해 결합되도록 하면, 고정부재(165) 없이도 교반본체(151)가 외력에 의해 회전축(163)으로부터 이탈되는 것이 방지되도록 할 수도 있다. 이 경우, 축공(154) 내의 고정턱(159)이나 회전축(163) 하측의 지지턱(164)이 형성되지 않을 수도 있다.

한편, 교반기(150)가 작동되는 중 상술한 바와 같이 각 구성요소들 사이의 마찰에 의해 발생되는 분진의 최소화를 위해 교반기(150) 내에는 가동공간(S)이 형성될 수 있다.

그런데 이러한 가동공간(S) 내로 유입된 배양액 등은 교반기(150)가 작동되더라도 순환되기 어려우므로, 가동공간(S) 내에 상술한 바와 같은 각종 이물질이 누적되거나 고착될 수 있다. 이물질에 세포로부터 배출된 노폐물이나 사멸된 세포 등이 포함되어 있을 경우에는 부패 등이 발생되어 배양액의 오염이 초래될 수 있으므로, 가동공간(S) 내에 이물질이 누적되지 않도록 할 필요가 있다.

이를 위하여 본 실시예에 따른 교반기(150)에는 순환관(도 6의 156 참조)이 형성되며, 순환관(156)의 양단에는 내측순환공(156a) 및 외측순환공(156b)이 형성되는데, 순환관(156)에 대해서는 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6에는 도 3에 도시된 교반본체(151)의 저면도가 도시되어 있다.

우선 도 3 내지 도 5를 참조하면, 교반본체(151)의 상측 가장자리 부분에는 외측순환공(156b)이 형성되고, 축공(154)의 하측에는 내측순환공(156a)이 형성된다.

도 6을 참조하면, 순환관(156)은 외측순환공(156b) 및 내측순환공(156a)을 연결하는 형상으로 형성된다. 즉, 순환관(156)은 교반본체(151)의 상측 가장자리로부터 축공(154)의 하측을 관통하는 형상으로 형성된다.

그러므로 순환관(156)은 교반본체(151)의 내측으로부터 가장자리 방향으로 갈수록 상방향을 향하도록 경사진 형상을 갖는다.

순환관(156)은 가동공간(S) 내로 유입된 배양액 등의 물질이 교반기(150)가 작동될 때 순환관(156)을 통하여 가동공간(S) 외부로 배출되도록 함으로써 가동공간(S) 내에서도 배양액 등의 순환이 일어나도록 한 것이다.

즉, 교반기(150)가 작동됨에 따라 순환관(156)을 통하여 배양액이 순환공간(S) 외부로 유출되면, 그 양만큼의 배양액이 교반본체(151)의 저면 및 회전지지대(161)의 상면 사이에 형성된 간격을 통하여 순환공간(S)으로 유입되고, 유입된 배양액은 다시 순환관(156)을 통하여 유출되는 형태의 순환이 일어나게 된다.

따라서 교반기(150)가 작동되어 일회용 컨테이너(100) 내의 배양액 등의 물질이 순환되면 순환공간(S) 내에서도 순환이 일어나므로 배양액 내에 포함된 상술한 바와 같은 이물질이 순환공간(S)에 누적되는 것이 방지된다.

도시되지는 않았으나, 순환관(156)은 교반본체(151)의 중심점(C)으로부터 반경방향으로 방사상으로 배치되도록 형성될 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 반경방향에 대하여 각도를 이루도록 형성될 수도 있다.

도시된 바와 같이 순환관(156)이 반경방향에 대하여 각도를 이루도록 한 것은 가동공간(S) 내에서의 배양액의 순환이 더욱 원활해지도록 하기 위한 것이다.

여기서, 도 6에 도시된 바와 같이 순환관(156)이 교반본체(151)의 저면, 즉 회전지지대(161)의 상면 또는 회전축(163)의 길이방향에 수직한 가상의 면에 투영했을 때 축공(154)의 접선방향을 향하도록 형성될 경우에는, 교반본체(151)가 곡선화살표로 표시한 방향으로 회전될 때에 가동공간(S) 내에 정지된 상태로 유입되어 있던 배양액이 내측순환공(156a)으로 용이하게 유입될 수 있으므로, 가동공간(S) 내의 배양액의 순환이 더욱 원활히 일어날 수 있게 된다.

교반본체(151)가 곡선화살표로 표시한 방향의 반대방향으로 회전되는 경우에는 순환관(156)의 방향 또한 반대로 형성될 수 있다.

도면에 표시된 θ는 순환관(156)이 상술한 바와 같이 축공(154)의 접선방향으로 형성될 수 있는 범위를 나타낸 것이다. 순환관(156)은 양측이 모두 개방되어야 하므로 자성체홈(155)을 회피하여 형성되어야 한다. 즉, 순환관(156)은 회전지지대(161)의 상면과 나란한 면에 투영한 것을 기준으로 하였을 때 θ의 범위 내에서 배치될 수 있다.

참고로, 상술한 도 3 내지 도 6에 도시된 순환관(156)은 교반본체(151)의 가장자리부분으로부터 축공(154)이 형성된 중심부로 갈수록 하방향으로 경사진 형상으로 배치되어 있는데, 이는 순환관(156)을 통한 순환효과가 증가되도록 하기 위한 것이다.

따라서, 도시되지는 않았으나, 교반날개(152) 및 자성체홈(155) 등과의 간섭이 일어날 경우에는 순환관(156)이 교반본체(151)의 중심으로부터 가장자리에 이르기가지 수평하게 배치되거나, 가장자리부분으로 갈수록 하방향으로 경사지도록 배치될 수도 있다.

이와 같이, 순환관(156)의 수, 형태 및 배치는 필요에 따라 변경될 수 있다.

도 7에는 도 5에 B로 표시된 부분의 확대도가 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 축공(154)의 하측 내주면에는 순환핀(158)이 돌출 형성된다. 순환핀(158)은 교반본체(151)가 회전할 때 가동공간(S) 내의 배양액 등에 유동을 발생시켜 순환관(158)에 의한 순환효과가 더욱 향상되도록 하는 동시에, 배양액 등이 순환공(156a)로 더욱 원활하게 유입되도록 하기 위한 것으로, 교반본체(151)의 회전방향을 감안하여 그 형상이 결정될 수 있다.

도시되지는 않았으나, 순환핀(158)은 축공(154) 내주면의 상측에도 형성되어 가동공간(S)의 전반에 배양액 등의 순환이 일어나도록 할 수 있다

참고로, 교반기(150)의 구성요소들의 소재로 상술한 바와 같은 폴리에틸렌 수지가 사용될 경우, 높은 가공성에 의해 교반기(150)의 구성요소들을 상술한 바와 같은 형상으로 가공하는 데에 소요되는 비용이 상당히 절약될 수 있다.

도시되지는 않았으나, 순환관(156) 내에는 사멸된 세포 및 분진과 같은 미세한 고형물을 거르는 필터가 내장되도록 하여 배양액 중으로 이물질이 분산되는 것이 최대한 방지되도록 할 수도 있다.

도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기의 일 변형예(150a)의 단면도가 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기의 일 변형예(150a)의 교반본체(151a)의 저면 및 회전지지대(161a)의 상면에는 경사가 형성된다.

이는 상술한 바와 같이 교반본체(151a) 내에 형성된 가동공간(도 4의 S 참조)에 상술한 사멸된 세포 및 분진과 같은 미세한 고형물이 누적되었을 경우, 이들이 교반본체(151a)의 저면 및 회전지지대(161a)의 상면 사이에 형성된 간격을 통하여 중력에 의해 더 용이하게 외부로 배출되도록 하기 위한 것이다.

경사도(D)는 필요에 따라 조절될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이 회전지지대(161a)의 상면이 중심부로부터 가장자리로 갈수록 하방향으로 경사진 원추면의 형상을 갖도록 형성될 수도 있고, 도시되지는 않았으나 이 경사면이 곡면 형상을 갖도록 형성될 수도 있다. 이때 교반본체(151a)의 저면도 회전지지대(161a)의 상면과 상응하는 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

반면, 상술한 순환관(156) 및 순환핀(158)에 의하여 사멸된 세포 및 분진과 같은 미세한 고형물이 교반본체(151a)의 외부로 유동되도록 하는 것이 더 유리한 경우에는, 도시된 바와 달리 회전지지대(161a)의 상면이 가장자리로부터 중심부로 갈수록 하방향으로 경사지도록 할 수 있으며, 이때 교반본체(151a)의 저면 또한 상응하는 형상을 갖도록 할 수 있다.

이에 따라 사멸된 세포 및 분진과 같은 미세한 고형물은 가동공간(S)로 유동된 후 순환관(156)을 통하여 교반기(150a) 외부로 용이하게 배출될 수 있다.

도 9에는 본 발명의 일 실시예에 따른 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기의 다른 변형예(150b)의 단면도가 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기의 다른 변형예(150b)의 회전지지대(161)에는 스파저(167)가 형성된다.

스파저(167)는 회전지지대(161b) 내에 형성된 공간인 공기실(167a)과, 회전지지대(161b)의 하면에 형성된 라인연결부(167b)와, 회전지지대(161b)의 상면 중 접합부(도 4의 162 참조)를 제외한 부분에 공기실(167a)과 상통되도록 형성된 급기공(167c)으로 이루어진다.

라인연결부(167b)는 도시되지 않은 급기수단에 연결되는 부분으로, 라인연결부(167b)를 통하여 유입된 공기는 공기실(167a)을 거쳐 급기공(167c)을 통하여 스파저(167) 외부로 유동된다.

스파저(167)는 일회용 컨테이너(100) 내에 공기를 공급하고 순환을 촉진하기 위한 것으로, 급기공(167c)은 통상 복수 개 형성되며, 급기공(167c)을 통하여 유출된 공기가 배양액(도 4의 10 참조) 내에서 널리 분산될 수 있도록 교반날개(152)의 하측에 배치되도록 할 수 있다.

이와 같이 교반기(150a)에 스파저(167)가 일체로 형성되도록 하면 백(110)에 급기수단을 연결하기 위한 별도의 커넥터가 부착될 필요가 없어지므로, 밀폐성의 유지, 설치에 소요되는 시간 및 노력이 절감되는 효과를 얻을 수 있다.

참고로, 도시되지는 않았으나, 스파저(167)는 회전지지대(161b) 내에 공기실(167a)이 형성되는 대신 라인연결부(167b) 및 급기공(167c)이 직접 상통되는 구조로 형성될 수도 있다.

도 10에는 도 3에 도시된 교반본체의 변형예(171)의 분해사시도가 도시되어 있다.

도 10을 참조하면, 교반본체의 변형예(171)에는 복수의 교반날개(172)가 탈착 가능하게 결합된다.

교반본체(171)에는 탈착홈(171a)이 형성되고, 탈착홈(171a)에는 걸림홈(171b)이 형성된다. 복수의 교반날개(172)에는 탈착홈(171a)에 상응하는 탈착부(172a)가 각각 형성되며, 탈착부(172a)에는 걸림홈(171b)에 상응하는 걸림돌기(172b)가 각각 형성된다.

이와 같이 교반본체(171)에 교반날개(172)가 탈착 가능하게 결합되도록 함으로써 교반본체(171)에는 도시된 교반날개(172) 외에 다른 형상을 갖는 교반날개(173)가 결합되도록 할 수 있다. 여기서, 점선으로 표시된 교반날개(173)는 실선으로 도시된 교반날개(172)보다 길이가 긴 것을 예시한 것이다.

즉, 앞에서 설명한 백(110)의 크기에 따라 필요한 길이를 갖는 교반날개(172, 173)를 교반본체(171)에 선택하여 결합되도록 함으로써 상술한 바와 같은 교반기(도 1의 150)를 제조하는 데 소요되는 자재 및 금형 등 생산비용이 절감되고 재고의 누적이 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

또는, 도시되지는 않았으나, 일회용 컨테이너(100) 내에서 행할 생화학적 반응의 종류에 따라 적절한 정도의 교반이 이루어질 수 있도록, 도시된 교반날개(172)보다 더 작은 것이 결합되도록 하거나 그 피치, 형상 및 수 등이 변경되도록 할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

한편, 교반본체(171) 및 교반날개(172)의 탈착 가능한 결합은 도시된 탈착홈(171a) 및 탈착홈(172a)과 같은 방식 외에 다양한 방법으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 교반날개(172)에 수나사 또는 결합돌기가 형성되고 교반본체(171)의 외주면에 상응하는 암나사 또는 결합홈이 형성되도록 할 수도 있다.

도 11에는 도 10의 E 방향에서 본 교반날개(173)의 배면도가 도시되어 있다.

도 11을 참조하면, 교반날개(173)에는 보강리브(181)가 돌출 형성된다. 여기서, 교반날개(173)는 도 10을 참조하여 설명한 바와 같이 상대적으로 길이가 긴 경우를 상정한 것으로, 교반날개(173)에 가해지는 배양액(도시되지 않음)의 저항이 클 경우 교반날개(173)가 변형되거나 파손되는 것이 방지되도록 하기 위한 것이다.

그리고 교반날개(173)의 구조적 강도가 향상되도록 하기 위하여 전체적인 두께가 증가되도록 하는 것보다는 보강리브(181)와 같이 부분적인 두께만 증가되도록 함으로써 교반날개(173)가 최대한 경량화 될 수 있도록 하는 효과도 얻을 수 있다.

보강리브(181)는 도시된 바와 같이 교반날개(173)의 길이방향으로 형성된 수평부(181a) 및 상하방향으로 형성된 수직부(181b)를 갖는 격자 형상을 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 보강리브(181)는 도시된 바와는 달리 대각선으로 배치된 격자 형상, 트러스 구조물과 같이 한 변을 이웃한 삼각형이 공유하는 형상, 벌집 형상을 갖는 등 다양한 형상으로 변경될 수 있다.

아울러 보강리브(181)는 교반날개(173)의 일면뿐만 아니라 양면에 모두 형성될 수도 있다. 다만, 교반날개(173)가 회전할 때 배양액에 지나친 와류가 발생되지 않아야 할 경우에는 교반날개(173)의 회전방향을 감안하여 교반날개(173)의 두 면 중 배양액을 가압하는 면의 반대면에만 보강리브(181)가 형성되도록 할 수도 있다.

참고로, 보강리브(181)는 교반날개(173)를 이루는 소재의 두께를 증가시키는 방법 외에 사출성형 시 그 내부에 강성도가 높은 금속선재를 삽입하는 방법 등으로 형성되도록 할 수도 있다.

도 12에는 도 11에 도시된 보강리브(181)의 변형예(182)를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

도 12를 참조하면, 보강리브의 변형예(182)는 교반날개(173)의 길이방향으로 형성된 수평부(182a), 상하방향으로 형성된 수직부(182b) 및 교반날개(173)의 가장자리 부분에 형성된 테두리부(182c)를 갖는다.

이때, 보강리브(182)는 교반날개(173)의 하측으로 갈수록 그 폭이 증가된 형상을 갖는다. 즉, 도시된 바와 같이 수직부(182b)는 상측의 폭(Tv1)보다 하측의 폭(Tv2)이 더 넓고, 테두리부(182c)도 상측의 폭(Th1)보다 하측의 폭(Th2)이 더 넓다.

이는 교반날개(173)가 회전될 때 교반날개(173)의 하측 가장자리부분으로부터 배양액에 유동을 유발하는 압력을 가하는 경우를 상정한 것으로, 교반날개(173)가 반대 방향으로 회전할 경우에는 도시된 바와 반대로 보강리브(182)의 폭이 상측으로 갈후록 증가된 형상을 갖도록 형성될 수도 있다.

즉, 교반날개(173)에 가해지는 힘의 크기가 부분적으로 상이한 점을 감안하여 보강리브(182)의 폭 또한 상응한 폭을 갖도록 형성함으로써, 교반날개(173)가 최대한 경량화 되도록 할 수 있다.

도 13에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 일회용 컨테이너(200)를 이용하는 바이오리액터용 교반기(250) 및 백(210)의 분해사시도가 도시되어 있고, 도 14에는 도 13의 F-F 직선에 따른 교반기(250)의 단면도가 도시되어 있다. 도 13 및 도 14를 함께 참조하여 설명한다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 바이오리액터(도시되지 않음)에 사용되는 일회용 컨테이너(200)에는 백(210) 및 교반기(250)가 포함된다.

백(210)은 교반기결합공(211)이 상측에 형성된다는 구성 상의 차이를 제외하고는 앞에서 설명한 백(도 1의 110)과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

교반기(250)에는 교반본체(251), 교반날개(252), 베어링(253), 교반축(254) 및 회전지지대(261)가 포함된다. 교반본체(251)에는 자성체홈(255)이 형성되고, 회전지지대(261)에는 접합부(262), 회전지지부(263) 및 지지턱(264)이 형성된다.

베어링(253)에는 내측링(253a), 외측링(253b) 및 베어링볼(253c)이 포함된다.

회전지지대(261)의 외주연에는 접합부(262)가 형성된다. 접합부(262) 및 교반기결합공(211)은 앞에서 설명한 접합부(162) 및 교반기결합공(111)과 같이 열 또는 초음파에 의해 융착될 수 있도록 형성된다.

회전지지대(261)의 가장자리 부분 중 접합부(262)를 제외한 부분에는 도시된 바와 같이 회전지지부(263)가 돌출 형성되거나 별도로 제조되어 결합된다. 회전지지부(263)의 하측에는 베어링(253)의 외측 가장자리, 즉 외측링(253b)을 지지하는 지지턱(264)이 형성된다.

지지턱(264)은 도시된 바와 같이 외측링(253b)의 외측 가장자리가 안착되도록 형성될 수도 있고, 회전지지부(263)의 내경이 감소되는 형상으로 내주면이 내측 방향으로 돌출되어 외측링(253b)의 외측 가장자리부분 하측이 지지되도록 형성될 수도 있다.

교반본체(251)의 중심부에는 교반축(254)이 하방향으로 고정 설치되거나 돌출 형성되고, 그 가장자리 부분에는 교반축(254)과 나란한 방향으로 복수의 자성체홈(255)이 형성된다. 자성체홈(255)에는 도시되지 않은 영구자석이 삽입되는데, 교반본체(251)에 방사상으로 배치된다.

도시되지는 않았으나, 자성체홈(255)에 결합된 복수의 자석에 자기력에 의한 인력 또는 척력을 가하는 구동장치가 회전지지대(261)의 상측에 배치된다. 구동장치에는 앞에서 설명한 바와 같이 자석의 수에 상응하는 전자석이 내장되어, 전자석에 흐르는 전류의 방향을 조절함으로써 교반본체(251)의 회전, 정지, 회전방향 및 회전속도 등을 조절할 수 있다.

교반날개(252)는 교반축(254)의 하측에 방사상으로 돌출되도록 배치된다. 교반날개(252)는 교반축(254)과 일체로 형성될 수도 있고, 교반축(254)과 별도로 제조되어 교반축(254)에 결합될 수도 있다.

교반본체(251)의 외주연에는 상측의 외경이 하측보다 큰 고정턱(259)이 돌출 형성된다. 고정턱(259)은 베어링(253)의 내측부분의 상측이 지지되도록, 즉 고정턱(259)의 하측면이 내측링(253a)의 상측면을 지지하도록 형성될 수 있다.

따라서 도시된 바와 같이 베어링(253)은 회전지지부(263)에 의해 지지되고, 교반본체(251)는 베어링(253)에 지지되므로, 교반본체(251)는 베어링(253)에 의해 회전지지부(263)에 의해 회전되도록 지지된다. 이때, 교반축(254)이 교반본체(251)의 회전중심에 배치되도록 한다.

그러므로, 구동장치(도시되지 않음)에 의해 회전지지대(261)에 대하여 교반본체(251)가 회전되면 교반축(254)이 회전되며, 이에 따라 교반날개(252)에 의해 백(도 13의 210) 내에 수용된 배양액(도시되지 않음)이 교반될 수 있다. 이때, 교반축(254)의 길이가 적절하게 형성되도록 하여 교반날개(252)가 배양액 중에 배치된 위치를 결정함으로써 적당한 교반효과를 얻을 수 있도록 한다.

일반적으로 백(210)의 내부에는 그 상측에 여유 공간이 형성되도록 배양액(도시되지 않음) 등의 내용물이 적절한 양이 수용되므로, 교반본체(251) 및 회전지지대(261)는 배양액 등의 내용물에 접촉되지 않을 수 있다.

참고로, 도시되지는 않았으나, 외측링(253b)은 회전지지부(263)의 내주면에 억지끼워맞춤으로 결합되도록 하고 내측링(253a)는 교반본체(251)의 외주면에 억지끼워맞춤으로 결합되도록 하면, 교반본체(251)가 회전지지부(263)에 의해 회전 가능하게만 지지될 수 있다. 따라서, 고정턱(259) 또는 지지턱(264)이 형성되지 않을 수도 있다.

도 15에는 도 14에 도시된 교반기의 변형예(250a)를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

도 15를 참조하면, 교반기의 변형예(250a)에는 교반본체(251a), 교반날개(252), 베어링(253), 교반축(254a) 및 회전지지대(261a)가 포함된다. 교반본체(251a)에는 자성체홈(255)이 형성되고, 회전지지대(261a)에는 접합부(262), 회전지지부(263) 및 지지턱(264)이 형성된다.

여기서, 교반날개(252), 베어링(253), 자성체홈(255), 접합부(262), 회전지지부(263) 및 지지턱(264)는 도 14를 참조하여 설명한 바와 그 구성이 동일하므로 설명을 생략한다.

회전지지대(261a)의 상면에는 도시된 바와 같이 라인연결부(267a)가 형성되고, 회전지지대(261a)의 하면 중심부에는 연결돌기(267c)가 하방향으로 돌출 형성된다. 라인연결부(267a) 및 연결돌기(267c)는 통공(267b)에 의해 상통된다.

한편, 교반축(254a) 내에는 교반축(254a)의 하단으로부터 교반본체(251a)의 상면 중심부에 이르는 중공부(254b)가 관통 형성되며, 교반축(254a)의 하단에는 중공부(254b)와 상통된 급기공(256)이 형성된다.

중공부(254b)의 상단 내주면에는 외주연이 결합된 밀폐링(258)이 배치된다.

밀폐링(258)은 백(도 13의 210)의 내측면을 이루는 소재와 같이 백(210)의 내부에 수용된 물질에 영향을 미치지 않으며 탄성을 갖는 소재로 이루어진다. 그리고 밀폐링(258)의 중심부에는 연결돌기(267c)보다 작은 삽입공이 형성된다.

연결돌기(267c)는 그 하단부가 밀폐링(258)에 형성된 삽입공에 삽입될 수 있을 정도의 길이로 형성되며, 이에 따라 도시된 바와 같이 밀폐링(258)은 연결돌기(267c)에 의해 관통되면서 다소 변형된 형상을 갖게 된다. 이와 같은 연결돌기(267c) 및 밀폐링(258)의 결합에 의해 회전연결부가 형성된다.

따라서, 라인연결부(267a)로부터 급기공(256)까지 통공(267b)과 중공부(254b)에 의해 상통되며, 회전연결부에 의해 회전지지대(261a)에 대하여 교반본체(251a)가 상대적으로 회전되더라도 라인연결부(267a)로부터 급기공(256)이 상통되도록 연결된 상태가 유지될 수 있다.

일회용 컨테이너(도 13의 200) 내에서 생화학적 반응이 일어나도록 할 경우 필요에 따라서는 특정한 성분의 기체가 백(210) 내외로 순환되어야 한다. 상술한 특정 성분의 기체를 백(210)에 수용된 반응물에 공급되도록 하기 위하여, 라인연결부(267a)에는 도시되지 않은 급기라인이 수밀 또는 기밀을 유지할 수 있도록 연결되며, 이 급기라인을 통해서 공급되는 기체는 필터링 등을 통해 멸균된 상태로 공급된다.

라인연결부(267a)로 공급된 기체는 통공(267b) 및 중공부(254b)를 거쳐 급기공(256)으로 배출되므로, 이 기체는 백(210) 내에 수용된 반응물 내로 분산된다.

이때, 도시되지는 않았으나 백(210)의 상측에는 반응물의 수위보다 높은 위치에 배기라인이 연결되어 공급된 기체의 체적만큼의 기체가 배기라인을 통하여 배출되도록 함으로써 백(210) 내부의 압력이 일정하게 유지되도록 하는 것이 일반적이다.

회전연결부의 밀폐링(258)은 라인연결부(267a)로 공급되는 기체가 교반본체(251a) 및 회전지지대(261a) 사이로 유출되지 않도록 한다. 여기서, 회전연결부는 하나의 예시로서, 상대적인 회전을 하는 구성요소 사이에서 기밀성을 유지할 수 있는 다양한 방법이 적용될 수 있다.

참고로, 라인연결부(267a)는 회전지지대(261a)를 지지하는 지지대와 같은 일회용 컨테이너(200)를 이용하는 바이오리액터의 다른 구성요소와의 간섭을 피하기 위해 회전지지대(261a)의 중심부가 아닌 위치에 배치될 수 있으며, 이에 따라 통공(267b)은 라인연결부(267a) 및 연결돌기(267c)를 연결하기 위해 그 방향이 도시된 바와 달리 변경될 수 있다.

급기공(256)은 교반날개(252)보다 하측에 배치되도록 함으로써 급기공(256)으로부터 발생된 기포가 회전하는 교반날개(252)에 의해 분산되도록 하는 것이 일반적이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100, 200: 일회용 컨테이너
110, 210: 일회용 반응백
111, 211: 교반기결합공
150, 150a, 150b, 250: 교반기
151, 151a, 251: 교반본체
152, 252: 교반날개
153, 253: 베어링
153a, 253b: 외측링
153b, 253a: 내측링
153c, 253c: 베어링볼
154: 축공
155, 255: 자성체홈
156: 순환관
156a: 내측순환공
156b: 외측순환공
157: 고정부재안착홈
158: 순환핀
159, 259: 고정턱
161, 161a, 161b, 261: 회전지지대
162, 262: 접합부
163: 회전축
164, 264: 지지턱
165: 고정부재
166: 윤활홈

Claims (21)

1. 하나 이상의 구조층으로 이루어지고 하측에 교반기결합공이 형성된 일회용 반응백에 결합되는 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기로서,
   상기 교반기결합공의 가장자리부분 하면 또는 상면과 면접촉 되는 접합부가 외주연을 따라 형성된 회전지지대;
   상기 회전지지대의 중간 부분에 상방향으로 고정 설치 또는 돌출 형성된 회전축;
   중심부에는 상기 회전축이 삽입되는 축공이 형성되고, 가장자리 부분에는 상기 축공과 나란한 방향으로 형성된 복수의 자성체홈이 방사상으로 배치된 교반본체;
   상기 축공 내에 배치되고 상기 교반본체를 상기 회전축에 대하여 회전 가능하게 지지하는 베어링; 및
   상기 교반본체로부터 측방향 또는 상방향을 향하여 방사상으로 돌출되도록 배치된 복수의 교반날개를 포함하고,
   상기 교반본체는 탈착홈을 구비하고, 상기 교반날개는 상기 탈착홈에 상응하는 형상을 갖고 상기 탈착홈에 삽입되어 걸리는 탈착부를 구비함으로써, 상기 교반날개는 상기 교반본체에 각각 탈착 가능하게 결합되는 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 교반본체에는
   상기 교반본체의 외주면 또는 상측 가장자리부분으로부터 상기 축공을 관통하는 하나 이상의 순환관이 형성된
   일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 순환관은
   상기 회전축에 수직한 가상의 면에 투영하였을 때 상기 축공으로부터 방사상으로 배치된
   일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 순환관은
   상기 회전축에 수직한 가상의 면에 투영하였을 때 상기 축공의 접선방향으로 형성된
   일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
   
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 순환관은
   상기 교반본체의 가장자리부분으로부터 중심부로 갈수록 하방향으로 경사지도록 배치된
   일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 축공의 내주면에는 하나 이상의 순환핀이 돌출 형성된
   일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 회전지지대의 상면은 중심부로부터 가장자리로 갈수록 하방향으로 경사진 형상을 갖는
   일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 회전지지대의 상면 중 상기 접합부를 제외한 부분에 급기공이 형성되며, 상기 회전지지대의 하면에는 상기 급기공과 상통되는 라인연결부가 형성되고,
   일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 축공에는 하측의 내경이 상측의 내경보다 큰 고정턱이 형성되고,
   상기 고정턱에 의해 상기 베어링의 외측 가장자리부분의 상측이 지지되는
   일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 회전축에는 하측의 외경이 상측보다 큰 지지턱이 형성되고,
    상기 지지턱에 의해 상기 베어링의 내측부분 하측이 지지되는
    일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 회전지지대의 상면으로부터 상기 지지턱까지의 높이와 상기 베어링의 높이를 합한 높이는 상기 교반본체의 저면으로부터 상기 고정턱까지의 높이보다 큰
    일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 회전지지대 및 교반본체의 서로 마주보는 면들 중 하나 이상에는 윤활홈이 형성된
    일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
    
13. 삭제
14. 하나 이상의 구조층으로 이루어지고 상측에 교반기결합공이 형성된 일회용 반응백에 결합되는 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기로서,
    상기 교반기결합공의 가장자리부분 상면 또는 하면과 면접촉 되는 접합부가 외주연을 따라 형성된 회전지지대;
    상기 회전지지대의 가장자리 부분 중 상기 접합부를 제외한 부분에 형성된 회전지지부;
    중심부에는 교반축이 하방향으로 돌출 형성되고, 가장자리 부분에는 상기 교반축과 나란한 방향으로 형성된 복수의 자성체홈이 방사상으로 배치된 교반본체;
    상기 회전지지부 내에 배치되고 상기 교반본체를 상기 회전지지부에 대하여 회전 가능하게 지지하는 베어링; 및
    상기 교반축의 하측에 방사상으로 돌출되도록 배치된 복수의 교반날개를 포함하고,
    상기 교반본체는 탈착홈을 구비하고, 상기 교반축의 하측에는 상기 탈착홈에 상응하는 형상을 갖고 상기 탈착홈에 삽입되어 걸리는 탈착부를 구비함으로써, 상기 교반날개는 상기 교반축의 하측에 각각 탈착 가능하게 결합되는 일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 회전지지부에는 하측에는 상측보다 내경이 작은 지지턱이 형성되고,
    상기 지지턱에 의해 상기 베어링의 외측 가장자리부분의 하측이 지지되는
    일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 교반본체의 외주연에는 상측의 외경이 하측보다 큰 고정턱이 형성되고, 상기 고정턱에 의해 상기 베어링의 내측부분 상측이 지지되는
    일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
    
17. 제14항에 있어서,
    상기 회전지지대의 상면에는 라인연결부가 형성되고, 상기 회전지지대의 하면 중심부에는 상기 라인연결부와 상통된 회전연결부가 형성되며, 상기 교반축의 하측에는 급기공이 형성되고, 상기 교반축에는 상기 회전연결부로부터 상기 급기공이 상통되도록 하는 중공부가 형성된
    일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
    
18. 제1항 또는 제14항에 있어서,
    상기 교반날개의 표면에는 다수의 돌기 또는 홈이 형성된
    일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
    
19. 제1항 또는 제14항에 있어서,
    상기 교반본체의 횡단면은 원형, 타원형 또는 다각형인
    일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
    
20. 제1항 또는 제14항에 있어서,
    상기 교반날개의 일면 또는 양면에는 보강리브가 돌출 형성된
    일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.
    
21. 제20항에 있어서,
    상기 보강리브는 격자 형상을 가지며, 상기 교반날개의 상측 또는 하측으로 갈수록 그 폭이 증가된 형상을 갖는
    일회용 컨테이너를 이용하는 바이오리액터용 교반기.

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