KR101910118B1 - 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기 및 이를 포함하는 세포배양시스템 - Google Patents

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Abstract

실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기 및 이를 포함하는 세포배양시스템이 개시된다. 본 발명의 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기는, 상측에 개구를 형성하고 내부에 부유성 세포의 배양공간을 형성하는 몸체와, 개구를 막거나 열고 배양공간을 외부와 연결하는 복수의 주입구가 형성된 덮개와, 주입구를 막거나 여는 제1 마개 및 제2 마개를 포함하며, 제1 마개에는 배양공간에 있는 배지의 용존산소량을 측정하는 용존산소센서가 장착되고, 제2 마개에는 배지의 수소이온농도를 측정하는 pH센서가 장착되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 배양공간 내 산소 농도 및 이산화탄소 농도를 정확하게 유지 및 변화시켜 내부환경을 최적상태로 유지하거나 목표상태로 변화시킬 수 있고, 배지 샘플링 및 기체 측정 중 외기의 유입을 견고히 차단할 수 있으며, 배지에서 자중에 의해 침하하는 세포의 적체 및 뭉침을 완전히 방지할 수 있도록 이루어지는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기 및 이를 포함하는 세포배양시스템을 제공할 수 있게 된다.

Description

실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기 및 이를 포함하는 세포배양시스템{CELL CULTURE CONTAINER AND CELL CULTURE SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기 및 이를 포함하는 세포배양시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 배양공간 내 산소 농도 및 이산화탄소 농도를 정확하게 유지 및 변화시켜 내부환경을 최적상태로 유지하거나 목표상태로 변화시킬 수 있고, 배지 샘플링 및 기체 측정 중 외기의 유입을 견고히 차단할 수 있으며, 배지에서 자중에 의해 침하하는 세포의 적체 및 뭉침을 완전히 방지할 수 있도록 이루어지는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기 및 이를 포함하는 세포배양시스템에 관한 것이다.
배양(culture)은 생물체(주로 미생물 및 발생중인 동식물의 배)나 생물체의 일부(기관, 조직, 세포 등)를 적당히 인공적으로 조절한 환경조건에서 생육시키는 일을 일컷는다. 외적 조건으로 온도, 습도, 빛, 기체상의 조성(이산화탄소나 산소의 분압) 등이 중요하며, 그 밖에 배양되는 생물체에 가장 중요한 직접적인 영향을 주는 것은 배지(培地)이다.
배지(culture medium)는 미생물이나 동식물의 조직을 배양하기 위하여 배양체가 필요로 하는 영양물질을 주성분으로 하고, 다시 특수한 목적을 위한 물질을 넣어 혼합한 것이다. 기체상으로 얻어지는 것을 제외한 생존과 발육에 불가결한 물을 비롯하여 영양물질로서 탄소원, 질소원, 무기염류, 발육인자(비타민류) 등을 공급해준다. 배양하는 생물체의 종류에 따라 각종 영양물질이나 삼투압, pH 등이 있는 배지가 고안되어 있다.
배지가 액체인 경우를 액체배지라 한다. 액체배지를 쓸 때는 배지를 교반(攪拌)하여 생물체를 액 속에 현탁시키면서 배양하는 경우가 있는데, 이것을 액내 배양(submerged culture)이라 한다.
이와 관련하여 본 발명의 출원인에 의해 출원된 대한민국 등록특허공보 제1626563호에는 배양주머니 보관 조립체가 개시되어 있다. 등록특허공보 제1626563호는 내부에 배양액을 수용할 수 있는 수용부가 구비된 배양주머니 및 배양주머니를 수용하는 랙을 포함하고, 랙은, 배양주머니가 안착되고, 복수의 제1통기공이 형성된 제1케이스; 제1케이스의 상부에 위치하여 배양주머니를 덮고, 복수의 제2통기공이 형성된 제2케이스; 및 제1케이스와 제2케이스를 고정하는 체결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
등록특허공보 제1626563호는 배양주머니를 랙에 장착함으로써 배양주머니의 안전한 이동을 도모할 수 있고, 적층돌기와 대응돌기를 형성함으로써 배양기 내부에 보관 및 적재를 용이하게 할 수 있어 작업자의 편의뿐만 아니라 세균이나 세포 등을 균일성 있게 배양하는 데 도움을 줄 수 있다.
또한, 배양주머니 제작에 사용된 기체투과성 필름 및 랙에 조성된 제1, 2통기공을 통해 세포성장에 필요한 산소 공급이 원활히 이루어지고, 배양주머니 내부의 유해가스를 외부로 원활히 배출함으로써, 세균이나 세포 등을 장시간 건강한 상태로 유지할 뿐만 아니라 배양효율을 향상시켜 세포 자체 또는 세포가 생산하는 결과물의 대량생산에도 기여할 수 있는 이점이 있다.
그러나 등록특허공보 제1626563호는 배양주머니의 내부환경을 실시간으로 모니터링할 수 없는 단점이 있었다. 즉, 등록특허공보 제1626563호는 제1, 2통기공을 통해 산소 공급 및 유해가스 배출을 시도하였으나, 공급되는 산소나 배출되는 유해가스의 양을 정확히 조절 및 측정할 수 없으므로 배양주머니 내부환경을 최적상태로 유지하거나 목표상태로 변화시키는데에 어려움이 있었다.
또한, 등록특허공보 제1626563호는 배지를 샘플링하거나 내부환경의 산소 및 이산화탄소를 측정하려면 마개를 열고 닫아야 하므로, 마개를 열고 닫는 과정에서 외부 공기가 유입되어 배양주머니의 내부환경을 해치게 되는 문제가 있었다.
한편, 대한민국 등록특허공보 제1721317호에는 자이러토리 바이오 리액터가 개시되어 있다. 등록특허공보 제1626563호는 본체, 본체 상부에 배치되며, 상면에는 배양할 세포를 가지는 배양액이 저장된 배양백을 구비하는 배양플레이트, 본체와 배양플레이트 사이에 설치되어, 배양플레이트를 탄성 지지하는 탄성부재, 본체에 설치된 상태로 배양플레이트와 연결되어, 탄성부재에 의해 탄성지지된 배양플레이트에 편심 회전력을 전달하여, 배양플레이트가 본체 상부에서 일방향으로 선회 운동되면서 배양백 내 배양액을 일방향으로 회전 이송되게 하는 회전구동부를 포함하는 자이러토리 바이오 리액터를 제공하는 것을 특징으로 한다.
등록특허공보 제1721317호는, 본체 상부에 탄성부재로 탄성지지된 배양플레이트가 회전구동부에 의해 편심회전력을 전달받아, 본체 상부에서 일방향으로 선회운동하게 되는바, 배양플레이트 상부에 배치되는 배양백 내 배양액을 일방향으로 회전 순환 이송되게 함으로서, 배양백 내 세포의 손상없이 배양이 안정적으로 이루어지는 이점이 있다.
그러나 등록특허공보 제1721317호는 회전구동부에 의해 발생하는 편심회전력에 의해 배양백 내 배양액을 일방향으로 회전 순환 이송되게 하고는 있으나, 배양 중 배양백 내에서 자중에 의해 침하하는 세포의 적체 및 뭉침을 완전히 방지할 수는 없는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허공보 제1626563호 (등록일: 2016.05.26) 대한민국 등록특허공보 제1721317호 (등록일: 2017.03.23)
본 발명의 목적은, 배양공간 내 산소 농도 및 이산화탄소 농도를 정확하게 유지 및 변화시켜 내부환경을 최적상태로 유지하거나 목표상태로 변화시킬 수 있고, 배지 샘플링 및 기체 측정 중 외기의 유입을 견고히 차단할 수 있으며, 배지에서 자중에 의해 침하하는 세포의 적체 및 뭉침을 완전히 방지할 수 있도록 이루어지는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기 및 이를 포함하는 세포배양시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 상측에 개구를 형성하고 내부에 부유성 세포의 배양공간을 형성하는 몸체와, 상기 개구를 막거나 열고 상기 배양공간을 외부와 연결하는 복수의 주입구가 형성된 덮개와, 상기 주입구를 막거나 여는 제1 마개 및 제2 마개를 포함하며, 상기 제1 마개에는 상기 배양공간에 있는 배지의 용존산소량을 측정하는 용존산소센서가 장착되고, 상기 제2 마개에는 상기 배지의 수소이온농도를 측정하는 pH센서가 장착되는 것을 특징으로 하는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기에 의하여 달성된다.
상기 제1 마개는, 상기 주입구에 나사결합되고, 상기 용존산소센서가 통과하는 통과홀이 형성된 바디; 및 상기 용존산소센서의 외면에 밀착되고, 상기 바디와 상기 주입구 사이에서 탄성 압축되는 실링부재를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제2 마개는, 상기 주입구에 나사결합되고, 상기 pH센서가 통과하는 통과홀이 형성된 바디; 및 상기 pH센서의 외면에 밀착되고, 상기 바디와 상기 주입구 사이에서 탄성 압축되는 실링부재를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 주입구를 막거나 여는 제3 마개를 포함하고, 상기 제3 마개는, 상기 주입구에 나사결합되고, 외부를 향하여 주입포트 및 배출포트가 돌출된 바디; 및 상기 주입포트 및 상기 배출포트를 각각 막는 포트캡을 포함하며, 상기 주입포트로 산소 또는 이산화탄소를 주입하고, 상기 배출포트로 상기 배양공간의 기체를 배출하도록 이루어질 수 있다.
상기 주입구를 막거나 여는 제4 마개를 포함하고, 상기 제4 마개는, 상기 주입구에 나사결합되고, 외부를 향하여 샘플링포트가 돌출된 바디; 및 상기 샘플링포트를 막는 포트캡을 포함하며, 상기 샘플링포트에 바늘 또는 튜브를 꼽아 상기 배지를 샘플링하도록 이루어질 수 있다.
상기 몸체의 저면에는, 상기 부유성 세포의 적체현상이 방지되도록 상기 배양공간을 향해 볼록한 곡면부가 형성되도록 이루어질 수 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 세포배양용기; 및 상기 배양공간 내에서 상기 배지가 유동하도록 상기 세포배양용기에 반복적으로 가속도를 인가하는 믹싱장치를 포함하고, 상기 곡면부의 저면에는 굴곡부가 형성되고, 상기 세포배양용기가 안착되는 상기 믹싱장치의 상부에는 상기 굴곡부를 상기 배양공간을 향해 주기적으로 미는 푸시유닛이 형성되는 것을 특징으로 하는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양시스템에 의하여 달성된다.
본 발명에 의하면, 제1 마개에는 배양공간에 있는 배지의 용존산소량을 측정하는 용존산소센서가 장착되고, 제2 마개에는 배지의 수소이온농도를 측정하는 pH센서가 장착되며, 제3 마개의 주입포트로 산소 또는 이산화탄소를 주입하고, 배출포트로 배양공간의 기체를 배출시킴으로써, 배양공간 내 산소 농도 및 이산화탄소 농도를 정확하게 유지 및 변화시켜 내부환경을 최적상태로 유지하거나 목표상태로 변화시킬 수 있도록 이루어지는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기를 제공할 수 있게 된다.
또한, 제1 마개에는 배양공간에 있는 배지의 용존산소량을 측정하는 용존산소센서가 장착되고, 제2 마개에는 배지의 수소이온농도를 측정하는 pH센서가 장착되며, 제4 마개의 샘플링포트에 바늘 또는 튜브를 꼽아 배지를 샘플링함으로써, 배지 샘플링 및 기체 측정 중 외기의 유입을 견고히 차단할 수 있도록 이루어지는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기를 제공할 수 있게 된다.
아울러, 세포배양용기가 안착되는 믹싱장치의 상부에는 굴곡부를 배양공간을 향해 주기적으로 미는 푸시유닛이 형성됨으로써, 배지에서 자중에 의해 침하하는 세포의 적체 및 뭉침을 완전히 방지할 수 있도록 이루어지는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양시스템을 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기를 나타내는 사시도.
도 2 내지 도 4는 도 1의 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기의 저면도.
도 6은 도 5의 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기의 저면 사시도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양시스템을 나타내는 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기 및 이를 포함하는 세포배양시스템은, 배양공간 내 산소 농도 및 이산화탄소 농도를 정확하게 유지 및 변화시켜 내부환경을 최적상태로 유지하거나 목표상태로 변화시킬 수 있고, 배지 샘플링 및 기체 측정 중 외기의 유입을 견고히 차단할 수 있으며, 배지에서 자중에 의해 침하하는 세포의 적체 및 뭉침을 완전히 방지할 수 있도록 이루어진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기를 나타내는 사시도, 도 2 내지 도 4는 도 1의 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기를 나타내는 단면도, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기의 저면도, 도 6은 도 5의 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기의 저면 사시도, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양시스템을 나타내는 단면도.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기(10)는, 배양공간(S) 내 산소 농도 및 이산화탄소 농도를 정확하게 유지 및 변화시켜 내부환경을 최적상태로 유지하거나 목표상태로 변화시킬 수 있고, 배지(B) 샘플링 및 기체 측정 중 외기의 유입을 견고히 차단할 수 있도록 이루어지며, 몸체(100), 덮개(200), 제1 마개(300), 제2 마개(400), 제3 마개(500), 제4 마개(600) 및 제5 마개(700)를 포함하여 구성된다.
몸체(100)는 내부에 부유성 세포의 배양공간(S)을 형성하는 구성으로서, 상측에 개구를 갖는 용기형태로 이루어진다. 몸체(100)의 상단부에는 개구의 둘레를 따라 덮개(200)의 실링부(220)가 삽입되는 홈이 형성될 수 있다.
몸체(100)는 1리터 이상의 워킹 볼륨(working volume)의 대용량 세포배양공간(S)을 제공한다. 그 일례로 몸체(100)는 대략 200×200×120mm의 직육면체 배양공간(S)을 형성할 수 있다.
몸체(100)는 내부환경의 용이한 관찰을 위해 광투과성이 높고, 세포에 대한 독성이 없어야 한다. 몸체(100)는 높은 광투과성, 무독성을 만족하면서도 제작이 용이한 사출소재인 폴리스티렌(polystyrene) 재질로 이루어질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 몸체(100)의 저면에는, 배양공간(S)을 향해 볼록한 곡면부(110)가 형성된다. 곡면부(110)는 그 중심부가 가장 높은 지점을 형성하고 원형의 가장자리 부분으로 갈수록 높이가 점차 낮아지는 형태를 형성한다.
몸체(100)의 저면에 배양공간(S)을 향해 볼록한 곡면부(110)가 형성되면, 자중에 의한 부유성 세포의 침강(sedimentation)이 발생하더라도, 침강한 세포가 곡면부(110)의 중심부를 중심으로 곡면을 미끄러져 하강하여 몸체(100) 저면에서 적체현상이 방지된다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 곡면부(110)는 몸체(100) 저면의 중앙을 중심으로 각 코너 부분을 향해 연장된 배플(baffle) 형태로 형성될 수도 있다.
덮개(200)는 개구를 막거나 여는 구성으로서, 개구를 덮는 플레이트 형태로 이루어진다. 덮개(200)는 폴리스티렌(polystyrene) 재질로 제작될 수 있다. 덮개(200)의 테두리부에는 개구의 둘레에 형성된 홈에 삽입되는 실링부(220)가 형성된다. 실링부(220)는 고무, 실리콘과 같이 탄력적으로 변형하는 재질로 이루어질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 덮개(200)에는 복수의 주입구(210)가 형성된다. 주입구(210)는 배양공간(S)을 외부와 연결하기 위한 구성으로, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상단이 개방된 주둥아리 형태를 형성한다. 도 1 내지 도 4는 총 6개의 주입구(210)가 형성된 덮개(200)를 도시하고 있다.
마개는 주입구(210)를 막거나 열기 위한 구성으로서, 주입구(210)와 나사결합되는 형태로 이루어진다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 주입구(210)의 외면에는 숫나사산이 형성되고, 마개의 내면에는 암나사산이 형성될 수 있다. 마개는 제1 마개(300), 제2 마개(400), 제3 마개(500), 제4 마개(600) 및 제5 마개(700)를 포함하여 구성된다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 마개(300)는 용존산소센서(DOS)를 설치하기 위한 구성으로서, 바디(310) 및 실링부재(320)를 포함하여 구성된다.
바디(310)는 주입구(210)에 나사결합되는 구성으로, 상부에 용존산소센서(DOS)가 통과하는 통과홀(311)이 형성된다. 바디(310)의 상부에는 가이드(312)가 형성된다. 가이드(312)는 바디(310)의 위쪽에서 용존산소센서(DOS)의 외면을 감싸는 접촉면을 형성한다. 따라서 후술할 믹싱장치(30)에 의해 세포배양용기(20)에 반복적으로 가속도가 인가되더라도 용존산소센서(DOS)의 유동이 차단된다.
용존산소센서(DOS)는 배지(B)의 용존산소량을 측정하는 구성으로서, 공지된 용존산소센서(DOS) 중 어느 하나로 구비될 수 있다. 물론, 용존산소센서(DOS)는 별도 제작될 수도 있다. 도 1 및 도 4에는 길이방향을 따라 일정한 원형 단면을 갖도록 별도 제작된 용존산소센서(DOS)를 도시하고 있다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 용존산소센서(DOS)는 통과홀(311)을 관통한 상태로 제1 마개(300)에 장착된다. 용존산소센서(DOS)는 통과홀(311)을 관통한 상태에서 그 하단부는 배지(B)에 잠기고 그 상단부는 외부로 노출되어 제어부(미도시)에 연결된다.
제어부는 용존산소센서(DOS) 및 pH센서(pHS)의 신호를 받아 저장하는 전자장치를 의미한다. 바이오산업 분야에서 센서의 신호를 받고 저장하거나 분석하는 전자장치는 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
실링부재(320)는 관통홀을 통한 기체의 이동을 방지하기 위한 구성으로서, 고리형태로 제작되어 그 내면은 용존산소센서(DOS)의 외면에 밀착되고 그 외면은 제1 마개(300)의 내면에 밀착된다.
실링부재(320)는 고무, 실리콘 등 탄력적으로 변형하는 재질로 제작되며, 바디(310)가 주입구(210)에 나사결합되는 과정에서 바디(310)와 주입구(210) 사이에서 세로방향으로 탄성 압축된다. 실링부재(320)는 세로방향으로 압축되면서 반경방향으로는 팽창되며, 따라서 용존산소센서(DOS)의 외면과 제1 마개(300)의 내면에 완전히 밀착되어 관통홀을 통한 기체의 이동을 방지하게 된다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 마개(400)는 pH센서(pHS)를 설치하기 위한 구성으로서, 바디(410) 및 실링부재(420)를 포함하여 구성된다.
바디(410)는 주입구(210)에 나사결합되는 구성으로, 상부에 pH센서(pHS)가 통과하는 통과홀(411)이 형성된다. 바디(410)의 상부에는 가이드(412)가 형성된다. 가이드(412)는 바디(410)의 위쪽에서 pH센서(pHS)의 외면을 감싸는 접촉면을 형성한다. 따라서 후술할 믹싱장치(30)에 의해 세포배양용기(20)에 반복적으로 가속도가 인가되더라도 pH센서(pHS)의 유동이 차단된다.
pH센서(pHS)는 배지(B)의 수소이온농도를 측정하는 구성으로서, 공지된 pH센서(pHS) 중 어느 하나로 구비될 수 있다. 물론, pH센서(pHS)는 별도 제작될 수도 있다. 도 1 내지 도 3에는 길이방향을 따라 일정한 원형 단면을 갖도록 별도 제작된 pH센서(pHS)를 도시하고 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, pH센서(pHS)는 통과홀(411)을 관통한 상태로 제2 마개(400)에 장착된다. pH센서(pHS)는 통과홀(411)을 관통한 상태에서 그 하단부는 배지(B)에 잠기고 그 상단부는 외부로 노출되어 제어부(미도시)에 연결된다.
실링부재(420)는 관통홀을 통한 기체의 이동을 방지하기 위한 구성으로서, 고리형태로 제작되어 그 내면은 pH센서(pHS)의 외면에 밀착되고 그 외면은 제2 마개(400)의 내면에 밀착된다.
실링부재(420)는 고무, 실리콘 등 탄력적으로 변형하는 재질로 제작되며, 바디(410)가 주입구(210)에 나사결합되는 과정에서 바디(410)와 주입구(210) 사이에서 세로방향으로 탄성 압축된다. 실링부재(420)는 세로방향으로 압축되면서 반경방향으로는 팽창되며, 따라서 pH센서(pHS)의 외면과 제2 마개(400)의 내면에 완전히 밀착되어 관통홀을 통한 기체의 이동을 방지하게 된다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제3 마개(500)는 산소 또는 이산화탄소를 주입하고 배출하기 위한 구성으로서, 바디(510) 및 포트캡(520)을 포함하여 구성된다.
바디(510)는 주입구(210)에 나사결합되는 구성으로, 외부를 향하여 주입포트(511) 및 배출포트(512)가 돌출된다. 주입포트(511) 및 배출포트(512)는 튜브 형태로 형성되어 내부에 세로방향의 통로(이하 '포트통로')를 형성한다.
포트캡(520)은 주입포트(511) 및 배출포트(512)의 상단 구멍을 각각 막는 구성으로서, 주입포트(511) 및 배출포트(512)의 상부를 감싸는 형태를 형성한다. 포트캡(520)의 내부에는 포트통로로 삽입되는 돌기가 형성된다. 포트캡(520)은 주입포트(511) 및 배출포트(512)의 상부 외면 및 포트통로의 상부 내면에 완전히 밀착되어 외부공기의 이동을 차단하게 된다.
도시되지는 않았으나, 사용자는 포트캡(520)을 제거한 상태에서 산소(이산화탄소)공급기(미도시)가 연결된 튜브를 주입포트(511)에 연결하거나 기체회수기(미도시)가 연결된 튜브를 배출포트(512)에 연결하여 배양공간(S) 내로 산소 및 이산화탄소를 주입하거나 배출시킬 수 있다.
산소(이산화탄소)공급기 및 기체회수기는 상술한 제어부의 정밀제어에 의해 작동된다. 따라서 사용자는 제어부의 조작을 통해 배지(B) 및 배양공간(S) 내 산소 농도 및 이산화탄소 농도를 정확하게 유지 및 변화시켜 내부환경을 최적상태로 유지하거나 목표상태로 변화시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제4 마개(600)는 배지(B)를 샘플링하기 위한 구성으로서, 바디(610) 및 포트캡(620)을 포함하여 구성된다.
바디(610)는 주입구(210)에 나사결합되는 구성으로, 외부를 향하여 샘플링포트(611)가 돌출된다. 샘플링포트(611)는 튜브 형태로 형성되어 내부에 세로방향의 통로(이하 '샘플링통로')를 형성한다.
포트캡(620)은 샘플링포트(611)의 상단 구멍을 각각 막는 구성으로서, 샘플링포트(611)의 상부를 감싸는 형태를 형성한다. 포트캡(620)의 내부에는 샘플링통로로 삽입되는 돌기가 형성된다. 포트캡(620)은 샘플링포트(611)의 상부 외면 및 샘플링통로의 상부 내면에 완전히 밀착되어 외부공기의 이동을 차단하게 된다.
도시되지는 않았으나, 사용자는 포트캡(620)을 제거한 상태에서 샘플링포트(611)에 바늘 또는 튜브(이하 '샘플링튜브')를 꼽아 배지(B)를 샘플링할 수 있다. 바늘은 샘플링통로를 통해 배양공간(S) 내로 진입하고, 샘플링튜브는 그 단부가 샘플링포트(611)의 상부를 감싸는 형태로 샘플링포트(611)에 장착될 수 있다.
도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제5 마개(700)는 배양공간(S) 내로 배지(B)를 투입하거나 배출시키기 위한 구성으로서, 주입구(210)와 나사결합되는 형태로 이루어진다. 주입구(210)의 외면에는 숫나사산이 형성되고, 제5 마개(700)의 내면에는 암나사산이 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 제1 마개에는 배양공간에 있는 배지의 용존산소량을 측정하는 용존산소센서가 장착되고, 제2 마개에는 배지의 수소이온농도를 측정하는 pH센서가 장착되며, 제3 마개의 주입포트로 산소 또는 이산화탄소를 주입하고, 배출포트로 배양공간의 기체를 배출시킴으로써, 배양공간 내 산소 농도 및 이산화탄소 농도를 정확하게 유지 및 변화시켜 내부환경을 최적상태로 유지하거나 목표상태로 변화시킬 수 있도록 이루어지는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기를 제공할 수 있게 된다.
또한, 제1 마개에는 배양공간에 있는 배지의 용존산소량을 측정하는 용존산소센서가 장착되고, 제2 마개에는 배지의 수소이온농도를 측정하는 pH센서가 장착되며, 제4 마개의 샘플링포트에 바늘 또는 튜브를 꼽아 배지를 샘플링함으로써, 배지 샘플링 및 기체 측정 중 외기의 유입을 견고히 차단할 수 있도록 이루어지는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양용기를 제공할 수 있게 된다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양시스템(1)은, 배지(B)에서 자중에 의해 침하하는 세포의 적체 및 뭉침을 완전히 방지할 수 있도록 이루어지며, 세포배양용기(20) 및 믹싱장치(30)를 포함하여 구성된다. 이하에서 일 실시예와 동일한 세포배양용기(20)의 설명은 생략하기로 한다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 세포배양용기(20)의 곡면부(110) 저면에는 굴곡부(111)가 형성된다. 굴곡부(111)는 곡면부(110) 저면에 볼록한 엠보싱 형태로 형성되어 아래쪽으로 돌출된다.
믹싱장치(30)는 배양공간(S) 내에서 배지(B)가 유동하도록 세포배양용기(20)에 반복적으로 가속도를 인가하는 구성으로서, 베이스(31), 안착부(32) 및 푸시유닛(33)을 포함하여 구성된다.
베이스(31)는 안착부(32) 및 푸시유닛(33)의 유동을 방지하는 구성으로서, 독립적인 장비로서 지면이나 테이블 위에 놓이거나 또는 바이오리액터(bioreactor)에 설치되는 형태로 제작될 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 안착부(32)는 세포배양용기(20)에 가속도를 전달하는 구성으로서, 세포배양용기(20)는 안착부(32)의 상면에 안착된 상태에서 안착부(32)와 함께 운동하게 된다.
도시되지는 않았으나, 안착부(32)에는 몸체(100) 저면을 가열하기 위한 히팅봉(heating rod) 또는 히팅 패드(heating pad)가 설치될 수도 있다. 히팅봉 및 히팅 패드는 바이오리액터의 전원이나 별도의 전원에 연결될 수 있다. 안착부(32)에 히팅봉 또는 히팅 패드가 설치되는 경우 마개에는 배지(B)의 온도를 측정하는 온도센서가 장착될 수 있다.
히팅봉 및 히팅 패드는 상술한 제어부의 정밀제어에 의해 작동된다. 따라서 사용자는 제어부의 조작을 통해 배지(B)의 온도를 정확하게 유지 및 변화시켜 내부환경을 최적상태로 유지하거나 목표상태로 변화시킬 수 있다. 히팅봉 및 히팅 패드에 의한 용기로의 열에너지 전달기술은 바이오산업 분야에서 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
안착부(32)와 베이스(31)는 제1 회전축(X1)에서 회전 가능하게 연결되고, 안착부(32)는 제1 회전축(X1)을 중심으로 왕복회전운동하여 세포배양용기(20)에 가속도를 전달하게 된다. 자세히 도시되지 않았으나, 제1 회전축(X1)에는 기어 전동(gear transmission) 또는 벨트 전동(belt transmission)에 의해 제1 모터(M1)의 회전력이 전달된다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 푸시유닛(33)은 굴곡부(111)를 배양공간(S)을 향해 주기적으로 미는 구성으로서, 세포배양용기(20)가 안착되는 믹싱장치(30)의 상부에 형성된다. 푸시유닛(33)은 회전부(34) 및 제2 모터(M2)를 포함하여 구성된다. 제2 모터(M2)는 제2 회전축(X2)을 통해 회전부(34)를 회전시키는 구성으로서, 안착부(32)의 하부에 설치될 수 있다.
회전부(34)는 제2 회전축(X2)을 중심으로 회전하는 구성으로서, 안착부(32)의 상면에서 곡면부(110)를 향해 돌출된다. 회전부(34)의 외면에는 굴곡부(111)가 삽입되는 홈부(H)가 형성된다. 홈부(H) 안쪽에는 굴곡부(111)를 향해 돌출된 복수의 단차부(C)가 서로 이격된 형태로 형성된다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 회전부(34)가 제2 회전축(X2)을 중심으로 회전하면, 굴곡부(111)는 (홈부(H)의 내면과 이격되지만) 복수의 단차부(C)와 부딪힐 때마다 배양공간(S) 쪽으로 이동된 후 다시 홈부(H) 안쪽으로 삽입되는 과정을 반복하게 된다.
이 과정에서 곡면부(110)는 굴곡부(111) 부위에서 국소적 탄성 변형되어 배양공간(S) 쪽으로 이동된 후 다시 원상태로 복구되는 과정을 반복하게 되며, 배지(B) 내에서 자중에 의해 침하되어 곡면부(110) 위로 침하된 세포는 곡면부(110)의 운동에너지에 의해 배지(B) 내로 부양된다. 곡면부(110)는 탄성 변형이 용이하도록 다른 몸체(100) 부위보다 얇은 두께로 형성되거나, 고무 또는 실리콘과 같은 재질로 형성될 수도 있다.
본 발명에 의하면, 세포배양용기가 안착되는 믹싱장치의 상부에는 굴곡부를 배양공간을 향해 주기적으로 미는 푸시유닛이 형성됨으로써, 배지에서 자중에 의해 침하하는 세포의 적체 및 뭉침을 완전히 방지할 수 있도록 이루어지는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양시스템을 제공할 수 있게 된다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 세포배양시스템
10,20 : 세포배양용기
100 : 몸체 500 : 제3 마개
S : 배양공간 510 : 바디
110 : 곡면부 511 : 주입포트
111 : 굴곡부 512 : 배출포트
200 : 덮개 520 : 포트캡
210 : 주입구 600 : 제4 마개
220 : 실링부 610 : 바디
300 : 제1 마개 611 : 샘플링포트
310 : 바디 620 : 포트캡
311 : 통과홀 700 : 제5 마개
312 : 가이드 B : 배지
320 : 실링부재
DOS : 용존산소센서
400 : 제2 마개
410 : 바디
411 : 통과홀
412 : 가이드
420 : 실링부재
pHS : pH센서
30 : 믹싱장치
31 : 베이스 33 : 푸시유닛
32 : 안착부 34 : 회전부
X1 : 제1 회전축 M1 : 제1 모터
X2 : 제2 회전축 M2 : 제2 모터
H : 홈부 C : 단차부

Claims (7)

  1. 세포배양용기와 믹싱장치를 포함하고,
    상기 세포배양용기는, 상측에 개구를 형성하고 내부에 부유성 세포의 배양공간을 형성하는 몸체와, 상기 개구를 막거나 열고 상기 배양공간을 외부와 연결하는 복수의 주입구가 형성된 덮개와, 상기 주입구를 막거나 여는 제1 마개 및 제2 마개를 포함하며,
    상기 제1 마개에는 상기 배양공간에 있는 배지의 용존산소량을 측정하는 용존산소센서가 장착되고,
    상기 제2 마개에는 상기 배지의 수소이온농도를 측정하는 pH센서가 장착되며,
    상기 몸체의 저면에는, 상기 부유성 세포의 적체현상이 방지되도록 상기 배양공간을 향해 볼록한 곡면부가 형성되고,
    상기 믹싱장치는, 상기 배양공간 내에서 상기 배지가 유동하도록 상기 세포배양용기에 반복적으로 가속도를 인가하고,
    상기 곡면부의 저면에는 굴곡부가 형성되고,
    상기 세포배양용기가 안착되는 상기 믹싱장치의 상부에는 상기 굴곡부를 상기 배양공간을 향해 주기적으로 미는 푸시유닛이 형성되는 것을 특징으로 하는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마개는,
    상기 주입구에 나사결합되고, 상기 용존산소센서가 통과하는 통과홀이 형성된 바디; 및
    상기 용존산소센서의 외면에 밀착되고, 상기 바디와 상기 주입구 사이에서 탄성 압축되는 실링부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 마개는,
    상기 주입구에 나사결합되고, 상기 pH센서가 통과하는 통과홀이 형성된 바디; 및
    상기 pH센서의 외면에 밀착되고, 상기 바디와 상기 주입구 사이에서 탄성 압축되는 실링부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세포배양용기는 상기 주입구를 막거나 여는 제3 마개를 포함하고,
    상기 제3 마개는,
    상기 주입구에 나사결합되고, 외부를 향하여 주입포트 및 배출포트가 돌출된 바디; 및
    상기 주입포트 및 상기 배출포트를 각각 막는 포트캡을 포함하며,
    상기 주입포트로 산소 또는 이산화탄소를 주입하고, 상기 배출포트로 상기 배양공간의 기체를 배출하는 것을 특징으로 하는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세포배양용기는 상기 주입구를 막거나 여는 제4 마개를 포함하고,
    상기 제4 마개는,
    상기 주입구에 나사결합되고, 외부를 향하여 샘플링포트가 돌출된 바디; 및
    상기 샘플링포트를 막는 포트캡을 포함하며,
    상기 샘플링포트에 바늘 또는 튜브를 꼽아 상기 배지를 샘플링하는 것을 특징으로 하는 실시간 배양환경의 모니터링 및 조절이 가능한 세포배양시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
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