KR101640480B1 - 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기 - Google Patents

식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 관한 것으로서, 배양기 탱크의 하부 바닥면을 따라 간격을 두고 병렬 형성되는 다수의 공기 주입 통공들 내에 설치되는 스파저를 통해 미세 기포 형태로 공기를 산기시켜 배양기 탱크 내의 배양체를 공기 부양시켜 선순환 구조를 이루도록 함으로서, 식물 세포 및 식물 조직을 산업화 규모로 배양할 수 있고, 배양되는 식물 세포 및 식물 조직 배양체의 생존율과 생장속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 외부 공기 유입에 따른 배양체의 오염 발생을 방지할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.

Description

식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기{BIOREACTOR FOR THE CULTIVATION OF PLANT CELLS AND TISSUES}
본 발명은 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 식물 세포 또는 식물 조직 등을 산업화 규모로 무균 배양할 수 있는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 식물 세포나 식물 조직을 무균적으로 배양하는 기술은 그 자체가 우수한 묘목의 대량생산이나 식물 유래의 유용 이차대사 산물의 생산뿐만 아니라 최근에는 고부가 의료용 단백질의 생산에도 적용될 수 있기 때문에 선진국을 중심으로 많은 연구가 이루어져 왔다.
식물 세포나 식물 조직의 배양을 위하여 실험실 수준에서 삼각플라스크나 소형의 발효 장치를 사용하는 것은 이미 보편화 되어 있지만 산업적인 규모의 식물배양용 생물반응기를 개발한 나라는 유럽, 미국, 그리고 일본의 몇몇 회사 정도에 불과하다.
산업화 규모의 식물배양용 생물반응기를 개발하여 실제로 사업에 적용한 예로는 일본의 Mitsui Petrochemical Industries, Nitto Denko 회사와 미국의 ESCA GENETICS 등이 있으나, 이들 회사의 식물배양용 생물반응기는 5톤 규모 정도이고, 이들 식물 배양용 생물반응기는 유체나 배양체의 효율적인 흐름을 위해 주로 임펠러(Impeller)를 이용하고 있어 오염된 공기가 있는 외부와 무균상태를 유지해야 하는 내부 사이에 연결된 기계적 밀봉(Mechanical Seal)에 문제가 생기는 경우 배양체가 오염되는 경우가 빈번하게 발생하여 식물배양과정에서 오염이 큰 문제로 대두 된 바 있다.
또한, 식물 세포나 식물 조직의 배양을 위한 생물반응기의 경우, 내부에서 생장하는 식물 세포나 식물 조직이 어느 한 곳에 정체되어 있거나 뭉쳐 있으면 그 내부에 있는 세포나 조직이 괴사를 하게 되며, 괴사되는 세포나 조직이 분비하는 이차대사 산물에 의해 배양체 전체의 활력이나 생장량이 크게 떨어지는 문제점을 안고 있다.
따라서, 공기 주입방식을 개선하여 임펠러(Impeller)를 사용하지 않고도 생물반응기 내에 유체나 배양체의 흐름을 효과적으로 유도할 수 있고, 공기 주입에 따른 배양체의 오염을 방지하면서 식물 세포나 식물 조직을 산업화가 가능하게 대량으로 배양할 수 있는 20ton급 이상의 대형 생물반응기의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0355106호(등록일자 2002년09월19일) 대한민국 등록특허공보 제10-0671010호(등록일자 2007년01월11일)
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 식물 세포 또는 식물 조직을 산업화 규모로 배양할 수 있고, 배양되는 식물 세포 또는 식물 조직 배양체의 생존율과 생장 속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 배양체의 오염 발생을 방지할 수 있도록 하는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기는, 밀폐 가능한 내부 배양 공간을 가지는 복수의 배양기 탱크; 상기 각 배양기 탱크 내로 액상의 배지를 공급하는 배지 공급부; 상기 배지가 채워진 상기 각 배양기 탱크 내에 식물 세포 또는 식물 조직 배양체 씨드를 접종하는 씨드 접종부; 상기 각 배양기 탱크의 하부 바닥면을 따라 간격을 두고 병렬 형성되는 다수의 공기 주입 통공들을 통해 미세 기포 형태로 공기를 산기시켜 상기 배양체를 공기 부양시켜주는 공기 주입부; 상기 각 배양기 탱크 상부를 연결하도록 설치되어 상기 공기 주입부에 의해 상기 각 배양기 탱크 내의 공급된 공기를 배출하도록 하는 공기 배출부; 상기 배양기 탱크 일측에 연결되어 상기 배양기 탱크 내에 채워진 배지를 배출할 수 있도록 하는 배지 배출부; 및 고온의 스팀을 이용해 상기 배양기 탱크 및 이를 연결하는 상기 배지 공급부, 상기 씨드 접종부, 상기 공기 주입부, 상기 공기 배출부를 살균 소독하는 스팀 살균부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 배양기 탱크는 수평 방향으로 연장 형성되는 원통 형태를 이루는 상부 원통부; 상기 상부 원통부로부터 하부로 갈수록 폭이 좁아지며 상기 상부 원통부와 함께 단일의 배양 공간을 이루도록 연통되게 연장 결합되고, 하부 바닥면의 길이 방향을 따라 간격을 두고 상기 공기 주입부를 통해 공기를 주입하기 위한 복수의 상기 공기 주입 통공들이 관통 형성되는 하부 블록부; 및 상기 상부 원통부의 전방 일측에 구비되어 상기 상부 원통부와 상기 하부 블록부가 이루는 상기 배양 공간을 밀폐 가능하게 여닫도록 하는 덮개;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 공기 주입부는 상기 배양기 탱크의 하부 블록부 하측에서 길이 방향을 따라 이격 설치되어 공기 공급 배관을 통해 공급되는 공기를 분배 공급하는 공기 분배 공급관; 상기 공기 분배 공급관으로부터 간격을 두고 상향 분지되는 복수의 공기 분배 분지관; 상기 공기 분배 공급관과 상기 배양기 탱크의 하부 블록부 사이에서 상기 공기 분배 공급관과 나란하게 연장 설치되며, 상기 공기 분배 분지관들을 통해 분배 공급된 공기를 담아 기설정된 공기 주입 압력을 유지하도록 하는 공기 압력 유지관; 상기 공기 압력 유지관으로부터 상기 하부 블록부의 하부 바닥면에 형성된 상기 각 공기 주입 통공들에 대응되게 상향 분지되어, 상기 각 공기 주입 통공들에 연통되게 상기 하부 블록부의 하부 바닥면 하측으로 연장 형성되는 블록 통공 연장관 내에 연통되게 끼워져 체결 고정되는 공기 주입 연장관; 및 상기 블록 통공 연장관 내에 끼워진 상기 공기 주입 연장관의 상측 단부와 상기 공기 주입 통공 내에 형성되는 내부 걸림턱 사이에 밀착되게 개재되어 수밀된 상태로 상기 공기 주입 통공을 통해 통기시켜 상기 배양기 탱크 내부로 미세 기포들을 발생시키는 스파저;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 스파저는 1㎛ 내지 10㎛ 범위 이내의 미세 공극을 가지는 금속 판형으로 이루어지되, 상기 미세 공극을 갖도록 스테인리스스틸 입자를 압축 소결하여 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공기 주입부는 상기 배양기 탱크의 하부 블록부의 내측 바닥면 상에서 상기 공기 주입 통공들 사이를 구획하도록 체결 고정되어, 상기 공기 주입 통공들을 통해 상기 배양기 탱크 내부로 산기되는 미세 기포들을 분산시키도록 하는 기포 결합 방지판:을 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 블록 통공 연장관 하단부의 외주면 상에 형성된 제1 플랜지 돌기와 상기 블록 통공 연장관 내에 끼워져 결합되는 상기 공기 주입 연장관의 외주면 상에 형성된 제2 플랜지 돌기를 잡아 분리 가능하게 체결 고정하는 연장관 체결 클램프;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 공기 주입부를 상기 배양기 탱크의 하부 블록부로부터 분리하여 세척 가능하게 탈착시키는 공기 공급관 탈착부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 공기 공급관 탈착부는 상기 배양기 탱크의 하부 블록부 일측에 수직 연장되게 형성되는 수직 이송 가이드바; 및 상기 배양기 탱크의 하부 블록부의 경사 측벽면 상에 구비되어 상기 공기 분배 공급관, 상기 공기 분배 분지관들, 상기 공기 압력 유지관 및 상기 공기 주입 연장관들이 일체로 형성된 공기 공급관 단위체를 상기 이송 가이드 바를 따라 수직 이송시켜 상기 하부 블록부의 상기 블록 통공 연장관으로부터 세척 가능하게 탈착시킬 수 있도록 하는 배관 이송 실린더;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 탱크 고정대에 의해 양쪽 측면중심부가 회동 가능하게 고정된 상기 배양기 탱크의 상부 원통부 후방 일측에 체결되는 탱크 가동 실린더를 통해 상기 배양기 탱크를 기설정된 각도로 기울임 가능하게 가동시키는 탱크 가동부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 배지 공급부는 배지 탱크를 연결하며 가설되는 배지 공급 메인 배관; 및 상기 배지 공급 메인 배관으로부터 분지되어 상기 각 배양기 탱크의 하부 블록부 후방 일측에 연통 결합되는 배지 공급 밸브관을 연결하는 배지 공급 분지 배관;을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 씨드 접종부는 씨드 탱크로부터 상기 각 배양기 탱크의 하부 블록부 후방 일측에 연통 결합되는 씨드 공급 밸브관을 통해 식물 세포 또는 식물 조직 배양체 씨드를 상기 배지가 채워진 상기 배양기 탱크 내로 공급하는 씨드 공급 배관;을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 공기 배출부는 상기 배양기 탱크의 상부 원통부 상측에 형성된 공기 배출 밸브관을 연결하는 공기 배출 배관; 및 상기 공기 배출 배관 상에 구비되는 배기 필터;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 배지 배출부는 상기 배양기 탱크의 하부 블록부의 전방 하측에 연통 결합되는 배지 배출 밸브관을 연결하는 배지 배출 배관;을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 공기 공급 배관은 에어 펌프를 연결하며 가설되는 공기 공급 메인 배관; 및 상기 공기 공급 메인 배관으로부터 분지되어 상기 각 배양기 탱크의 하부 블록부에 연결되는 상기 공기 분배 공급 배관에 연결되는 공기 공급 분지 배관;를 포함하고, 상기 공기 공급 분지 배관 상에 구비되어 상기 각 배양기 탱크로 공급되는 공기를 여과시켜 주는 에어 필터;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 스팀 살균부는 보일러를 연결하는 스팀 공급 메인 배관; 및 상기 스팀 공급 메인 배관으로부터 분지되어 상기 각 배양기 탱크를 연결하는 상기 각 공기 공급 분지 배관 상에 연결되는 스팀 공급 분지 배관;을 포함하고, 상기 스팀 공급 분지 배관은 상기 공기 공급 분지 배관 상에서 상기 스팀 공급 메인 배관 분지부와 상기 에어 필터 사이에 연결되도록 구성될 수 있다.
상기한 본 발명의 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 따르면, 배양기 탱크의 하부 바닥면을 따라 간격을 두고 병렬 형성되는 다수의 공기 주입 통공들 내에 설치되는 스파저를 통해 미세 기포 형태로 공기를 산기시켜 배양기 탱크 내의 배양체를 공기 부양시켜 선순환 구조를 이루도록 함으로써, 식물 세포 및 식물 조직을 산업화 규모로 배양할 수 있고, 배양되는 식물 세포 및 식물 조직 배양체의 생존율과 생장속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 외부 공기 유입에 따른 배양체의 오염 발생을 방지할 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기의 측면도이다.
도 2는 도 1의 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 대한 정면도이다.
도 3은 도 1의 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 대한 배관도 연결 상태를 도시한 개략도이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ부분을 확대 도시한 공기 주입부에 대한 부분 측단면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 잘라서 본 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 대한 부분 평단면도이다.
도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 잘라서 본 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 대한 부분 정단면도이다.
도 7은 도 4의 Ⅶ 부분을 확대한 공기 주입부에 대한 측단면도이다.
도 8은 도 7의 공기 주입부에 대한 분해 단면도이다.
도 9는 스파저를 분리하여 확대 도시한 사시도이다.
도 10은 본 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 대한 변형예를 도시한 부분 측단면도이다.
도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선을 따라 잘라서 본 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 대한 부분 평단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기의 측면도이고, 도 2는 도 1의 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 대한 정면도이며, 도 3은 도 1의 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 대한 배관도 연결 상태를 도시한 개략도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기(1)는 배양기 탱크(10), 탱크 고정대(5), 탱크 가동부(20), 배지 공급부(30), 씨드 접종부(40), 공기 주입부(50), 공기 공급관 탈착부(60), 공기 배출부(70), 배지 배출부(80) 및 스팀 살균부(90)를 포함하여 구성된다.
먼저, 배양기 탱크(10)는 내부에 채워지는 액상의 배지 내에 식물 세포 및 조직 등의 배양체 씨드를 접종해 무균 상태로 배양할 수 있도록 밀폐 가능한 내부 배양체 배양 공간을 형성하는 통체로 이루어진다.
본 실시예의 배양기 탱크(10)는 상부 원통부(11), 하부 블록부(12) 및 덮개(13)를 포함하여 구성되는 것을 예시한다.
하부 블록부(12)는 원통 형태를 이루는 상부 원통부(11)의 하단부로 갈수록 폭이 좁아지며 연통되게 연장 결합되어 상기 상부 원통부(11)와 함께 단일의 배양 공간을 이루며, 하부 바닥면(15; 도 4 및 도 5 참조)의 길이 방향을 따라 간격을 두고 공기 주입부(50)를 통해 공기를 배양기 탱크(10) 내부로 주입하기 위한 복수의 공기 주입 통공(16; 도 4 및 도 5 참조)들이 형성된다.
여기서, 상부 원통부(11)는 수평 방향으로 길게 연장 형성되는 원통 형태로 이루어져 배양기 탱크(10)의 용량이 20ton급 이상으로 커지더라도 내부에 채워지는 액상 배지의 압력에 의해 배양하고자 하는 식물 세포나 식물 조직 배양체가 파열되어 죽는 것을 방지할 수 있도록 한다.
그리고, 하부 블록부(12)는 내부가 정단면상 대략 역삼각형 형태를 이루며 상부 원통부(11) 하부에 연장 형성됨에 따라, 자체 하중에 의해 가라앉는 배양체들이 경사면을 따라 후술하는 공기 주입부(50)가 연결되는 하부 바닥면(15) 쪽으로 집중되도록 하여 공기 주입부(50)에 의해 산기되는 미세 기포들에 의해 공기 부양되며 액상 배지 내에 좀더 균일하게 혼합(Mixing)된 상태를 유지할 수 있는 선순환 구조를 이룰 수 있도록 한다.
그리고, 덮개(13)는 상기 상부 원통부(11)의 전방 일측에 구비되어 상기 상부 원통부(11)와 상기 하부 블록부(12)가 이루는 상기 배양 공간을 밀폐 가능하게 여닫도록 형성되어, 배양기 탱크(10) 내에서 배양된 식물 세포나 식물 조직 배양체를 수확할 수 있도록 하거나 배양기 탱크(10) 내로 작업자가 들어가 내부 세척 작업을 수행할 수 있도록 한다.
또한, 상부 원통부(11)와 하부 블록부(12)에는 배양기 탱크(10) 내에서 식물 세포나 식물 조직 배양체의 배양 상태를 감시할 수 있는 다수의 가시창(14; Sight Glass)들이 형성된다.
탱크 고정대(5)는 배양기 탱크(10)의 상부 원통부(11) 양쪽 측면중심부를 지면으로부터 이격시킨 상태로 회동 가능하게 잡아 고정하도록 한다.
탱크 가동부(20)는 탱크 고정대(5)에 의해 양쪽 측면중심부가 회동 가능하게 고정된 상기 배양기 탱크(10)의 상부 원통부(11) 후방 일측에 체결되는 탱크 가동 실린더(21)를 통해 상기 배양기 탱크(10)를 기설정된 각도로 기울임 가능하게 가동시킬 수 있도록 한다.
이처럼, 탱크 가동 실린더(21)를 이용해 배양기 탱크(10)를 전, 후방으로 기울어지게 가동시켜 줌으로써 배양기 탱크(10) 내에 채워진 배지 내에 배양체가 좀더 균일하게 혼합될 수 있도록 하고, 배양기 탱크(10) 내에서 다 성장한 배양체를 수확하는 과정에서는 배양기 탱크(10)를 전방으로 기울려 후술하는 배지 배출부(80)를 통해 배양기 탱크(10) 내에 채워졌던 배지를 배출시킨 후 덮개(13)를 개방하여 배양기 탱크(10) 내에 남겨진 배양체를 좀더 용이하게 수확할 수 있도록 한다.
배지 공급부(30)는 배지 탱크(미도시)를 연결하며 가설되는 배지 공급 메인 배관(31)으로부터 분지되어 상기 각 배양기 탱크(10)의 하부 블록부(12) 후방 일측에 연통 결합되는 배지 공급 밸브관(35)을 연결하는 배지 공급 분지 배관(32)을 통해 액상의 배지를 공급하여 배양기 탱크(10) 내에 채워지도록 공급한다.
씨드 접종부(40)는 씨드 탱크(미도시)로부터 상기 각 배양기 탱크(10)의 하부 블록부(12) 후방 일측에 연통 결합되는 씨드 공급 밸브관(45)을 연결하는 씨드 공급 배관(41)을 통해 배지가 채워진 상기 배양기 탱크(10) 내부로 식물 세포 또는 식물 조직 배양체 씨드를 공급하여 배지 내에 접종하도록 한다.
공기 주입부(50)는 상기 각 배양기 탱크(10)의 하부 바닥면(15)을 따라 간격을 두고 병렬 형성되는 다수의 공기 주입 통공(16)들을 통해 미세 기포 형태로 산기시켜 공기를 불어 넣어 줌으로써, 산기된 미세 공기 기포들에 의해 배양체의 성장에 필요한 산소를 배양기 탱크(10) 내부로 공급함과 아울러 식물 세포 또는 식물 조직 배양체들을 공기 부양시켜 액상 배지 내에 균일하게 혼합된 상태를 유지할 수 있도록 순환시켜주는 역할을 한다.
도 4는 도 1의 Ⅳ 부분을 확대 도시한 공기 주입부에 대한 부분 측단면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 잘라서 본 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 대한 부분 평단면도이며, 도 6은 도 4의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 잘라서 본 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 대한 부분 정단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에서 공기 주입부(50)는 공기 분배 공급관(53), 공기 분배 분지관(54), 공기 압력 유지관(55), 공기 주입 연장관(56), 스파저(57; Sparger) 및 연장관 체결 클램프(58)를 포함하여 구성된다.
공기 분배 공급관(53)은 상기 배양기 탱크(10)의 하부 블록부(12) 하측에서 길이 방향을 따라 이격 설치되어 공기 공급 배관을 통해 공급되는 공기를 분배 공급하도록 한다.
여기서, 공기 공급 배관은 에어 펌프(미도시)를 연결하며 가설되는 공기 공급 메인 배관(51)으로부터 분지되는 공기 공급 분지 배관(52)을 통해 연결되며, 상기 공기 공급 분지 배관(52) 상에는 각각의 배양기 탱크(10)로 공급되는 공기중에 포함된 세균들을 여과시켜 무균 상태로 공급하기 위한 에어 필터(52a)가 구비된다.
공기 분배 분지관(54)들은 상기 공기 분배 공급관(53)으로부터 간격을 두고 공기 압력 유지관(55)을 연결하도록 상향 분지되어, 공기 분배 공급관(53)을 통해 공급된 공기를 공기 압력 유지관(55) 내부로 균일하게 분배 공급될 수 있도록 한다.
한편 공기 분배 분지관(54)들 상에서는 각각 공기 조절 밸브(54a)가 설치되어 공기 분배 분지관(54)을 통해 공기 분배 공급관(53)으로부터 공기 압력 유지관(55)으로 공급되는 공기량을 조절함과 아울러 공기 압력 유지관(55) 내에 채워진 공기가 압력차에 의해 공기 분배 공급관(53)으로 역류하는 것을 방지할 수 있도록 한다.
공기 압력 유지관(55)은 상기 공기 분배 공급관(53)과 상기 배양기 탱크(10)의 하부 블록부(12) 사이에서 상기 공기 분배 공급관(53)과 나란하게 연장 설치되어, 상기 공기 분배 분지관(54)들을 통해 분배 공급된 공기를 담아 스파저(57)를 통해 배양기 탱크(10) 내부로 공기를 주입하기 할 수 있도록 기설정된 공기 주입 압력을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 역할을 한다.
공기 주입 연장관(56)은 상기 공기 압력 유지관(55)으로부터 상기 하부 블록부(12)의 하부 바닥면(15)에 형성된 상기 각 공기 주입 통공(16)들에 대응되게 상향 분지되어, 상기 각 공기 주입 통공(16)들에 연통되게 상기 하부 블록부(12)의 하부 바닥면(15) 하측으로 연장 형성되는 블록 통공 연장관(18) 내에 끼워져 연통되게 체결 고정되도록 한다.
스파저(57)는 상기 블록 통공 연장관(18) 내에 끼워진 상기 공기 주입 연장관(56)의 상측 단부와 상기 공기 주입 통공(16) 내에 형성되는 내부 걸림턱(17) 사이에 밀착되게 끼워져 수밀된 상태로 공기를 통과시켜 상기 공기 주입 통공(16)을 통해 상기 배양기 탱크(10) 내부로 미세 기포들을 산기시키도록 한다.
한편, 공기 주입 통공(16)들은 하부 블록부(12)의 하부 바닥면(15)의 길이 방향을 따라 완충 공간을 갖도록 간격을 두고 서로 이격된 상태로 병렬 형성되어, 스파저(57)를 통해 배양기 탱크(10) 내로 산기된 미세 기포 입자들이 서로 결합되는 큰 입자의 기포들에 의해 배양중인 식물 세포나 식물 조직 배양체가 활력을 잃어 생존율이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이 보다 바람직하다.
도 7은 도 4의 Ⅶ 부분을 확대하여 공기 주입부의 배관 체결 상태를 도시한 측단면 확대도이며, 도 8은 도 7의 공기 주입부에 대한 분해 측단면도이며, 도 9는 스파저를 분리하여 확대 도시한 사시도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하여 설명하면, 배양기 탱크(10)의 하부 블록부(12)에 형성된 공기 주입 통공(16)들 내부에는 삽입된 스파저(57)가 걸려 고정될 수 있도록 내부 걸림턱(17)이 형성되고, 내부 걸림턱(17) 하측으로 공기 주입 통공(16)에 연통되게 상기 하부 블록부(12)의 하부 바닥면(15) 하측으로 블록 통공 연장관(18)이 연장 형성된다.
블록 통공 연장관(18)의 하단부 외주면 상에는 연장관 체결 클램프(58)를 이용해 공기 주입 연장관(56)을 연통되게 체결 고정하기 위한 제1 플랜지 돌기(19)가 돌출 형성된다.
공기 주입 연장관(56)은 외주면 상에는 상기한 제1 플랜지 돌기(19)와 대응되게 제2 플랜지 돌기(56a)가 형성되고, 제2 플랜지 돌기(56a) 상측으로 상기 블록 통공 연장관(18) 내에 끼워져 결합되는 연장관 삽입관부(56b)의 상측 단부에는 스파저(57)가 끼워져 안착 고정될 수 있도록 스파저 안착홈(56d)이 형성되며, 스파저 안착홈(56d) 바닥면에는 스파저(57)와의 사이에 기밀을 유지할 수 있게 제1 오링(59a)이 끼워져 안착될 수 있게 제1 오링 안착홈(56e)이 형성된다.
한편, 공기 주입 통공(16) 내부의 삽입된 스파저(57) 상면 가장자리와 내부 걸림턱(17) 하면 사이에 제2 오링(59b)을 끼워, 이를 통해 스파저(57)와 내부 걸림턱(17) 사이로 배양기 탱크(10) 내부에 채워진 액상의 배지가 흘러내리거나 스파저(57)를 통과하지 않고 공기가 배양기 탱크(10) 내부로 직접 유입되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
그리고, 블록 통공 연장관(18)에 형성된 제1 플랜지 돌기(19)와 공기 주입 연장관(56)에 형성되는 제2 플랜지 돌기(56a)는 연장관 체결 클램프(58)에 의해 조여져 좀더 견고하게 체결 상태를 유지할 수 있도록 경사면을 이루며 돌출 형성되고, 이들이 서로 맞대어져 체결되는 제1 플랜지 돌기(19) 및 제2 플랜지 돌기(56a)의 접합면에는 이들 사이의 기밀을 유지할 수 있도록 개재되는 제3 오링(59c)이 안착될 수 있도록 제3 오링 안착홈(19a, 56c)이 각각 형성된다.
스파저(57)는 1㎛ 내지 10㎛ 범위 이내의 미세 공극들을 갖도록 스테인리스스틸 입자를 압축 소결하여 만든 원판형태로 이루어질 수 있다.
본 실시예에 스파저(57)를 통해 배양기 탱크(10) 내로 공기가 적정 크기의 미세 기포 형태로 산기되며 공급될 수 있도록 하되, 공기중에 포함된 미세균들이 배양기 탱크(10) 내로 유입되는 것을 차단하도록 5㎛의 미세 공극을 이루도록 하는 것을 예시한다.
그러나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 배양기 탱크(10) 내에서 배양되는 배양체의 식물 세포 또는 식물 조직들의 종류에 따라 적정 크기의 미세 공극들을 가지는 스파저(57)를 선택하여 적용할 수 있음은 당연하다.
따라서, 송풍기(미도시)를 통해 공급되는 공기는 이를 연결하는 공기 공급 메인 배관(51)으로부터 분지되는 공기 공급 분지 배관(52) 상에 구비되는 에어 필터(52a)를 통해 여과된 상태로 공기 분배 공급관(53)으로 공급된 후, 공기 분배 분지관(54)을 통해 공기 압력 유지관(55)으로 유입되어 기설정된 공기 주입 압력을 유지한 상태로 공기 주입 연장관(56)들을 통해 배양기 탱크(10)의 하부 블록부(12) 공기 주입 통공(16)들 내에 삽입된 스파저(57)를 통해 미세 기포 형태로 산기되며 배양기 탱크(10) 내로 공급되게 된다.
이처럼 스파저(57)를 이용해 배양기 탱크(10)의 하부 블록부(12)의 하부 바닥면(15)에 형성된 공기 주입 통공(16)들을 통해 액상의 배지가 빠져나오지 않도록 수밀된 상태로 공기를 미세 기포 형태로 산기시켜 공급하도록 함으로써, 식물 세포 또는 식물 조직 배양체를 공기 부양시켜 배지 내에 좀더 효과적으로 혼합된 상태를 유지할 수 있는 선순환 구조를 이루도록 함과 아울러 공기중에 포함된 세균의 침입을 차단하여 배양기 탱크(10) 내부가 오염되지 않고 후술한 스팀 살균부(90)를 통해 초기에 살균 소독된 무균상태를 지속적으로 유지할 수 있게 된다.
도 10은 본 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기의 변형예를 도시한 부분 측단면도이고, 도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ선을 따라 잘라서 본 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기에 대한 부분 평단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하여 설명하면, 상기 배양기 탱크(10)의 하부 블록부(12)의 내측 바닥면 상에서 상기 공기 주입 통공(16)들 사이 사이에 형성된 완충 공간상에 기포 결합 방지판(100)을 추가 설치하여 상기 공기 주입 통공(16)들 사이를 구획할 수 있다.
이처럼, 공기 주입 통공(16)들 사이 사이에 기포 결합 방지판(100)들을 추가 설치함으로써, 기포 결합 방지판(100)들에 의해 공기 주입 통공(16)들 사이의 완충 공간 상에 배양체가 가라앉아 적체되는 것을 방지함과 아울러 스파저(57)를 통해 산기되는 미세 공기 입자들이 서로 결합되어 큰 기포를 형성하는 것을 좀더 효과적으로 방지할 수 있도록 한다.
다시, 도 2와 함께 도 6을 참조하여 설명하면, 공기 공급관 탈착부(60)는 상기 공기 주입부(50)를 상기 배양기 탱크(10)의 하부 블록부(12)로부터 분리하여 세척 가능하게 탈착시킬 수 있도록 구성된다.
본 실시예에서 공기 공급관 탈착부(60)는 수직 이송 가이드바(61) 및 배관 이송 실린더(65)로 구성되는 것을 예시한다.
여기서, 수직 이송 가이드 바는 상기 배양기 탱크(10)의 하부 블록부(12) 일측에 수직 연장되게 형성된다.
그리고, 배관 이송 실린더(65)는 상기 배양기 탱크(10)의 하부 블록부(12)의 경사 측벽면 상에 구비되어 연장관 체결 클램프(58)가 체결된 부분을 분리한 후 상기 공기 분배 공급관(53), 상기 공기 분배 분지관(54)들, 상기 공기 압력 유지관(55) 및 상기 공기 주입 연장관(56)들의 일체로 형성된 공기 공급관 단위체를 상기 이송 가이드 바를 따라 수직 하향 이송시켜 상기 하부 블록부(12)의 상기 블록 통공 연장관(18)으로부터 세척 가능하게 분리해 내거나 수직 상향 이송시켜 다시 장착할 수 있도록 한다.
따라서, 배양기 탱크(10) 내부에서 배양체를 수확한 후 공기 공급관 탈착부(60)를 통해 상기 공기 공급관 단위체를 배양기 탱크(10)의 하부 블록부(12)로부터 분리시켜 하부 블록부(12)의 하부 바닥면(15)에 형성된 공기 주입 통공(16), 블록 통공 연장관(18) 내부와, 스파저(57), 제1 및 제2 오링(59a, 59b) 및 공기 주입 연장관(56)의 연장관 삽입관부(56b)를 좀더 효과적으로 세척해 낼 수 있도록 한다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 공기 배출부(70)는 상기 배양기 탱크(10)의 상부 원통부(11) 상측에 형성된 공기 배출 밸브관(71)을 연결하는 공기 배출 배관(72)을 통해 배양기 탱크(10) 내로 공급된 공기를 외부로 배출할 수 있도록 하다.
한편, 상기 공기 배출 배관(72) 상에 배기 필터(72a)를 설치하여, 공기 배출 배관(72)을 통해 배양기 탱크(10)로 유입되는 세균의 침입을 방지할 수 있도록 한다.
상기 배지 배출부(80)는 상기 배양기 탱크(10)의 하부 블록부(12)의 전방 하측에 연통 결합되는 배지 배출 밸브관(81)을 연결하는 공기 배출 배관(72)을 통해 상기 배양기 탱크(10) 내에 채워진 배지를 외부로 배출할 수 있도록 한다.
배양기 탱크(10) 내에서 배양된 배양체를 수확하고자 하는 경우 배지 배출 과정이 선행되어야 하며, 이 경우 배지 배출 밸브관(81)을 개방한 상태로 탱크 가동 실린더(21)를 통해 배양기 탱크(10)를 전방으로 기울여줌으로써 배양기 탱크(10) 내에 채워진 배지를 좀더 쉽게 배출할 수 있도록 한다.
스팀 살균부(90)는 보일러를 통해 만들어지는 고온의 스팀을 이용해 상기 배양기 탱크(10) 및 이에 연결되는 상기 배지 공급부(30), 상기 씨드 접종부(40), 상기 공기 주입부(50), 상기 공기 배출부(70) 및 배지 배출부(80) 연결 배관들 내부를 무균 상태로 살균 소독할 수 있도록 한다.
본 실시예에서 스팀 살균부(90)는 보일러를 연결하는 스팀 공급 메인 배관(91) 및 상기 스팀 공급 메인 배관(91)으로부터 분지되어 상기 각 배양기 탱크(10)를 연결하는 상기 각 공기 공급 분지 배관(52) 상에 연결되어 스팀 공급 분지 배관(92)만으로 이루어지는 것을 예시하고 있으나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니며 스팀 공급 배관을 배지 공급 분배 배관 및 씨드 공급 배관(41) 상에 연결하여 이들 내부를 모두 살균 소독할 수 있음은 당연하다.
한편, 스팀 공급 분지 배관을 상기 공기 공급 분지 배관(52) 상에서 상기 스팀 공급 메인 배관(91) 분지부와 상기 에어 필터(52a) 사이에 연결되도록 하여, 이를 통해 공급된 고온 스팀을 이용해 공기 공급 분지 배관(52) 내부 및 에어 필터(52a)는 물론, 공기 공급 분지 배관(52)을 통해 연결되는 공기 분배 공급관(53), 공기 분지 분배관, 공기 압력 유지관(55) 및 공기 주입 연장관(56), 배양기 탱크(10) 내부, 그리고 배지 배출 밸브관(81)을 통해 배양기 탱크(10)에 연결되는 공기 배출 배관(72) 및 배지 배출 밸브관(81)을 통해 배양기 탱크(10)에 연결되는 공기 배출 배관(72) 내부를 모두 살균 소독할 수 있도록 한다.
따라서, 본 실시예의 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기는 배양기 탱크(10)의 하부 바닥면(15)을 따라 간격을 두고 병렬 형성되는 다수의 공기 주입 통공(16)들 내에 설치되는 스파저(57)를 통해 미세 기포 형태로 공기를 산기시켜 배양체를 공기 부양시켜 선순환 구조를 이루도록 함으로써, 식물 세포 및 조직을 산업화 규모로 배양할 수 있고, 배양되는 식물 세포 및 조직 배양체의 생존율과 생장속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 외부 공기 유입에 따른 배양체의 오염 발생을 방지할 수 있는 효과를 갖도록 한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1: 생물반응기 5: 탱크 고정대
10: 배양기 탱크 11: 상부 원통부
12: 하부 블록부 13: 덮개
14: 가시창 15: 하부 바닥면
16: 공기 주입 통공 17: 내부 걸림턱
18: 블록 통공 연장관 19: 제1 플랜지 돌기
19a, 56c: 제3 오링 안착홈 20: 탱크 가동부
21: 탱크 가동 실린더 30: 배지 공급부
31: 배지 공급 메인 배관 32: 배지 공급 분지 배관
35: 배지 공급 밸브관 40: 씨드 접종부
41: 씨드 공급 배관 45: 씨드 공급 밸브관
50: 공기 주입부 51: 공기 공급 메인 배관
52: 공기 공급 분지 배관 52a: 에어 필터
53: 공기 분배 공급관 54: 공기 분배 분지관
54a: 공기 조절 밸브 55: 공기 압력 유지관
56: 공기 주입 연장관 56a: 제2 플랜지 돌기
56b: 연장관 삽입관부 56d: 스파저 안착홈
56e: 제1 오링 안착홈 57: 스파저
58: 연장관 체결 클램프 59a: 제1 오링
59b: 제2 오링 59c: 제3 오링
60: 공기 공급관 탈착부 61: 수직 이송 가이드바
65: 배관 이송 실린더 70: 공기 배출부
71: 공기 배출 밸브관 72: 공기 배출 배관
72a: 배기 필터 80: 배지 배출부
81: 배지 배출 밸브관 85: 배지 배출 배관
90: 스팀 살균부 91: 스팀 공급 메인 배관
92: 스팀 공급 분지 배관 100: 기포 결합 방지판

Claims (17)

  1. 밀폐 가능한 내부 배양 공간을 가지는 복수의 배양기 탱크;
    상기 각 배양기 탱크 내로 액상의 배지를 공급하는 배지 공급부;
    상기 배지가 채워진 상기 각 배양기 탱크 내에 식물 세포 또는 식물 조직 배양체 씨드를 접종하는 씨드 접종부;
    상기 각 배양기 탱크의 하부 바닥면을 따라 간격을 두고 병렬 형성되는 다수의 공기 주입 통공들을 통해 미세 기포 형태로 공기를 산기시켜 상기 배양체를 공기 부양시켜주는 공기 주입부;
    상기 각 배양기 탱크 상부를 연결하도록 설치되어 상기 공기 주입부에 의해 상기 각 배양기 탱크 내의 공급된 공기를 배출하도록 하는 공기 배출부;
    상기 배양기 탱크 일측에 연결되어 상기 배양기 탱크 내에 채워진 배지를 배출할 수 있도록 하는 배지 배출부; 및
    고온의 스팀을 이용해 상기 배양기 탱크 및 이를 연결하는 상기 배지 공급부, 상기 씨드 접종부, 상기 공기 주입부, 상기 공기 배출부를 살균 소독하는 스팀 살균부;를 포함하고,

    상기 배양기 탱크는,
    수평 방향으로 연장 형성되는 원통 형태를 이루는 상부 원통부;
    상기 상부 원통부로부터 하부로 갈수록 폭이 좁아지며 상기 상부 원통부와 함께 단일의 배양 공간을 이루도록 연통되게 연장 결합되고, 하부 바닥면의 길이 방향을 따라 간격을 두고 상기 공기 주입부를 통해 공기를 주입하기 위한 복수의 상기 공기 주입 통공들이 관통 형성되는 하부 블록부; 및
    상기 상부 원통부의 전방 일측에 구비되어 상기 상부 원통부와 상기 하부 블록부가 이루는 상기 배양 공간을 밀폐 가능하게 여닫도록 하는 덮개;를 포함하며,

    상기 공기 주입부는,
    상기 배양기 탱크의 하부 블록부 하측에서 길이 방향을 따라 이격 설치되어 공기 공급 배관을 통해 공급되는 공기를 분배 공급하는 공기 분배 공급관;
    상기 공기 분배 공급관으로부터 간격을 두고 상향 분지되는 복수의 공기 분배 분지관;
    상기 공기 분배 공급관과 상기 배양기 탱크의 하부 블록부 사이에서 상기 공기 분배 공급관과 나란하게 연장 설치되며, 상기 공기 분배 분지관들을 통해 분배 공급된 공기를 담아 기설정된 공기 주입 압력을 유지하도록 하는 공기 압력 유지관;
    상기 공기 압력 유지관으로부터 상기 하부 블록부의 하부 바닥면에 형성된 상기 각 공기 주입 통공들에 대응되게 상향 분지되어, 상기 각 공기 주입 통공들에 연통되게 상기 하부 블록부의 하부 바닥면 하측으로 연장 형성되는 블록 통공 연장관 내에 연통되게 끼워져 체결 고정되는 공기 주입 연장관; 및
    상기 블록 통공 연장관 내에 끼워진 상기 공기 주입 연장관의 상측 단부와 상기 공기 주입 통공 내에 형성되는 내부 걸림턱 사이에 밀착되게 개재되어 수밀된 상태로 상기 공기 주입 통공을 통해 통기시켜 상기 배양기 탱크 내부로 미세 기포들을 발생시키는 스파저;를 포함하는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 스파저는,
    1㎛ 내지 10㎛ 범위 이내의 미세 공극들 가지는 금속 판형으로 이루어지는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  5. 제4항에서,
    상기 스파저는,
    스테인리스스틸 입자를 상기 미세 공극을 갖도록 압축 소결하여 형성되는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  6. 제1항에서,
    상기 공기 주입부는,
    상기 배양기 탱크의 하부 블록부의 내측 바닥면 상에서 상기 공기 주입 통공들 사이를 구획하도록 체결 고정되어,
    상기 공기 주입 통공들을 통해 상기 배양기 탱크 내부로 산기되는 미세 기포들을 분산시키도록 하는 기포 결합 방지판:을 더 포함하는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  7. 제1항에서,
    상기 블록 통공 연장관 하단부의 외주면 상에 형성된 제1 플랜지 돌기와 상기 블록 통공 연장관 내에 끼워져 결합되는 상기 공기 주입 연장관의 외주면 상에 형성된 제2 플랜지 돌기를 잡아 분리 가능하게 체결 고정하는 연장관 체결 클램프;를 더 포함하는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  8. 제7항에서,
    상기 공기 주입부를 상기 배양기 탱크의 하부 블록부로부터 분리하여 세척 가능하게 탈착시키는 공기 공급관 탈착부;를 더 포함하는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  9. 제8항에서,
    상기 공기 공급관 탈착부는,
    상기 배양기 탱크의 하부 블록부 일측에 수직 연장되게 형성되는 수직 이송 가이드바; 및
    상기 배양기 탱크의 하부 블록부의 경사 측벽면 상에 구비되어 상기 공기 분배 공급관, 상기 공기 분배 분지관들, 상기 공기 압력 유지관 및 상기 공기 주입 연장관들이 일체로 형성된 공기 공급관 단위체를 상기 이송 가이드 바를 따라 수직 이송시켜 상기 하부 블록부의 상기 블록 통공 연장관으로부터 세척 가능하게 탈착시킬 수 있도록 하는 배관 이송 실린더;를 포함하는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  10. 제1항에서,
    탱크 고정대에 의해 양쪽 측면중심부가 회동 가능하게 고정된 상기 배양기 탱크의 상부 원통부 후방 일측에 체결되는 탱크 가동 실린더를 통해 상기 배양기 탱크를 기설정된 각도로 기울임 가능하게 가동시키는 탱크 가동부;를 더 포함하는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  11. 제1항에서,
    상기 배지 공급부는,
    배지 탱크를 연결하며 가설되는 배지 공급 메인 배관; 및
    상기 배지 공급 메인 배관으로부터 분지되어 상기 각 배양기 탱크의 하부 블록부 후방 일측에 연통 결합되는 배지 공급 밸브관을 연결하는 배지 공급 분지 배관;을 포함하는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  12. 제11항에서,
    상기 씨드 접종부는,
    씨드 탱크로부터 상기 각 배양기 탱크의 하부 블록부 후방 일측에 연통 결합되는 씨드 공급 밸브관을 통해 식물 세포 또는 식물 조직 씨드를 상기 배지가 채워진 상기 배양기 탱크 내로 공급하는 씨드 공급 배관;을 포함하는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  13. 제1항에서,
    상기 공기 배출부는,
    상기 배양기 탱크의 상부 원통부 상측에 형성된 공기 배출 밸브관을 연결하는 공기 배출 배관; 및
    상기 공기 배출 배관 상에 구비되는 배기 필터;를 포함하는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  14. 제1항에서,
    상기 배지 배출부는,
    상기 배양기 탱크의 하부 블록부의 전방 하측에 연통 결합되는 배지 배출 밸브관을 연결하는 배지 배출 배관;을 포함하는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  15. 제1항에서,
    상기 공기 공급 배관은,
    에어 펌프를 연결하며 가설되는 공기 공급 메인 배관; 및
    상기 공기 공급 메인 배관으로부터 분지되어 상기 각 배양기 탱크의 하부 블록부에 연결되는 상기 공기 분배 공급 배관에 연결되는 공기 공급 분지 배관;을 포함하고,

    상기 공기 공급 분지 배관 상에 구비되어 상기 각 배양기 탱크로 공급되는 공기를 여과시켜 주는 에어 필터;를 더 포함하는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  16. 제15항에서,
    상기 스팀 살균부는,
    보일러를 연결하는 스팀 공급 메인 배관; 및
    상기 스팀 공급 메인 배관으로부터 분지되어 상기 각 배양기 탱크를 연결하는 상기 각 공기 공급 분지 배관 상에 연결되어 스팀 공급 분지 배관;을 포함하는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
  17. 제16항에서,
    상기 스팀 공급 분지 배관은,
    상기 공기 공급 분지 배관 상에서 상기 스팀 공급 메인 배관과 상기 에어 필터 사이에 연결되는 식물 세포 및 조직 배양용 생물반응기.
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