KR102130082B1 - 마이크로 구조체를 포함하는 세포 배양장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 마이크로 구조체를 포함하는 세포 배양장치는, 일측에 배양액 유입구가 형성되며, 타측에 배양액 배출구가 형성되고, 내부에 배양공간이 형성된 챔버 및 상기 배양공간의 바닥부로부터 돌출된 형태로 형성되되, 복수 개가 서로 이격된 형태로 구비되어 배양액의 유동경로를 형성하는 마이크로 구조체를 포함한다.

Description

마이크로 구조체를 포함하는 세포 배양장치{Cell Cultivation Apparatus Having Micro Structure}
본 발명은 세포 배양장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로 구조체를 포함하여 세포의 생장속도 및 성장일수를 증가시킬 수 있는 세포 배양장치에 관한 것이다.
인체의 종양에 반응하거나, 억제, 괴사시키는 약물을 개발하는 연구는 최근 바이오 산업 분야의 핵심 연구 분야 중 하나이다. 그리고 개발된 신약을 테스트하기 위해서는 인공적으로 종양을 배양하는 것이 필수적이다.
종래의 경우, 실험용 쥐를 통해 종양을 배양하거나, 또는 인공 2D 플라스틱 그릇(2D Transwell Plate)을 통해 종양을 배양하는 것이 일반적이었다.
이중 실험용 쥐를 이용한 연구는 종양이 성장하는 시간이 매우 길며, 실험용 쥐의 사후 처리가 번거로운 것은 물론 실험용 쥐의 병균 관리, 생육 관리 등의 난이도가 높다는 문제가 있다.
또한 인공 2D 플라스틱 그릇을 이용한 세포 배양의 경우, 배양액을 지속적으로 공급하기 어려운 구조를 가지고 있었으며, 최대 10이 지나면 더 이상 세포가 성장하지 않는다는 문제가 있다.
따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.
한국공개특허 제10-2018-0107069호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 종래의 세포 배양시스템에 비해 세포 생장속도 및 성장일수를 늘리고, 지속적으로 배양액을 공급할 수 있도록 하는 세포 배양장치를 제공하기 위한 목적을 가진다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 구조체를 포함하는 세포 배양장치는, 일측에 배양액 유입구가 형성되며, 타측에 배양액 배출구가 형성되고, 내부에 배양공간이 형성된 챔버 및 상기 배양공간의 바닥부로부터 돌출된 형태로 형성되되, 복수 개가 서로 이격된 형태로 구비되어 배양액의 유동경로를 형성하는 마이크로 구조체를 포함한다.
그리고 상기 챔버는, 상기 배양공간을 감싸는 측벽부를 포함할 수 있다.
또한 상기 마이크로 구조체는 다각기둥 또는 원기둥 형태로 형성될 수 있다.
그리고 상기 마이크로 구조체는 폭보다 높이가 큰 형태로 형성될 수 있다.
또한 상기 마이크로 구조체의 높이는 폭의 2배 이상의 길이를 가지도록 형성될 수 있다.
그리고 서로 인접한 마이크로 구조체 간의 간격은 상기 마이크로 구조체의 폭보다 작게 형성될 수 있다.
또한 상기 마이크로 구조체는 상기 배양액 유입구로부터 상기 배양액 배출구 방향으로 복수의 열을 형성하도록 형성될 수 있다.
그리고 상기 마이크로 구조체에 의해 형성되는 상기 복수의 열 중 서로 인접한 열은 상기 마이크로 구조체의 위치가 서로 어긋나게 배열될 수 있다.
또한 상기 복수 개의 마이크로 구조체 상에는 배양필름이 구비될 수 있다.
그리고 상기 배양필름에는 복수의 기공이 형성될 수 있다.
또한 상기 배양액 유입구는 복수 개가 형성될 수 있다.
그리고 상기 복수 개의 배양액 유입구는 서로 높이가 다르게 형성될 수 있다.
또한 상기 배양공간의 바닥부는 상기 배양액 유입구로부터 상기 배양액 배출구 방향으로 상향 경사지게 형성될 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 마이크로 구조체를 포함하는 세포 배양장치는, 세포가 생장하는 동안 지속적으로 배양액을 공급할 수 있으므로, 종래의 세포 배양시스템에 비해 세포 생장속도 및 성장일수를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한 이에 따라 대량생산이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 세포 배양장치의 모습을 나타낸 도면;
도 3는 본 발명의 제1실시예에 따른 세포 배양장치에 있어서, 마이크로 구조체의 모습을 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 세포 배양장치의 모습을 나타낸 도면;
도 5 및 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 세포 배양장치의 모습을 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 세포 배양장치의 모습을 나타낸 도면;
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 세포 배양장치의 모습을 나타낸 도면; 및
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 세포 배양장치에 있어서, 마이크로 구조체의 모습을 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 세포 배양장치(100)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 세포 배양장치(100)는 일측에 배양액 유입구(130)가 형성되며, 타측에 배양액 배출구(140)가 형성되고, 내부에 배양공간(S)이 형성된 챔버(110)와, 상기 배양공간(S)의 바닥부(114)로부터 돌출된 형태로 형성되되, 복수 개가 서로 이격된 형태로 구비되어 배양액의 유동경로를 형성하는 마이크로 구조체(120)를 포함하여 구성된다.
이에 따라 상기 세포 배양장치(100)는 순환펌프(미도시)에 의해 배양액을 상기 배양공간(S) 내부로 지속적으로 순환시킬 수 있다.
본 실시예에서 상기 챔버(110)는 상기 바닥부(114)와, 상기 배양공간(S)을 감싸는 측벽부(112)와, 상기 배양공간의 상부를 차폐하는 천장부(116)를 포함하여 구성되며, 상기 배양공간(S)은 전체적으로 직사각형 형태로 형성되나, 이는 하나의 실시예일뿐으로 상기 챔버(110)의 형태는 다양하게 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 챔버(110)는 상기 천장부(116)가 생략된 형태일 수도 있으며, 상기 배양공간(S)의 형상 역시 직사각형 외의 다른 형상을 가지도록 형성될 수 있을 것이다.
그리고 이와 다른 형태로서, 상기 챔버(110)의 천장부(116)는 개폐 가능한 커버 형태로 형성될 수도 있으며, 이에 따라 상기 배양공간(S)의 배양 환경에 따라 상기 천장부(116)를 개방시키거나 폐쇄시키도록 할 수도 있다.
또한 상기 챔버(110)는 내부를 광학현미경 등을 통해 관찰 가능하도록 투명성을 가지는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 챔버(110)의 재질로는 가공하기 쉬운 투명 고분자 소재 중 경도가 우수한 폴리카보네이트(PC), 폴리나프탈레이트(PEN), 아크릴수지(PMMA), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 테플론(PTFE) 등의 열가소성 수지가 적용될 수도 있으며, 또는 폴리디메틸실록산(PDMS), 고강성변성 폴리디메틸실록산(High Modulus Reprographic PDMS) 등의 열경화성 수지가 적용될 수도 있다.
그리고 상기 마이크로 구조체(120)는 다각기둥 또는 원기둥 형태로 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는 원기둥 형태를 가지는 것으로 하였다.
도 3는 본 발명의 제1실시예에 따른 세포 배양장치(100)에 있어서, 마이크로 구조체(120)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 구조체(120)는 폭(R)보다 높이(H)가 큰 형태로 형성될 수 있으며, 특히 상기 마이크로 구조체(120)의 높이(H)는 폭(R)의 2배 이상의 길이를 가지도록 형성될 수 있다.
이는 배양 대상이 되는 세포의 크기 및 성장 방식에 따라 다양하게 이루어질 수 있을 것이다. 예컨대, 상기 마이크로 구조체(120)의 높이(H)와 폭(R)의 비율은 2:1 내지 10:1이 되도록 형성될 수 있다.
또한 서로 인접한 마이크로 구조체(120) 간의 간격(D)은 상기 마이크로 구조체(120)의 폭(R)보다 작게 형성될 수 있다. 특히 상기 마이크로 구조체(120) 간의 간격(D)은 상기 마이크로 구조체(120)의 폭(R)의 1/2 이하를 가지도록 배치될 수 있다.
이와 같이 하는 이유는 상기 배양액 유입구(130)를 통해 유입된 배양액이 상기 배양공간(S) 내에서 난류 유동을 하지 않도록 하고, 배양액이 흐르는 유로의 길이를 가급적 길게 형성하기 위한 것이다.
그리고 상기 마이크로 구조체(120)는, 상기 배양액 유입구(130)로부터 상기 배양액 배출구(140) 방향으로 복수의 열을 형성하도록 형성될 수 있다. 특히 본 실시예의 경우 상기 마이크로 구조체(120)에 의해 형성되는 상기 복수의 열 중 서로 인접한 열은 상기 마이크로 구조체(120)의 위치가 서로 어긋나게 배열되어, 배양액이 흐르는 유로의 길이를 극대화할 수 있도록 형성된다.
이와 같이 본 발명은 세포가 생장하는 동안 지속적으로 배양액을 공급하여 상기 마이크로 구조체(120) 상에 세포 배양영역(C)을 형성하며, 종래의 세포 배양시스템에 비해 세포 생장속도 및 성장일수를 증가시킬 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예들에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 세포 배양장치(100)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 본 발명의 제2실시예의 경우, 상기 배양액 유입구(130a, 130b)가 복수 개가 형성되는 것이 전술한 제1실시예와 다르다.
이때 상기 복수 개의 배양액 유입구(130a, 130b)는 서로 높이가 다르게 형성될 수 있으며, 이에 따라 세포 배양영역(C) 상에 직접적으로 배양액을 공급하여 세포 생장속도를 보다 가속화할 수 있게 된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 세포 배양장치(100)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 제3실시예의 경우, 상기 복수 개의 마이크로 구조체(120) 상에 배양필름(150)이 구비된 형태를 가진다.
구체적으로 상기 배양필름(150)은 상기 복수 개의 마이크로 구조체(120)의 상면 전체와, 서로 인접한 마이크로 구조체(120) 사이에 형성된 간격의 상부를 동시에 덮도록 일체로 구비된다.
상기 배양필름(150)에는 복수의 기공(152)이 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 기공(152)에 세포가 안정적으로 정착될 수 있음은 물론 세포 배양영역(C)의 면적을 보다 증가시킬 수 있다.
그리고 상기 기공(152)의 직경은 0.5μm 내지 50μm로 형성될 수 있으며, 상기 배양필름(150)의 두께는 5μm 내지 100μm로 형성될 수 있다. 즉 상기 배양필름(150)의 상기 기공(152)의 직경은 상기 배양필름(150)의 두께보다 작게 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 세포 배양장치(100)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 본 발명의 제4실시예의 경우, 상기 배양공간(S)의 바닥부(114)가 상기 배양액 유입구(130)로부터 상기 배양액 배출구(140) 방향으로 소정 각도(θ)만큼 상향 경사지게 형성된다.
이와 같이 하는 이유는, 배양액의 유동 속도를 저하시켜 배양액이 상기 배양공간(S)에 보다 오래 머무를 수 있도록 하기 위한 것이다.
또한 본 실시예의 경우, 상기 마이크로 구조체(120)의 상단은 상기 배양공간(S)의 바닥부(114)의 각도와 상관없이 균일한 높이를 가지도록 형성된다.
도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 세포 배양장치(100)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 8에 도시된 본 발명의 제5실시예의 경우, 전술한 제4실시예와 같이 상기 배양공간(S)의 바닥부(114)가 상기 배양액 유입구(130)로부터 상기 배양액 배출구(140) 방향으로 소정 각도(θ)만큼 상향 경사지게 형성된다.
다만, 본 실시예는 상기 마이크로 구조체(120)가 모두 같은 높이를 가지도록 형성되어, 상기 마이크로 구조체(120)의 상단은 상기 배양공간(S)의 바닥부(114)의 경사에 대응되도록 단차지게 형성되는 점이 다르다.
도 9는 본 발명의 제6실시예에 따른 세포 배양장치(100)에 있어서, 마이크로 구조체(120)의 모습을 나타낸 도면이다.
도 9에 도시된 본 발명의 제6실시예의 경우, 열을 이루도록 배열된 마이크로 구조체(120)에 있어서, 상기 배양액 유입구(130)로부터 상기 배양액 배출구(140) 방향으로 갈수록 상기 마이크로 구조체(120)의 폭(R1~R3)이 점차 증가하며, 상기 마이크로 구조체(120) 간의 이격 거리(D1, D2)가 점차 감소하도록 형성되는 특징을 가진다.
이와 같이 하는 이유는, 상기 배양액 유입구(130)로부터 상기 배양액 배출구(140) 방향으로 갈수록 배양액의 유동 속도를 감소시켜 배양액이 상기 배양공간(S)에 보다 오래 머무를 수 있도록 하기 위한 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 세포 배양장치
110: 챔버
112: 측벽부
114: 바닥부
116: 천장부
120: 마이크로 구조체
130: 배양액 유입구
140: 배양액 배출구
150: 배양필름
152: 기공

Claims (13)

  1. 일측에 배양액 유입구가 형성되며, 타측에 배양액 배출구가 형성되고, 내부에 배양공간이 형성된 챔버;
    상기 배양공간의 바닥부로부터 돌출된 형태로 형성되되, 복수 개가 서로 이격된 형태로 구비되어 배양액의 유동경로를 형성하는 마이크로 구조체; 및
    상기 복수 개의 마이크로 구조체의 상면 전체와, 서로 인접한 마이크로 구조체 사이에 형성된 간격의 상부를 동시에 덮도록 일체로 구비되며, 복수의 기공이 형성된 배양필름;
    을 포함하며,
    상기 배양필름의 상기 기공의 직경은 상기 배양필름의 두께보다 작게 형성되는 세포 배양장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는,
    상기 배양공간을 감싸는 측벽부를 포함하는 세포 배양장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 구조체는 다각기둥 또는 원기둥 형태로 형성되는 세포 배양장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 구조체는 폭보다 높이가 큰 형태로 형성되는 세포 배양장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마이크로 구조체의 높이는 폭의 2배 이상의 길이를 가지도록 형성되는 세포 배양장치.
  6. 제1항에 있어서,
    서로 인접한 마이크로 구조체 간의 간격은 상기 마이크로 구조체의 폭보다 작게 형성되는 세포 배양장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 구조체는 상기 배양액 유입구로부터 상기 배양액 배출구 방향으로 복수의 열을 형성하도록 형성된 세포 배양장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마이크로 구조체에 의해 형성되는 상기 복수의 열 중 서로 인접한 열은 상기 마이크로 구조체의 위치가 서로 어긋나게 배열되는 세포 배양장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배양액 유입구는 복수 개가 형성되는 세포 배양장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수 개의 배양액 유입구는 서로 높이가 다르게 형성되는 세포 배양장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 배양공간의 바닥부는 상기 배양액 유입구로부터 상기 배양액 배출구 방향으로 상향 경사지게 형성되는 세포 배양장치.
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