KR102000200B1 - 일체형 미생물 배양장치 및 이를 이용한 미생물 배양 방법 - Google Patents

일체형 미생물 배양장치 및 이를 이용한 미생물 배양 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미생물의 배양에 필요로 하는 배지조성물을 제조하는 배지제조부와, 제조된 배지조성물에 미생물을 투입하여 미생물을 배양하는 미생물 배양부가 일체화된 구성으로 이루어져, 미생물 배양 과정에서 외부 접촉으로 인해 오염을 방지할 수 있도록 한 일체형 미생물 배양장치 및 이를 이용한 미생물 배양 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일체형 미생물 배양장치는, 배지가 수용되는 적어도 1개 이상의 배지공급챔버를 구비하는 배지공급부; 상기 배지공급부의 배지공급챔버와 연결되어 배지공급챔버로부터 멸균된 배지를 공급받아 배지조성물을 제조하는 배지제조부; 상기 배지제조부 내의 내부 공간을 진공 상태로 만드는 진공생성부; 상기 배지제조부에서 공급되는 배지조성물을 수용하는 배양챔버가 형성되어 있는 배양용기, 상기 배양용기의 일측에 배양챔버의 내부로 연통되게 형성된 미생물 투입구, 배양챔버 내부에 설치되어 배지조성물과 미생물이 혼합된 배양액을 혼합하는 배양액 교반부재, 상기 배지조성물과 미생물이 혼합된 배양액을 가열하는 배양액 가열부재, 및 상기 배양액 교반부재와 배양액 가열부재의 작동을 제어하는 배양 컨트롤러를 포함하는 미생물 배양부; 및, 상기 배지제조부와 미생물 배양부를 연결하는 배지조성물 공급관;을 포함할 수 있다.

Description

일체형 미생물 배양장치 및 이를 이용한 미생물 배양 방법{Integrated Micro-organism Culture Medium, And Method for Cultivating Micro-organism Using the Same}
본 발명은 미생물을 배양하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미생물의 배양에 필요로 하는 배지조성물을 제조하는 배지제조부와, 제조된 배지조성물에 미생물을 투입하여 미생물을 배양하는 미생물 배양부가 일체화된 일체형 미생물 배양장치 및 이를 이용한 미생물 배양 방법에 관한 것이다.
일반적으로 미생물은 수질정화는 물론 철과 같은 금속이나 식품의 산화를 방지하기 위한 용도 그리고 가축의 분뇨, 생활하수, 각종 폐기물 등의 오염물질을 분해하여 정화시키는데 사용되고 있다.
또한 시멘트에 탄산염을 석출하는 미생물을 첨가하여 콘크리트 균열 부위를 자기치유할 수 있는 자기치유 콘크리트나 자기치유 보수재를 형성하는 기술이 연구되고 있다.
이와 같이 근래들어 미생물의 수요가 급증하고 있으며, 이러한 수요를 충족시키기 위해 미생물 배양장치를 이용하여 미생물을 인위적으로 생산하고 있다.
미생물 배양장치에서 지속적으로 미생물을 배양하기 위해서는 미생물 영양 공급을 위한 배지 공급이 요구되는데, 종래에는 별도의 배지 제조장치에서 제조된 배지를 미생물 배양장치의 배양조 내부로 주입하여 미생물을 배양하고 있다. 따라서 배양조 내에 배지를 공급하는 과정에서 외부와의 접촉으로 배양액 오염이 발생할 수 있다.
또한 효과적인 미생물 배양을 위해서는 온도와 pH, 용존 산소량 등에 대한 전체적인 제어 및 고려가 필요하며, 제조된 미생물을 사용하기 위해서는 미생물 배지 조성, 배지 주입, 미생물 배양, 미생물 배출 등의 일련의 과정이 필수적인데, 각각의 과정 사이에서 외부 접촉으로 인해 오염이 발생하기 쉬운 문제가 있다.
등록특허 제10-1770418호(2017.08.16. 등록) 등록특허 제10-0773420호(2007.10.30. 등록) 등록특허 제10-1025339호(2011.03.21. 등록) 등록특허 제10-1287757호(2013.07.12. 등록)
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 미생물의 배양에 필요로 하는 배지조성물을 제조하는 배지제조부와, 제조된 배지조성물에 미생물을 투입하여 미생물을 배양하는 미생물 배양부가 일체화된 구성으로 이루어져, 배지의 공급과 배지조성물의 제조, 배지조성물의 주입, 미생물 투입 및 배양, 미생물 배양액 배출 등의 일련의 과정에서 외부 접촉으로 인해 오염을 방지할 수 있도록 한 일체형 미생물 배양장치 및 이를 이용한 미생물 배양 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일체형 미생물 배양장치는, 배지가 수용되는 적어도 1개 이상의 배지공급챔버를 구비하는 배지공급부; 상기 배지공급부의 배지공급챔버와 연결되어 배지공급챔버로부터 멸균된 배지를 공급받아 배지조성물을 제조하는 배지제조부; 상기 배지제조부 내의 내부 공간을 진공 상태로 만드는 진공생성부; 상기 배지제조부에서 공급되는 배지조성물을 수용하는 배양챔버가 형성되어 있는 배양용기, 상기 배양용기의 일측에 배양챔버의 내부로 연통되게 형성된 미생물 투입구, 배양챔버 내부에 설치되어 배지조성물과 미생물이 혼합된 배양액을 혼합하는 배양액 교반부재, 상기 배지조성물과 미생물이 혼합된 배양액을 가열하는 배양액 가열부재, 및 상기 배양액 교반부재와 배양액 가열부재의 작동을 제어하는 배양 컨트롤러를 포함하는 미생물 배양부; 및, 상기 배지제조부와 미생물 배양부를 연결하는 배지조성물 공급관;을 포함할 수 있다.
상기 배지공급부는, 배지가 수용되는 배지공급챔버와, 상기 배지공급챔버의 하부에 배치되어 배지공급챔버의 하단부로부터 낙하하는 배지에서 세균을 제거하는 멸균필터, 및 상기 멸균필터의 하부에 연통되게 배치되어 멸균필터를 통과한 배지를 일시적으로 저장하는 복수의 버퍼챔버를 포함하는 공급기본체와; 상단이 상기 버퍼챔버의 하단에 개별적으로 연결되고 하단이 상기 배지제조부의 상부에 기밀하게 연결되어 버퍼챔버 내의 배지를 배지제조부 내로 안내하는 배지공급관; 상기 배지제조부의 상부에 형성된 배지투입구에 착탈 가능하게 결합되어 배지투입구를 개폐하며, 상기 배지공급관이 기밀하게 연결되는 관연결공이 관통되게 형성되어 있는 연결마개; 를 포함할 수 있다.
상기 배지제조부는, 상기 배지공급부로부터 공급되는 배지가 저장되는 배지제조챔버를 구비하며, 상부에 상기 배지공급부와 연결되는 배지투입구가 상기 배지제조챔버와 연통되게 형성되어 있는 배지제조용기; 상기 배지제조용기에 저장된 배지의 수위를 측정하는 배지 수위센서; 상기 배지제조용기에 저장된 배지의 온도를 측정하는 배지 온도센서; 상기 배지제조챔버 내에 회전 가능하게 설치되어 배지를 혼합하는 배지 교반부재; 상기 배지제조챔버 내의 배지를 가열하는 배지 가열부재; 및, 상기 배지 수위센서에 의해 측정된 배지의 수위에 따라 상기 배지공급부로부터 배지제조용기로의 배지 공급과, 상기 배지 교반부재와, 상기 배지 온도센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 배지 가열부재의 작동을 제어하는 배지제조 컨트롤러;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일체형 미생물 배양장치는, 상기 미생물 배양부는 배양챔버 내부로 미생물 배양을 위한 가스를 공급하는 가스공급유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 가스공급유닛은 외부에서 가스를 공급하는 가스공급원, 상기 가스공급원과 연결되며 배양용기를 관통하여 배양챔버 내측으로 가스를 안내하는 가스공급관, 상기 배양챔버 내부에서 상기 가스공급관과 연결되며 배양챔버의 하부에서 상측으로 연장되어 배양챔버 내측으로 가스를 배출하는 복수의 가스주입관을 포함할 수 있다.
상기 배양액 가열부재는 상기 복수의 가스주입관에 나선형으로 권선되며, 탄소나노튜브와 폴리머가 혼입된 재질로 되어 외부에서 인가되는 전원에 의해 발열하는 열선으로 될 수 있다.
상기 배양용기는 광투과성 재질로 이루어지며, 배용용기의 외면에 배양용기 내측으로 제공되는 광량을 제어하기 위한 셔터유닛이 설치될 수 있다.
상기 셔터유닛은, 상기 배양용기의 외측에 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열되고 일측 절반부에 개구부가 형성된 복수의 고정셔터와, 상기 복수의 고정셔터 사이사이에 고정셔터의 개구부 부분과 겹쳐지게 설치되어 고정셔터에 대해 원주방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되며 슬라이딩 방향에 따라 고정셔터의 개구부와 연통되거나 고정셔터에 의해 막히는 개구부가 형성되어 있는 가동셔터를 포함할 수 있다.
상기한 구성을 갖는 본 발명에 따른 일체형 미생물 배양장치를 이용한 미생물 배양 방법은 다음과 같은 단계들을 포함할 수 있다.
(a) 배지공급부의 배지공급챔버에 배지를 저장하는 단계
(b) 배지공급부의 배지를 멸균하여 배지제조부로 공급하는 단계
(c) 배지제조부에서 배지를 가열 및 교반하여 배지조성물을 제조하는 단계
(d) 배지조성물 공급관을 통해 미생물 배양부의 배양챔버 내측으로 배지를 공급하는 단계
(e) 미생물 배양부의 미생물 투입구를 통해 배양할 미생물을 주입하는 단계
(f) 배양액 교반부재와 배양액 가열부재를 작동하여 미생물을 배양하는 단계.
본 발명의 미생물 배양 방법은 상기 (f) 단계에서 미생물을 배양하는 도중 배양액에 미생물 배양을 위한 가스를 공급할 수 있다.
본 발명의 일체형 미생물 배양장치는 배지를 공급하는 배지공급부와, 미생물의 배양에 필요로 하는 배지조성물을 제조하는 배지제조부, 제조된 배지조성물에 미생물을 투입하여 미생물을 배양하는 미생물 배양부가 일체화된 구성으로 이루어진다.
따라서 배지의 공급과 배지조성물의 제조, 배지조성물의 주입, 미생물 투입 및 배양, 미생물 배양액 배출 등의 일련의 과정이 모두 밀폐된 상태에서 이루어지므로 외부 접촉으로 인한 오염을 방지할 수 있다.
특히 본 발명의 일체형 미생물 배양장치는 배지공급부에서 배지공급챔버의 확장과 축소가 가능하므로 미생물 배양에 필요로 하는 배지조성물을 제조하기 위한 배지를 용이하게 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 미생물 배양장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 일체형 미생물 배양장치의 배지공급부와 배지제조부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 배지공급부의 멸균필터 및 버퍼챔버의 일 실시예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4a는 도 2에 도시된 배지공급부의 공급기본체의 확장 및 축소 메커니즘을 나타낸 도면이다.
도 4b는 도 4a의 I-I 선 단면도이다.
도 5a는 도 2에 도시된 배지공급부의 연결마개가 배지제조부에 결합된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5b는 도 2에 도시된 배지공급부의 연결마개의 여러 형태를 나타낸 평면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 일체형 미생물 배양장치의 미생물 배양부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 미생물 배양부의 횡단면도이다.
도 8은 도 1에 도시된 일체형 미생물 배양장치의 제어를 위한 구성을 나타낸 블록도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형 미생물 배양장치를 나타낸 것으로, 미생물 배양부의 셔터유닛의 일부를 나타낸 횡단면도이다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시 예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 일체형 미생물 배양장치 및 이를 이용한 미생물 배양 방법을 후술된 실시 예에 따라 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 일체형 미생물 배양장치는, 배지(C1)가 수용되는 복수의 배지공급챔버(111)를 구비하는 배지공급부(100), 상기 배지공급부(100)의 배지공급챔버(111)로부터 멸균된 배지를 공급받아 배지조성물(C2)을 제조하는 배지제조부(200), 배지제조부(200) 내의 배지제조챔버(211)를 진공 상태로 만드는 진공생성부(240), 상기 배지제조부(200)로부터 공급된 배지조성물(C2)과 외부에서 투입된 미생물을 혼합하여 미생물을 배양하는 미생물 배양부(300), 및 상기 배지제조부(200)와 미생물 배양부(300)를 연결하는 배지조성물 공급관(400)을 포함한다.
도 2 내지 도 5b를 참조하면, 상기 배지공급부(100)는 배지가 수용되는 복수의 배지공급챔버(111)를 구비한 공급기본체(110)와, 상기 공급기본체(110)에서 공급되는 배지를 배지제조부(200) 내로 안내하는 배지공급관(120)과, 상기 배지공급관(120)의 하단부를 배지제조부(200)에 기밀하게 연결하기 위한 연결마개(130)를 포함한다.
상기 공급기본체(110)에는 복수의 배지공급챔버(111)가 나란하게 배열된다. 상기 배지공급챔버(111)는 공급기본체(110)에 일체로 형성될 수 있지만, 이와 다르게 카트리지와 같은 구조로 공급기본체(110)와 개별체로 만들어져 공급기본체(110)에 착탈될 수 있게 구성될 수도 있다. 배지공급챔버(111)가 카트리지 형태를 갖게 되면, 서로 다른 종류의 배지가 담겨진 배지 카트리지를 공급기본체(110)에 용이하게 장착하여 배지를 공급하고, 배지 공급이 완료되면 다른 배지 카트리지로 교체하여 배지를 공급할 수 있다.
상기 배지공급챔버(111)의 하단부는 개방되게 형성되어 배지가 아래쪽으로 낙하하여 배출될 수 있게 되어 있다. 상기 배지공급챔버(111)의 하부에는 배지공급챔버(111)의 하단부로부터 낙하하는 배지에서 세균을 제거하는 멸균필터(112)가 배치되고, 상기 멸균필터(112)의 하부에는 멸균필터(112)를 통과한 배지를 일시적으로 저장하는 복수의 버퍼챔버(113)가 연통되게 배치된다. 상기 멸균필터(112)는 배지에서 불순물과 세균을 걸러내는 거름종이 등을 적용할 수 있다.
도 3에 도시한 것과 같이 상기 버퍼챔버(113)는 하단부가 깔때기 형태로 되어 하측으로 배지가 자연스럽게 흘러나갈 수 있게 되어 있다. 상기 버퍼챔버(113)의 상단부에는 상기 멸균필터(112)가 놓여지는 다공판(114)이 고정되게 설치된다.
도 4a에 도시한 것과 같이 공급기본체(110)는 미생물의 배양에 요구되는 배지조성물에 따라 배지공급챔버(111)와 멸균필터(112), 버퍼챔버(113)의 수를 증가시키거나 축소시킬 수 있게 구성됨이 바람직하다. 이를 위해 도 4b에 도시한 것과 같이, 각각의 배지공급챔버(111)의 양측면에 'L'자형의 결합리브(115)가 상하방향으로 연장되게 형성되어, 복수의 배지공급챔버(111)의 양측면에 형성되어 있는 'L'자형의 결합리브(115)들이 상호 슬라이딩하여 결합됨으로써 배지공급챔버(111)와 멸균필터(112)와 버퍼챔버(113)의 수를 원하는 대로 증가시키거나 감소시킬 수 있다.
물론 결합리브(115) 외에도 공지의 다른 결합수단을 사용하여 복수의 배지공급챔버(111)를 서로 결합시키거나 분리하여 그 수를 조절하여 사용할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 배지공급관(120)은 상단이 각각의 버퍼챔버(113)의 하단에 개별적으로 연결되고 하단이 상기 배지제조부(200)의 상부에 기밀하게 연결되어 버퍼챔버(113) 내의 배지를 배지제조부(200) 내로 안내한다. 상기 배지공급관(120)은 배지의 공급 및 차단을 위한 배지공급 제어밸브(140)를 구비하며, 상기 배지공급 제어밸브(140)는 배지제조부(200)의 배지제조 컨트롤러(250)와 전기적으로 연결되어 제어되는 솔레노이드밸브를 적용할 수 있다.
배지공급관(120)의 하부는 연결마개(130)에 의해 배지제조부(200)에 기밀하게 연결된다. 상기 연결마개(130)는 배지공급관(120)의 수와 대응하는 수의 관연결공(131)이 상하로 관통되게 형성되어, 관연결공(131)을 통해 배지공급관(120)이 기밀하게 삽입되어 연결된다.
상기 연결마개(130)는 배지제조부(200)의 배지제조용기(210) 상단에 개방되게 형성되어 있는 배지투입구(212)에 착탈 가능하게 결합되면서 배지투입구(212)를 개폐한다. 이를 위해 배지투입구(212)의 외면에 수나사산(212a)이 형성되고, 연결마개(130)의 내주면에 암나사산(132)이 형성되어 상기 수나사산(212a)과 암나사산(132) 간의 나선 결합에 의해 연결마개(130)가 배지투입구(212)에 결합된다.
상기 배지제조부(200)는, 상기 배지공급부(100)로부터 공급되는 배지가 저장되는 배지제조챔버(211)를 구비한 배지제조용기(210), 상기 배지제조용기(210)에 저장된 배지의 수위를 측정하는 배지 수위센서(251), 상기 배지제조챔버(211)에 저장된 배지의 온도를 측정하는 배지 온도센서(252), 상기 배지제조챔버(211) 내에 회전 가능하게 설치되어 배지를 혼합하는 배지 교반부재(220), 상기 배지제조챔버(211) 내의 배지를 가열하는 배지 가열부재(230), 및 상기 배지공급부(100)의 배지공급 제어밸브(140)와 상기 배지 교반부재(220)와 배지 가열부재(230)와 진공생성부(240)의 작동을 제어하는 배지제조 컨트롤러(250)를 포함한다.
상기 배지제조용기(210)의 상부면에는 상기 배지공급관(120)과 연결되는 배지투입구(212)가 상기 배지제조챔버(211)와 연통되게 형성되어 있다. 배지제조챔버(211)의 상부에는 진공생성부(240)와 연결되는 공기배출공(213)이 형성되어 있다.
상기 배지 수위센서(251)와 배지 온도센서(252)는 각각 배지제조챔버(211)의 상부와 하부에 배치되어 배지와 배지의 온도를 감지하며, 상기 배지제조 컨트롤러(250)와 전기적으로 연결된다.
상기 배지 교반부재(220)는 배지제조챔버(211)의 하단부에 제1모터(221)에 의해 회전하도록 설치되어 배지를 교반하는 작용을 한다. 상기 제1모터(221)는 배지제조 컨트롤러(250)와 전기적으로 연결되어 그 작동이 제어된다.
상기 배지 가열부재(230)는 배지제조챔버(211)의 하부면에 설치되는 발열판으로 이루어지며, 배지제조 컨트롤러(250)와 전기적으로 연결되어 그 작동이 제어된다.
상기 배지제조 컨트롤러(250)는 배지제조용기(210) 외부에서 상기 배지공급부(100)의 배지공급 제어밸브(140)와 상기 배지 교반부재(220), 배지 가열부재(230), 진공생성부(240)와 전기적으로 연결되어, 배지 수위센서(251)에 의해 측정된 배지의 수위에 따라 상기 배지공급부(100)로부터 배지제조용기(210)로의 배지 공급과, 상기 배지 교반부재(220)와, 상기 배지 온도센서(252)에 의해 측정된 온도에 따라 상기 배지 가열부재(230)의 작동과, 상기 진공생성부(240)의 작동을 제어한다.
상기 진공생성부(240)는 상기 배지제조챔버(211)의 공기배출공(213)과 연결되어 공기를 흡하는 진공펌프를 적용하여 구성할 수 있다. 전술한 것처럼 상기 진공생성부(240) 역시 배지제조 컨트롤러(250)와 전기적으로 연결되어 그 작동이 제어된다.
도 6 및 도 7은 미생물 배양부(300)의 구성을 나타낸 것으로, 미생물 배양부(300)는, 배지조성물을 저장하는 배양챔버(311)가 형성되어 있는 배양용기(310), 배양챔버(311) 내부에 설치되어 배지조성물과 미생물이 혼합된 배양액(C3)을 혼합하는 배양액 교반부재(320), 상기 배지조성물과 미생물이 혼합된 배양액을 가열하는 배양액 가열부재(330), 배양챔버(311) 내부로 미생물 배양을 위한 가스를 공급하는 가스공급유닛, 및 상기 배양액 교반부재와 배양액 가열부재의 작동을 제어하는 배양 컨트롤러(360)를 포함한다.
상기 배양용기(310)의 배양챔버(311)는 배지조성물 공급관(400)을 통해 상기 배지제조부(200)의 배지제조챔버(211)로부터 배지조성물을 공급받는다. 배양챔버(311)의 하단부에는 배양이 완료된 미생물 배양액을 외부로 배출하기 위한 배양액 배출구(313) 및 배양액 배출구(313)의 개폐 작동을 제어하는 배출구 제어밸브(314)가 형성된다. 배출구 제어밸브(314)는 밸브 컨트롤러(500)와 전기적으로 연결되어 그 개폐 작동이 제어된다.
상기 배지조성물 공급관(400)은 일단이 배지제조챔버(211)의 하단부에 연결되고, 다른 일단이 배양챔버(311)의 상단부에 연결되어 배지제조챔버(211)의 배지조성물을 배양챔버(311) 내부로 공급한다. 상기 배지조성물 공급관(400)에는 상기 밸브 컨트롤러(500)와 전기적으로 연결되어 배지조성물 공급관(400)을 통한 배지조성물의 공급을 제어하는 공급관 제어밸브(420)가 설치된다. 배양챔버(311) 내부에 위치하는 배지조성물 공급관(400)의 끝단부에는 배지조성물이 분사되는 노즐(410)이 설치된다.
상기 배양용기(310)의 일측면 상부에는 주사기와 같은 도구로 미생물을 주입할 수 있도록 하기 위한 미생물 투입구(312)가 배양챔버(311) 내측으로 연통되게 형성되어 있다. 상기 미생물 투입구(312)는 공지의 부틸고무 스토퍼(butyl rubber stopper)와 같은 마개(315)에 의해 폐쇄된 상태를 유지하는데, 부틸고무 스토퍼는 주사액을 담는 용기의 마개 등으로 널리 사용하는 부품으로 얇은 주사바늘에 의해 천공된 후 다시 오므려지면서 천공된 홀이 메워져 기밀 상태를 유지할 수 있는 특성이 있다.
상기 배양챔버(311)의 내부에는 배양액의 위치(수위)를 감지하는 배양액 수위센서(371)와, 배양액의 온도를 감지하는 배양액 온도센서(372), 배양액 내의 용존가스 농도를 감지하는 용존가스센서(373)가 설치되며, 상기 배양액 수위센서(371)와 배양액 온도센서(372), 용존가스센서(373)는 배양 컨트롤러(360)와 전기적으로 연결되어 측정값을 전송한다.
상기 배양액 교반부재(320)는 배양챔버(311)의 하단부에 제2모터(321)에 의해 회전하도록 설치되어 배지를 교반하는 작용을 한다. 상기 제2모터(321)는 배양 컨트롤러(360)와 전기적으로 연결되어 그 작동이 제어된다.
상기 배양액 가열부재(330)는 상기 가스공급유닛을 구성하는 복수의 가스주입관(354)에 나선형으로 권선되며, 탄소나노튜브와 폴리머가 혼입된 재질로 되어 상기 배양 컨트롤러(360)에서 인가되는 전원에 의해 발열하는 열선으로 이루어진다. 이와 같이 탄소나노튜브와 폴리머가 혼입된 재질로 된 배양액 가열부재(330)는 기존의 도전성 금속 재질로 된 된 열선이나 전열히터에 비하여 내식성 및 내화학성이 우수한 이점이 있다.
또한 배양액 가열부재(330)가 가스공급유닛의 가스주입관(354)에 나선형으로 권선되면, 배양액 전체에 걸쳐 균일하게 열이 전달되고, 배양액과의 접촉 면적이 증대되어 신속하고 효과적으로 열을 전달할 수 있는 이점이 있다.
가스공급유닛은 미생물의 생장에 필요한 가스 및/또는 배양 환경을 조성하기 위한 가스를 공급하는데, 예를 들어 호기성 환경 조성을 위해서는 산소가 공급되고, 혐기성 환경을 조성하기 위해서는 질소가 공급될 수 있다. 이 실시예에서 가스공급유닛은, 외부에서 가스를 공급하는 가스공급원(351), 상기 가스공급원(351)과 연결되며 배양용기(310)를 관통하여 배양챔버(311) 하단부 내측으로 가스를 안내하는 가스공급관(353), 상기 배양챔버(311) 내부에서 상기 가스공급관(353)과 연결되며 배양챔버(311)의 하부에서 상측으로 연장되어 배양챔버(311) 내측으로 가스를 배출하는 복수의 가스주입관(354)을 포함한다. 상기 가스주입관(354)은 복수개가 원주방향을 따라 일정한 간격으로 배치되어 상단의 토출구를 통해 가스를 배출한다. 또한 상기 가스주입관(354)은 전술한 것처럼 탄소나노튜브와 폴리머의 복합체로 된 배양액 가열부재(330)가 권선되는 지지체의 기능도 겸하게 된다.
미설명부호 352는 가스공급원(351)으로부터 공급되는 가스에서 세균을 제거하기 위한 멸균필터유닛이다.
상기 배양 컨트롤러(360)는 상기 배양액 교반부재(320)의 제2모터(321)와, 배양액 가열부재(330), 가스공급원(351)의 밸브(미도시), 배양액 수위센서(371)와 배양액 온도센서(372), 용존가스센서(373)와 전기적으로 연결되어, 배양액 교반부재(320)와 배양액 가열부재(330), 가스공급원(351)의 작동을 제어한다.
전술한 실시예에서 배양 컨트롤러(360)는 배지제조 컨트롤러(250)와 밸브 컨트롤러(500)와 독립적으로 구성되지만, 이와 다르게 배양 컨트롤러(360)와 배지제조 컨트롤러(250)와 밸브 컨트롤러(500)가 하나의 컨트롤러로 통합되어 구성되어 전체 구성요소들의 작동을 제어할 수도 있을 것이다.
한편, 상기 미생물 배양부(300)에서 미생물을 배양할 때 배양챔버(311) 내부로 햇빛을 공급하기 위하여, 도 9a 및 도 9b에 도시한 것과 같이 배양용기(310)가 유리나 투명한 아크릴 수지 등의 광투과성 재질로 이루어지며, 배양용기(310)의 외면에 배양용기(310) 내측으로 제공되는 광량을 제어하기 위한 셔터유닛이 설치될 수 있다.
상기 셔터유닛은 상기 배양용기(310)의 외측에 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열되고 일측 절반부에 개구부(381)가 형성된 복수의 고정셔터(380)와, 상기 복수의 고정셔터(380) 사이사이에 고정셔터(380)의 개구부(381) 부분과 겹쳐지게 설치되어 고정셔터(380)에 대해 원주방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되며 슬라이딩 방향에 따라 고정셔터(380)의 개구부(381) 연통되거나 고정셔터(380)에 의해 막히게 되는 개구부(391)가 형성되어 있는 가동셔터(390)를 포함한다.
따라서 도 9a에 도시한 것과 같이 가동셔터(390)의 개구부(391) 외측이 고정셔터(380)의 개구부(381)를 가린 상태에서 상기 고정셔터(380)에 대해 가동셔터(390)를 일측으로 슬라이딩시켜 도 9b에 도시한 것과 같이 가동셔터(390)의 개구부(391)와 고정셔터(380)의 개구부(381)가 서로 일치되게 하면, 개구부(381)(391)를 통해서 햇빛이 통과할 수 있게 된다. 그 반대로 도 9b에 도시한 상태에서 이전과는 반대로 가동셔터(390)를 슬라이딩시키면 도 9a에 도시한 것처럼 가동셔터(390)의 막힌 부분이 고정셔터(380)의 개구부(391)를 막아 햇빛이 차단된다.
따라서, 배양 과정에서 배양액에 햇빛을 제공하거나 차단하고자 할 경우 셔터유닛의 가동셔터(390)를 슬라이딩시킴으로써 용이하게 햇빛을 제공하거나 차단할 수 있다.
이러한 구성으로 이루어진 미생물 배양장치를 이용하여 미생물을 배양하는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저 배지공급부(100)의 배지공급챔버(111)에 배지조성물을 제조하기 위한 적어도 1개 이상의 배지를 저장한다. 상기 배지공급챔버(111)에 복수의 배지가 저장될 경우, 각각의 배지는 서로 다른 종류일 수 있으나, 모두 동일하거나 일부만 동일하고 나머지는 모두 다른 종류일 수도 있다. 배지공급챔버(111)에 저장된 배지는 하측의 멸균필터(112)로 낙하하여 멸균필터(112)에서 불순물과 세균이 걸러진 다음 버퍼챔버(113)로 낙하한다.
버퍼챔버(113)로 낙하한 멸균된 배지는 배지제조 컨트롤러(250)에 배지공급 제어밸브(140)가 개방되면, 배지공급관(120)을 통해 배지제조부(200)의 배지제조챔버(211) 내부로 공급된다.
배지제조챔버(211) 내부로 공급된 배지가 배지 수위센서(251)까지 상승하면, 배지제조 컨트롤러(250)는 배지공급 제어밸브(140)를 폐쇄하여 더 이상 배지가 공급되지 않도록 한다. 그리고 배지제조 컨트롤러(250)는 배지 교반부재(220)를 회전시켜 배지를 교반시키고, 배지 가열부재(230)를 작동시켜 배지의 온도를 일정 범위로 유지한다.
이와 같은 과정을 통해 배지제조챔버(211) 내에서 제조된 배지조성물은 배지조성물 공급관(400)을 통해 미생물 배양부(300)의 배양챔버(311) 내부로 공급된다.
그리고, 배양용기(310)에 형성된 미생물 투입구(312)를 통해 배양하고자 하는 미생물을 투입한다. 이 때 미생물은 주사기를 통해 주입될 수 있다.
배양챔버(311)에 배지조성물과 미생물이 투입되어 배양액이 만들어지면, 배양 컨트롤러(360)가 배양액 교반부재(320)를 회전 작동시켜 배양액을 교반하고, 배양액 가열부재(330)를 작동시켜 온도를 미생물 배양에 적합한 온도 범위로 유지한다. 그리고 가스공급원(351)을 통해 산소 또는 질소 등의 가스를 배양액 내로 공급한다.
이러한 과정을 통해 배양챔버(311) 내에서 미생물이 배양된 배양액은 배양액 배출구(313)를 통해 외부로 배출된다.
전술한 배양 과정에서 배지공급부(100)로부터 배지제조부(200)로의 배지 공급과, 배지제조부(200)로부터 미생물 배양부(300)로의 배지조성물 공급, 미생물 배양부(300)에서의 배양액 배출은 정해진 시간에 따른 순서로 진행될 수 있다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
C1 : 배지 C2 : 배지조성물
C3 : 배양액 100 : 배지공급부
110 : 공급기본체 111 : 배지공급챔버
112 : 멸균필터 113 : 버퍼챔버
114 : 다공판 120 : 배지공급관
130 : 연결마개 131 : 관연결공
140 : 배지공급 제어밸브 200 : 배지제조부
210 : 배지제조용기 211 : 배지제조챔버
212 : 배지투입구 220 : 배지 교반부재
230 : 배지 가열부재 240 : 진공생성부
250 : 배지제조 컨트롤러 251 : 배지 수위센서
252 : 배지 온도센서 300 : 미생물 배양부
310 : 배양용기 311 : 배양챔버
312 : 미생물 투입구 313 : 배양액 배출구
314 : 배출구 제어밸브 320 : 배양액 교반부재
330 : 배양액 가열부재 351 : 가스공급원
352 : 멸균필터유닛 353 : 가스공급관
354 : 가스주입관 360 : 배양 컨트롤러
400 : 배지조성물 공급관 410 : 노즐
420 : 공급관 제어밸브 500 : 밸브 컨트롤러

Claims (10)

  1. 배지가 수용되는 적어도 1개 이상의 배지공급챔버를 구비하는 배지공급부;
    상기 배지공급부의 배지공급챔버와 연결되어 배지공급챔버로부터 멸균된 배지를 공급받아 배지조성물을 제조하는 배지제조부;
    상기 배지제조부 내의 내부 공간을 진공 상태로 만드는 진공생성부;
    상기 배지공급부에서 공급되는 배지를 배지제조부 내로 안내하는 배지공급관;
    상기 배지제조부에서 공급되는 배지조성물을 수용하는 배양챔버가 형성되어 있는 배양용기, 상기 배양용기의 일측에 배양챔버의 내부로 연통되게 형성된 미생물 투입구, 배양챔버 내부에 설치되어 배지조성물과 미생물이 혼합된 배양액을 혼합하는 배양액 교반부재, 상기 배지조성물과 미생물이 혼합된 배양액을 가열하는 배양액 가열부재, 상기 배양액 교반부재와 배양액 가열부재의 작동을 제어하는 배양 컨트롤러, 및 상기 배양챔버 내부로 미생물 배양을 위한 가스를 공급하는 가스공급유닛을 포함하는 미생물 배양부; 및,
    일단이 상기 배지제조부의 하단부에 연결되고, 다른 일단이 미생물 배양부의 배양챔버의 상단부에 연결되어 배지제조부의 배지조성물을 배양챔버 내부로 공급하는 배지조성물 공급관;
    을 포함하고,
    상기 가스공급유닛은 외부에서 가스를 공급하는 가스공급원, 상기 가스공급원과 연결되며 배양용기를 관통하여 배양챔버 내측으로 가스를 안내하는 가스공급관, 및 상기 배양챔버 내부에서 상기 가스공급관과 연결되며 배양챔버의 하부에서 상측으로 연장되어 배양챔버 내측으로 가스를 배출하는 복수의 가스주입관을 포함하며,
    상기 배양액 가열부재는 상기 복수의 가스주입관에 나선형으로 권선되며, 탄소나노튜브와 폴리머가 혼입된 재질로 되어 외부에서 인가되는 전원에 의해 발열하는 열선으로 된 일체형 미생물 배양장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배지공급부는,
    배지가 수용되는 배지공급챔버와, 상기 배지공급챔버의 하부에 배치되어 배지공급챔버의 하단부로부터 낙하하는 배지에서 세균을 제거하는 멸균필터, 및 상기 멸균필터의 하부에 연통되게 배치되어 멸균필터를 통과한 배지를 일시적으로 저장하는 복수의 버퍼챔버를 포함하는 공급기본체와;
    상기 배지제조부의 상부에 형성된 배지투입구에 착탈 가능하게 결합되어 배지투입구를 개폐하며, 상기 배지공급관이 기밀하게 연결되는 관연결공이 관통되게 형성되어 있는 연결마개;
    를 포함하고,
    상기 배지공급관은 상단이 상기 버퍼챔버의 하단에 개별적으로 연결되고 하단이 상기 배지제조부의 상부에 기밀하게 연결되어 버퍼챔버 내의 배지를 배지제조부 내로 안내하는 일체형 미생물 배양장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 배지제조부는,
    상기 배지공급부로부터 공급되는 배지가 저장되는 배지제조챔버를 구비하며, 상부에 상기 배지공급부와 연결되는 배지투입구가 상기 배지제조챔버와 연통되게 형성되어 있는 배지제조용기;
    상기 배지제조용기에 저장된 배지의 수위를 측정하는 배지 수위센서;
    상기 배지제조용기에 저장된 배지의 온도를 측정하는 배지 온도센서;
    상기 배지제조챔버 내에 회전 가능하게 설치되어 배지를 혼합하는 배지 교반부재;
    상기 배지제조챔버 내의 배지를 가열하는 배지 가열부재; 및,
    상기 배지 수위센서에 의해 측정된 배지의 수위에 따라 상기 배지공급부로부터 배지제조용기로의 배지 공급과, 상기 배지 교반부재와, 상기 배지 온도센서에 의해 측정된 온도에 따라 상기 배지 가열부재의 작동을 제어하는 배지제조 컨트롤러;
    를 포함하는 일체형 미생물 배양장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 배양용기는 광투과성 재질로 이루어지며, 배양용기의 외면에 배양용기 내측으로 제공되는 광량을 제어하기 위한 셔터유닛이 설치된 일체형 미생물 배양장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 셔터유닛은, 상기 배양용기의 외측에 원주방향을 따라 일정 간격으로 배열되고 일측 절반부에 개구부가 형성된 복수의 고정셔터와, 상기 복수의 고정셔터 사이사이에 고정셔터의 개구부 부분과 겹쳐지게 설치되어 고정셔터에 대해 원주방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되며 슬라이딩 방향에 따라 고정셔터의 개구부와 연통되거나 고정셔터에 의해 막히는 개구부가 형성되어 있는 가동셔터를 포함하는 일체형 미생물 배양장치.
  9. 제1항 내지 제3항 및 제7항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 일체형 미생물 배양장치를 이용한 미생물 배양 방법으로,
    (a) 배지공급부의 배지공급챔버에 배지를 저장하는 단계;
    (b) 배지공급부의 배지를 멸균하여 배지제조부로 공급하는 단계;
    (c) 배지제조부에서 배지를 가열 및 교반하여 배지조성물을 제조하는 단계;
    (d) 배지조성물 공급관을 통해 미생물 배양부의 배양챔버 내측으로 배지를 공급하는 단계;
    (e) 미생물 배양부의 미생물 투입구를 통해 배양할 미생물을 주입하는 단계; 및,
    (f) 배양액 교반부재와 배양액 가열부재를 작동하여 미생물을 배양하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 (f) 단계에서 미생물을 배양하는 도중 배양액에 미생물 배양을 위한 가스를 공급하는 미생물 배양 방법.
  10. 삭제
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