KR102235936B1 - 초음파 트랜스듀서를 포함하는 세포 배양 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 본체부; 상기 본체부에 설치되고, 외부로부터 전원을 공급받는 전원부; 상기 전원부와 전기적으로 연결되고, 상기 전원부로부터 인가된 전압에 의해서 초음파를 발생시키는 발진부; 상기 발진부의 상부에 배치되며 적어도 하나 이상의 세포를 수용하는 수용플레이트부; 및 상기 수용플레이트부의 상측에 배치되고 상기 수용플레이트부를 촬영하여 영상을 획득하는 촬영부;를 포함하고, 상기 발진부에서 발생되는 초음파가 상기 세포에 전달되어, 상기 세포에 초음파 자극이 제공되는 것을 특징으로 하는, 초음파 트랜스듀서를 포함하는 세포 배양 시스템을 제공한다.

Description

초음파 트랜스듀서를 포함하는 세포 배양 시스템{Cell culturing system including ultrasound transducer}
본 발명의 실시예들은 초음파 트랜스듀서를 포함하는 세포 배양 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세포에 대하여 초음파 자극 제공 및 배양을 동시에 수행할 수 있는 초음파 트랜스듀서를 포함하는 세포 배양 시스템에 관한 것이다.
인간 및 동물의 기계 반응 조직에 포함된 세포의 경우 인장력, 전단력, 압축력 등과 같은 다양한 기계적 자극에 노출되어 있으며, 따라서 관절 연골 조직의 경우 반복적인 기계적 자극은 관절염과 같은 질병의 원인이 될 수 있다. 이에 최근 들어 기계적 자극이 유발하는 세포 반응에 대한 연구가 주목받고 있다.
줄기세포로부터 인간 및 동물에 대한 대체 조직(replacement tissue), 특히 기계-반응 조직의 경우, 완전한 기능을 가지는 조직으로 줄기세포를 분화시키기 위해서는 줄기세포를 배양하는 동안 배양 중인 세포에 기계적 자극을 인가하는 것이 필요하다. 이 경우 세포에 인가되는 자극의 정도는 세포의 유형 및 분화시키고자 하는 조직의 종류에 따라 다양할 수 있다.
일반적으로 세포 자극 장치는 다수의 초음파 트랜스듀서와, 각각의 초음파 트래스듀서의 상부에 배치되는 복수 개의 세포 수용 튜브를 구비하며, 각 수용 튜브에 수용되는 세포를 자극한다.
종래 초음파 트랜스듀서로 세포에 자극을 가하고, 세포의 배양을 위해 별도의 인큐베이터(incubator)로 옮겨야 하므로 세포 자극과 세포의 배양 과정이 분리되어 세포 자극을 가하는 동안 세포 배양 메커니즘(mechanism)을 분석할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경 기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1327209호(2013.11.04 등록, 발명의 명칭: 성체 줄기세포를 위한 초음파 자극형 관류식 배양 자동화시스템)에 개시되어 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
본 발명은 세포에 초음파 자극을 제공함과 동시에 세포 배양 메커니즘을 관찰 및 분석할 수 있는 초음파 트랜스듀서를 포함하는 세포 배양 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 본체부; 상기 본체부에 설치되고, 외부로부터 전원을 공급받는 전원부; 상기 전원부와 전기적으로 연결되고, 상기 전원부로부터 인가된 전압에 의해서 초음파를 발생시키는 발진부; 상기 발진부의 상부에 배치되며 적어도 하나 이상의 세포를 수용하는 수용플레이트부; 및 상기 수용플레이트부의 상측에 배치되고 상기 수용플레이트부를 촬영하여 영상을 획득하는 촬영부;를 포함하고, 상기 발진부에서 발생되는 초음파가 상기 세포에 전달되어, 상기 세포에 초음파 자극이 제공되는 것을 특징으로 하는, 초음파 트랜스듀서를 포함하는 세포 배양 시스템을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 발진부는 미세가공 기술(MEMS)을 통해 제조되며, 매트릭스 구조로 배치되는 복수 개의 초음파 소자를 포함하는 피멋 어레이(pMUT array) 타입일 수 있다.
본 발명에 있어서, 복수 개의 상기 초음파 소자는 다각형, 원형 또는 타원형으로 배열이 가능할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수용플레이트부는, 상기 발진부의 상측에 배치되고 내부가 중공인 수용본체; 및 상기 발진부와 이격 배치되고, 상기 수용본체의 상측에 거치되며 세포가 수용되는 거치부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수용플레이트부는, 상기 수용본체와 연통되며 상기 수용본체로 유입 또는 유출되는 유체의 유동 경로를 제공하는 유로부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유로부는, 상기 수용본체와 연통되고 유체의 상기 수용본체로의 유입 경로를 제공하는 유입유로; 및 상기 수용본체와 연통되며 유체의 상기 수용본체로부터의 유출 경로를 제공하는 유출유로;를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유입유로와 상기 유출유로는 서로 연결되어 유체가 상기 수용본체를 통과하여 순환가능할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수용플레이트부는, 상기 유입유로와 상기 유출유로 중 적어도 어느 하나와 연결되며 유체의 순환 동력을 제공하는 순환구동부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유로부에 설치되며 상기 유로부의 개폐를 조절하는 밸브부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 본체부에 설치되고, 상기 발진부와 전기적으로 연결되어 상기 발진부의 구동을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 세포에 초음파 자극을 제공함과 동시에 세포 배양 메커니즘을 관찰 및 분석할 수 있는 효과가 있다.
또한, 촬영부가 수용플레이트부를 촬영하여 영상을 획득함으로 인하여 세포에 초음파 자극을 가하는 동안 세포 배양 메커니즘을 분석할 수 있는 효과가 있다.
또한, 발진부가 미세가공 기술(MEMS)을 통해 제조됨으로 인하여 기존 시스템 대비 소형화를 이룰 수 있는 효과가 있고, 자극 대상 세포에 대한 실험의 신뢰성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 단일의 수용플레이트부에서 유로부의 유무를 달리하여 미리 설정되는 조건의 배양액으로 세포를 배양할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스듀서를 포함하는 세포 배양 시스템을 도시한 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수용플레이트부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 3의 A부분을 확대한 도면이다.
도 4는 도 3의 B부분을 확대한 개념도이다.
도 5는 도 3의 C부분을 확대한 개념도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서 층, 막, 영역, 판 등의 각종 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 상에" 있는 경우뿐 아니라 그 사이에 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양 시스템을 도시한 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수용플레이트부를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 3의 A부분을 확대한 도면이다. 도 4는 도 3의 B부분을 확대한 도면이다. 도 5는 도 3의 C부분을 확대한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양 시스템(1)은, 본체부(100), 전원부(200), 발진부(300), 수용플레이트부(400), 촬영부(500), 밸브부(600), 제어부(700)를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양 시스템(1)은 실시간으로 초음파로 세포(T)를 자극할 수 있고, 세포(T)를 배양할 수 있으며, 배양되는 세포(T)의 관측이 가능하다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양 시스템(1)은 발진부(300)와 수용플레이트부(400)가 일체형 모듈로서 형성될 수 있다.
세포 배양 시스템(1)은 수용플레이트부(400)에서 세포(T)가 배양되고, 배양되는 세포(T)를 촬영하여 영상을 획득함으로 인하여 실시간으로 세포(T) 증식 및 분화 촬영이 가능한 촬영부(500) 일체형 모듈로서 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 본체부(100)는 세포 배양 시스템(1)의 외관을 형성하는 것으로, 내부가 중공으로 형성될 수 있다.
본체부(100)에는 뒤에 설명할 전원부(200), 발진부(300), 수용플레이트부(400), 촬영부(500), 밸브부(600), 제어부(700)가 설치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원부(200)는 본체부(100)에 설치되는 것으로, 외부로부터 전원을 공급받을 수 있다.
전원부(200)는 외부로부터 공급받은 전원을 발진부(300), 뒤에 설명할 순환구동부(440), 촬영부(500), 밸브부(600), 제어부(700) 등에 공급할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원부(200)는 본체부(100)의 내부에서 하측(도 1 기준)에 배치되나, 이에 한정하는 것은 아니고 다양한 위치에 설치되는 등 다양한 변형실시가 가능하다. 전원부(200)는 발진부(300)에서 발생되는 초음파의 진폭을 증가시키는 증폭기(amplifier)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전원부(200)는 세포 배양 시스템(1)에 안정적인 전원을 공급하는 파워 서플라이(power supply)를 포함할 수 있다. 전원부(200)는 증폭기와 파워 서플라이가 일체형 모듈로서 형성되는 등 다양한 변형실시가 가능하다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발진부(300)는 전원부(200)와 전기적으로 연결되는 것으로, 전원부(200)로부터 인가된 전압에 의해서 초음파를 발생시킬 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시에에 따른 발진부(300)는 기판부(310), 초음파 소자(320), 전극부(330)를 포함할 수 있다. 발진부(300)는 미세가공 기술(Micro-Electro Mechanical Systems, MEMS)을 통해 제조될 수 있고, 매트릭스 구조로 배치되는 복수 개의 초음파 소자(320)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발진부(300)는 복수 개의 초음파 소자(320)를 포함할 수 있으며, 일체형 피멋 어레이(pMUT array) 타입으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시에에 따른 발진부(300)는 압전 물질을 이용하여 특정 주파수의 전기에너지를 가해주고 압전 물질의 진동에 의해 초음파를 발생시킬 수 있다.
이를 통해 발생되는 초음파는 자극 대상, 구체적으로 세포(T)에 사용되는 자극원 중 방사선 혹은 전기에너지와 달리 인체에 무해한 자극원이기 때문에 세포(T) 자극에 가장 적합하다.
도 1, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발진부(300)는 복수 개의 초음파 소자(320)가 가로 및 세로 방향으로 규칙적으로 배열되어 회로 구조를 가지도록 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 기판부(310)는 뒤에 설명할 수용플레이트부(400)의 하측에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판부(310)에는 초음파 소자(320)가 가로 및 세로 방향을 따라 규칙적으로 배치될 수 있다.
그러나 이에 한정하는 것은 아니고 가로 및 세로 배열이 아닌 원형 배열로 복수 개의 초음파 소자(320)가 배치되는 등 다양한 변형실시가 가능하다.
도 2를 참조하면, 복수 개의 초음파 소자(320)는 피멋 어레이(pMUT array) 타입으로 형성될 수 있다. 복수 개의 초음파 소자(320)는 다각형, 원형 또는 타원형으로 형성되는 등 다양한 변형실시가 가능하다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 소자(320)는, 압전 물질의 압전 소자로 이루어질 수 있다. 복수 개의 초음파 소자(320)는 탑-크로스오버-투-바텀(top-crossover-to-bottom) 방식에 의해 선택적으로 작동될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 소자(320)가 탑-크로스오버-투-바텀 방식에 의해 선택적으로 작동됨으로 인하여 미리 설정되는 거치부(420) 내 수용되는 세포(T)만을 자극할 수 있음은 물론 다수의 변수(parameter)를 적용하여 개별적으로 각 거치부(420) 내 수용되는 세포(T)를 각각 자극할 수 있다.
도 4, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극부(330)는 초음파 소자(320)에 일대일 대응되도록 기판부(310)에 구비되어 전원부(200)로부터 인가된 전류를 초음파 소자(320)에 전달할 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 전극부(330)에 핀 헤더(pin header)가 장착됨으로써 소자 작동부와의 연결이 선택적으로 이루어짐은 물론 필요에 따라 다른 기기와의 선택적인 연결이 가능하다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수용플레이트부(400)는 발진부(300)의 상부에 배치되는 것으로, 적어도 하나 이상의 세포(T)를 수용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수용플레이트부(400)는 수용본체(410), 거치부(420), 유로부(430), 순환구동부(440)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 수용본체(410)는 발진부(300)의 상측에 배치되는 것으로 내부가 중공으로 형성될 수 있다. 수용본체(410)는 수용플레이트부(400)의 외관을 이루는 수용플레이트본체(도면부호 미설정)에 홀부 형상으로 관통되도록 형성될 수 있다.
그러나 이에 한정하는 것은 아니고, 내부가 중공이며 상하측(도 2 기준)이 모두 개방되는 독립적인 원통 형상으로 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 수용본체(410)는 개방되는 하단부가 기판부(310)에 연결될 수 있다.
이로 인하여 배양액(M)이 수용본체(410)의 내부에서 외부로 유출되는 것을 방지하고, 거치부(420)에 수용되는 세포(T)가 배양액(M)에 담궈지는 상태가 유지되도록 하는 효과가 있다.
본 명세서에서 배양액(M)은 배지(culture medium)로서 미생물이나 동식물의 조직을 배양하기 위하여 배양체가 필요로 하는 영양물질을 주성분으로 하고, 다시 특수한 목적을 위한 물질을 넣어 혼합한 것이다.
기체상으로 얻어지는 것을 제외한 생존, 발육에 불가결한 물을 비롯하여 영양물질로서 탄소원, 질소원, 무기염류, 발육인자(비타민류) 등을 공급해줄 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 거치부(420)는 발진부(300)와 이격 배치되는 것으로, 수용본체(410)의 상측에 거치되며 세포(T)가 수용될 수 있다. 거치부(420)는 발진부(300), 구체적으로 초음파 소자(320)와 이격되도록 하고 초음파 소자(320)로부터 발생되는 초음파 자극을 전달받을 수 있다.
거치부(420)는 외측 단부가 단차 구조로 형성될 수 있고, 발진부(300)의 외측 단부의 외경은 수용본체(410)의 직경, 구체적으로 수용본체(410)의 외경보다 상대적으로 크게 형성될 수 있다.
거치부(420)의 내경은 수용본체(410)의 내경보다 상대적으로 작게 형성될 수 있다. 이로 인하여 도 1, 도 2를 참조하면 거치부(420)가 수용본체(410)의 일단부(도 1 기준 상측)에 거치되도록 한다.
세포(T)가 수용되는 거치부(420)의 외주면은 복수 개의 통공(도면 미도시)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거치부(420)의 외주면에 통공이 복수 개 형성됨으로 인하여 배양액(M)이 수용본체(410)의 내측에서 세포(T)가 수용되는 거치부(420) 측으로 배양액(M)이 유동가능한 효과가 있다.
도 4를 참조하면, 도 2의 B부분에 해당되는 영역으로, 해당 영역에서는 수용본체(410)에 뒤에 설명할 유로부(430)가 연결되지 않도록 형성될 수 있다.
도 2, 도 4를 참조하면, B부분의 경우 사용자가 직접 배양액(M)을 수용플레이트부(400), 구체적으로 수용본체(410), 거치주(420)로 투입하고, 미리 설정되는 기간 동안의 세포(T) 배양 과정이 완료되면 직접 배양액(M)을 제거할 수 있다.
도 2, 도 3, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유로부(430)는 수용본체(410)와 연통되는 것으로, 수용본체(410)로 유입 또는 유출되는 유체의 유동 경로를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유로부(430)는 수용본체(410)와 별물로 형성되나, 이에 한정하는 것은 아니고 수용본체(410)와 연결되며 일체로 형성되는 등 다양한 변형실시가 가능하다.
도 2, 도 3, 도 5를 참조하면, 유로부(430)는 유입유로(431), 유출유로(433)를 포함할 수 있고, 유입유로(431)는 수용본체(410)와 연통되는 것으로 유체의 수용본체(410)로의 유입 경로를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유출유로(433)는 유입유로(431)와 마찬가지로 수용본체(410)와 연통되는 것으로 유체의 수용본체(410)로부터의 유출 경로를 제공할 수 있다. 유출유로(433)는 유입유로(431)가 연통되는 수용본체(410)의 일측에 대향되는 타측에 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수용본체(410)는 복수 개가 구비되어 이격 배치될 수 있고, 각각의 수용본체(410)에 연통되는 유입유로(431)와 유출유로(433)는 각각 연결될 수 있다.
도 2, 도 3을 참조하면, 도 3은 도 2의 A부분에 해당되는 것으로, 가장 우측(도 3 기준)에 배치되는 수용본체(410)와 연통되는 유출유로(433)는 가장 좌측(도 3 기준)에 배치되는 수용본체(410)와 연통되는 유입유로(431)와 연결될 수 있다.
이로 인하여 뒤에 설명할 순환구동부(440)로부터 동력을 전달받아 유로부(430) 내에서 배양액(M) 등 유체가 순환될 수 있도록 한다.
이에 더하여 일정한 농도의 배양액(M)으로 각각의 수용본체(410)를 거치며 각각의 수용본체(410)에 연결되는 유로부(430), 구체적으로 유입유로(431), 유출유로(433) 내에서 유동되며 순환될 수 있다.
도 2, 도 5를 참조하면, 도 5는 도 2의 C부분에 해당되는 것으로, 복수 개가 구비되는 수용본체(410) 각각에 유입유로(431)와 유출유로(433)가 연결되어 있으며, C부분이 위치하는 열의 가장 좌측(도 2 기준)의 수용본체(410)에 연결되는 유입유로(431)와 가장 우측(도 2 기준)의 수용본체(410)에 연결되는 유출유로(433)는 연결되지 않을 수 있다.
다시 말하여 한번 유입되는 유체는 복수 개의 수용본체(410)를 통과한 다음 수용플레이트부(400), 발진부(300)의 외부로 배출된다. 이로 인하여 세포(T) 배양 목적에 따라 신선한 상태의 배양액(M) 등 유체를 계속하여 공급하여 수용플레이트부(400)에 수용되는 세포(T)를 배양할 수 있다.
도 2, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 순환구동부(440)는 유입유로(431)와 유출유로(433) 중 적어도 어느 하나와 연결되는 것으로, 유로부(430), 구체적으로 유입유로(431)와 유출유로(433)의 내부에 유체의 순환 동력을 제공할 수 있다.
도 2, 도 3을 참조하면, 일정한 농도의 유체로 복수 개의 수용본체(410)를 거치며 각각의 수용본체(410)에 연결되는 유로부(430), 구체적으로 유입유로(431), 유출유로(433) 내에서 유동되며 배양액(M) 등 유체가 순환될 수 있도록 한다.
순환구동부(440)는 유입유로(431), 유출유로(433)에서 유체의 유동이 발생되도록 펌프(pump), 팬(fan) 등을 포함할 수 있는 등 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 순환구동부(440)로 인하여 상대적으로 장시간에 걸쳐 세포(T)를 배양하는 경우 배양 과정 동안 배양액(M) 등 유체를 유로부(430) 내에서 순환시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영부(500)는 본체부(100)에 설치되는 것으로, 수용플레이트부(400)의 일측(도 1 기준 상측)에 배치되고, 수용플레이트부(400)를 촬영하여 영상을 획득할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영부(500)는 수용플레이트부(400), 구체적으로 거치부(420)의 내부에 배치되는 세포(T)의 배양 상태를 실시간으로 촬영할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬영부(500)는 CCD 카메라(Charge-Coupled Device camera, CCD camera)로 형성될 수 있다. CCD 카메라는 디지털 카메라의 하나로, 전하 결합 소자(CCD)를 사용하여 영상을 전기 신호로 변환함으로써 디지털 데이터(digital data)로 플래시 메모리 등의 기억 매체에 저장할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영부(500)는 형광 이미지 관측이 가능하고, 미속도 촬영(time laps)이 가능하다.
미속도 촬영이라 함은 표준 촬영 속도 이하에서의 촬영을 의미하는 것으로, 일반적으로는 초속 24프레임 이하의 촬영으로, 프레임 당 1/24초 이하로 촬영하는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 촬영부(500)가 미속도 촬영이 가능함으로 인하여 세포(T)가 배양되는 과정의 영상을 수 초에 걸쳐서 자세하게 볼 수 있는 효과가 있다.
다시 말하여 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영부(500)로 미속도 촬영을 하여 수용플레이트부(400)에 수용되는 세포(T)에 초음파 자극이 가해지는 동안 세포(T) 배양 메커니즘을 분석할 수 있는 효과가 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 촬영부(500)로 인하여 수용플레이트부(400)에 수용되어 배양되는 세포(T)를 실시간으로 촬영하여 영상을 획득할 수 있는 효과가 있다.
도 2, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브부(600)는 유로부(430)에 설치되는 것으로 유로부(430)의 개폐를 조절할 수 있다.
도 3을 참조하면, 밸브부(600)는 유로부(430)에 연결되고, 구체적으로 유로부(430)의 외부에서 공급되는 유체의 유동을 제어할 수 있다. 밸브부(600)는 유로부(430)에 설치되어 유로부(430), 구체적으로 유출유로(433), 유입유로(431)의 내부에서 유동되는 배양액(M) 등 유체의 유동 경로를 개폐할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸브부(600)는 뒤에 설명할 제어부(700)와 전기적으로 연결되어, 복수 개의 수용본체(410)를 통과하며 순환되는 배양액(M) 등 유체의 설정된 유동 시간에 따라 제어부(700)로부터 전기적 신호를 전달받아 유로부(430)를 개폐할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(700)는 본체부(100)에 설치되는 것으로, 발진부(300)와 전기적으로 연결되어 발진부(300)의 구동을 제어할 수 있다.
제어부(700)는 발진부(300)에 전기적 신호를 전달하여 초음파의 주파수, 세기(intensity) 등을 달리 설정하여 발생되도록 발진부(300)의 구동을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(700)는 본체부(100) 내의 온도, 습도를 측정하는 센서(도면 미도시)를 포함할 수 있고, 미리 설정되는 온도, 습도를 유지하도록 가열부, 냉각부, 가습부, 제습부 등의 외부 장치(도면 미도시)에 전기적 신호를 전달하여 이들의 구동을 제어할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(700)는 복수 개의 발진부(300), 구체적으로 초음파 소자(320)마다 변수를 달리 설정하여 미리 설정되는 각각의 변수로 초음파를 발생시켜 각각의 세포(T)에 초음파 자극을 전달할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 세포 배양 시스템(1)으로 인하여 단일의 장치에서 사용자가 세포(T)에 초음파 자극을 가하고, 동시에 세포(T)의 배양, 관찰이 가능하여 편리성을 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발진부(300)가 미세가공 기술을 통해 제조됨으로 인하여 기존의 시스템에 비해 장치 크기를 소형화시킬 수 있고, 본체부(100)의 내부에서 세포(T)를 자극 및 배양을 진행할 수 있어 실험의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 세포 배양 시스템 M: 배양액
T: 세포 100: 본체부
200: 전원부 300: 발진부
310: 기판부 320: 초음파 소자
330: 전극부 400: 수용플레이트부
410: 수용본체 420: 거치부
430: 유로부 431: 유입유로
433: 유출유로 440: 순환구동부
500: 촬영부 600: 밸브부
700: 제어부

Claims (10)

  1. 본체부;
    상기 본체부에 설치되고, 외부로부터 전원을 공급받는 전원부;
    상기 전원부와 전기적으로 연결되고, 상기 전원부로부터 인가된 전압에 의해서 초음파를 발생시키는 복수 개의 발진부;
    복수 개의 상기 발진부의 상부 각각에 서로 이격 배치되며 적어도 하나 이상의 세포를 수용하는 복수 개의 수용플레이트부; 및
    복수 개의 상기 수용플레이트부의 상측에 배치되고 복수 개의 상기 수용플레이트부를 촬영하여 영상을 획득하는 촬영부;를 포함하고,
    상기 발진부에서 발생되는 초음파가 상기 세포에 전달되어, 상기 세포에 초음파 자극이 제공되는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서를 포함하고,
    복수 개의 상기 발진부 중 적어도 두 개의 상기 발진부는 서로 다른 제어 신호에 기반하여 물리적 성질이 서로 다른 초음파를 발생시키고,
    서로 이격 배치된 복수 개의 상기 수용플레이트부는 상기 발진부의 상측에 배치되고 내부가 중공인 수용본체를 포함하고,
    복수 개의 상기 수용플레이트부는 상기 수용 본체로 유입 또는 유출되는 유체의 유동 경로가 서로 다른 제1 수용플레이트부, 제2 수용플레이트부 및 제3 수용플레이트부를 포함하고,
    상기 제1 수용플레이트부는 유체의 유동 경로가 제공되지 않고,
    상기 제2 수용플레이트부 및 상기 제3 수용플레이트부는 상기 수용본체와 연통되며 상기 수용본체로 유입 또는 유출되는 유체의 유동 경로를 제공하는 유로부를 포함하고, 상기 유로부는 상기 수용본체와 연통되고 유체의 상기 수용본체로의 유입 경로를 제공하는 유입유로 및 상기 수용본체와 연통되며 유체의 상기 수용본체로부터의 유출 경로를 제공하는 유출유로를 포함하고, 상기 제2 수용플레이트부는 상기 유입유로와 상기 유출유로는 서로 연결되어 유체가 상기 수용본체를 통과하여 순환가능하고, 상기 제2 수용플레이트부의 상기 유로부에 설치되며 상기 제2 수용플레이트부의 상기 유로부의 개폐를 조절하는 밸브부가 기설정된 유동 시간에 따라 상기 제2 수용플레이트부의 상기 유입유로와 상기 유출유로의 내부에서 배양액이 순환되도록 외부에서 공급되는 유체의 유동을 제어하고, 상기 제2 수용플레이트부의 상기 유입유로와 상기 유출유로의 상기 내부는 상기 밸브부 사이에 존재하고, 상기 제3 수용플레이트부는 상기 유입유로와 상기 유출유로는 서로 연결되지 않고 유체가 상기 수용본체를 통과하여 외부로 배출되는 것을 특징으로 하고,
    상기 제1 수용플레이트부, 제2 수용플레이트부 및 제3 수용플레이트부는 서로 다른 수용플레이트부인 것을 특징으로 하는 세포 배양 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발진부는 미세가공 기술(MEMS)을 통해 제조되며, 매트릭스 구조로 배치되는 복수 개의 초음파 소자를 포함하는 피멋 어레이(pMUT array) 타입인 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서를 포함하는 세포 배양 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    복수 개의 상기 초음파 소자는 다각형, 원형 또는 타원형으로 배열이 가능한 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서를 포함하는 세포 배양 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수용플레이트부, 상기 제2 수용플레이트부 및 상기 제3 수용플레이트부는,
    상기 발진부와 이격 배치되고, 상기 수용본체의 상측에 거치되며 세포가 수용되는 거치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서를 포함하고,
    상기 거치부의 외주면에는 복수 개의 통공이 형성되는 세포 배양 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 수용플레이트부는, 상기 유입유로와 상기 유출유로 중 적어도 어느 하나와 연결되며 유체의 순환 동력을 제공하는 순환구동부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서를 포함하는 세포 배양 시스템.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 본체부에 설치되고, 상기 발진부와 전기적으로 연결되어 상기 발진부의 구동을 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는 적어도 두 개의 상기 발진부가 물리적 성질이 서로 다른 초음파를 발생시키도록 적어도 두 개의 상기 발진부를 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 트랜스듀서를 포함하는 세포 배양 시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102579381B1 (ko) * 2021-10-06 2023-09-18 재단법인대구경북과학기술원 초음파 홀로그램을 이용한 세포 자극 및 배양 플랫폼
WO2023128714A1 (ko) * 2021-12-30 2023-07-06 주식회사 매트릭셀바이오 바이오리액터 및 관련 장치

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4002720B2 (ja) 2000-11-22 2007-11-07 独立行政法人科学技術振興機構 一細胞長期培養顕微観察装置
KR101327209B1 (ko) 2011-06-17 2013-11-11 서울대학교산학협력단 성체 줄기세포를 위한 초음파 자극형 관류식 배양 자동화시스템
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Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101609048B1 (ko) * 2014-04-30 2016-04-04 재단법인대구경북과학기술원 세포 자극 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4002720B2 (ja) 2000-11-22 2007-11-07 独立行政法人科学技術振興機構 一細胞長期培養顕微観察装置
KR101327209B1 (ko) 2011-06-17 2013-11-11 서울대학교산학협력단 성체 줄기세포를 위한 초음파 자극형 관류식 배양 자동화시스템
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220163549A (ko) 2021-06-02 2022-12-12 주식회사 이에이치엘바이오 초음파 모듈 및 이를 포함하는 배양 장치

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