KR102467851B1 - 자동 세포배양시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동세포배양시스템에 관한 것으로서, AI를 기반으로 배양세포의 종류 등에 따라 온도, 습도, 이산화탄소 및 pH농도 등을 직접 또는 원격으로 자동 조절되도록 함으로써, 배양효율이 향상되도록 하는 데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은, 일측에 작업자의 출입이 이루어지는 출입구가 형성되고 내부에 멸균상태를 유지하도록 구성되는 배양실과; 상기 배양실에 위치되어 실질적으로 배양세포를 배양시키도록 구성되는 적어도 하나 이상의 배양키트; 및 상기 배양실 및 배양키트를 제어하도록 구성되는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동 세포배양시스템{System for automatically cell incubation}

본 발명은 자동세포배양시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, AI를 기반으로 배양세포의 종류 등에 따라 온도, 습도, 이산화탄소 및 pH농도 등을 직접 또는 원격으로 자동 조절되도록 함으로써, 배양효율이 향상되도록 하는 자동세포배양시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 전 세계적으로 경작되고 있는 농작물류는 인류의 주요한 식량공급원으로 사용되어 왔으나, 농지 면적당 수확량이 많지 않고 태양에너지의 이용률이 극히 낮다.

이에 비하여, 수중에서 태양에너지와 이산화탄소, 소량 함유된 무기염류로 생육할 수 있는 미세 광합성 조류는 농작물의 생육이 불가능한 지역에서도 생육이 가능하고, 농작물과 비교하여 단위 경작면적당 20배 이상의 단백질을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 다양한 종류의 유용물질과 미생물 또는 동, 식물 세포로부터 생산이 불가능한 천연의 희귀물질의 생산이 가능하다.

특히, 세포의 크기가 큰 조류는 쉽게 침전되어 다양한 방법에 의하여 추출 및 분리하는 것이 가능하며, 탄소원으로 이산화탄소를 사용하고 부산물로 산소를 방출하는 광합성 과정을 갖고 있어 대기오염을 낮추는 기능도 가지고 있다.

그 중에서도, 클로렐라(chlorella) 속, 두날리엘라(dunaliella) 속, 스피루리나(spirulina) 속, 이중에서도 스피루리나(spirulina, sp)의 미세 광합성 조류(이하 '스피루리나'라 함)는 다른 미세 광합성 조류에 비해 세포의 크기가 크고, 알칼리 오염성 환경에서도 쉽게 성장할 수 있는 조류로서, 식품, 의약, 공업용 제품 등의 다양한 제품에 응용되고 있어 연구가 활발히 진행되고 있다.

그리고, 스피루리나 등 미세 광합성 조류는 물고기, 굴, 해조류 등의 양식장에서 양식 대상물의 영양분으로 활용되고 있다.

또한, 스피루리나 등 미세 광합성 조류는 해양 수산물 뿐만 아니라 식용 새싹 등 농작물 재배를 위한 영양분으로도 활용되고 있다.

이렇게 유용한 스피루리나 등 미세 광합성 조류의 수요가 증가함에 따라 광합성생물을 효과적으로 배양할 수 있는 광합성생물 배양시스템이 요구되고 있다.

한편, 관절은 뼈와 뼈가 만나는 부위로서, 움직임에 따라 발생하는 충격을 흡수하는 역할을 한다. 관절이 부드럽게 운동할 수 있도록 하는 연골조직은 연골세포와 그것이 생산한 연골기질로 된 섬유성 결합조직의 일종이다.

연골조직은 탄력성이 풍부하고 압력에 대해 저항력을 가지며 탄력성을 유지하면서 급속히 증식하는 것이 가능하다. 하지만, 연골조직은 한 번 손상이 되면 생체 내에서 정상적으로 재생이 되지 않는다. 연골조직이 손상되면 일상생활에 지장을 받을 정도로 관절이 붓거나 열감이 동반되는 등 퇴행성 관절염이 발생할 수 있다. 퇴행성 관절염은 관절을 보호하고 있는 연골의 점진적인 손상이나 퇴행성 변화로 인해 관절을 이루는 뼈와 인대 등에 손상이 일어나서 염증과 통증이 생기는 질환이다. 그러나, 연골조직 재생을 위해서는 조직의 특정한 구조를 유지하고 형성하기 위해 최적화된 세포지지체와 원하는 조직으로 분화하기 위한 다양한 외부적 자극 및 환경이 필요하다. 따라서 연골세포를 손상된 조직이나 기능을 상실한 부분에서 떼어내 체외에서 배양한 후 체내에 다시 이식하는 기술 외에도, 체외에서 생체 모델을 반영하여 연골세포가 효과적으로 배양될 수 있는 환경을 제공할 필요가 있다.

한편, 요즘같이 코로나 바이러스에 의한 폭발적인 감염사례로 인해, 면역세포에 대한 관심이 높아지고 있다. 상기 면역세포(Immunocyte)는 외부에서 침입한 병원균이나 이물질, 바이러스 등에 저항하여 이결낼 수 있도록 방어하는 세포로서, 면역력을 조절하거나 균을 직접 잡아먹기도 하는 세포의 통칭이다. 이러한, 면역세포는 암세포 특이적 항원을 인식하여 암세포를 직접적으로 탐식하거나 암세포 표면에 구멍을 뚫어 세포독성물질을 주입하여 세포살해를 유도하고, 우리 몸의 정상세포는 공격하지 않고 암세포만을 선별적으로 공격하는 작용을 수행한다. 또한, 상기 면역세포는 선천면역을 담당하는 NK 세포, 항원 특이적인 적응 면역을 주관하는 T 세포, 림프구 중 항체를 생산하는 B 세포, 항원전달세포 중의 하나이며 바이러스의 침입에 대한 방어 역할을 하는 수지상세포, 체내 모든 조직에 분포하여 면역을 담당하는 대식세포 등의 여러 종류가 있다.

즉, 배양(culture)은 위에서 보는 바와 같이, 식물에서부터 동물 등의 생물체나 생물체의 일부(기관, 조직, 세포 등)를 적당히 인공적으로 조절한 환경조건에서 생육시키는 일을 일컷는다. 이러한 배양의 외적 조건으로 온도, 습도, 빛, 기체상의 조성(이산화탄소, 산소의 분합, pH농도) 등이 중요하고, 배양세포의 종류에 따라 외적조건을 적절하게 제어할 수 있는 자동 세포배양시스템의 개발이 대두되고 있다.

대한민국 특허 제10-1843934호(2018.04.02. 공고) 대한민국 공개특허 제10-2021-145610호(2021.12.02. 공개)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안하는 것으로서, 본 발명의 목적은, AI를 기반으로 배양세포의 종류 등에 따라 온도, 습도, 이산화탄소 및 pH농도 등을 직접 또는 원격으로 자동 조절되도록 함으로써, 배양효율이 향상되도록 하는 자동 세포배양시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 일측에 작업자의 출입이 이루어지는 출입구가 형성되고 내부에 멸균상태를 유지하도록 구성되는 배양실과; 상기 배양실에 위치되어 실질적으로 배양세포를 배양시키도록 구성되는 적어도 하나 이상의 배양키트; 및 상기 배양실 및 배양키트를 제어하도록 구성되는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 배양실의 출입구에는, 작업자의 출입을 통제함과 함께 진출입이 이루어지는 작업자를 방역시켜 상기 배양실의 내,외부가 오염됨을 방지하도록 하는 터널방역기;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 배양실의 내부에는, 상기 배양실의 내부가 항상 멸균상태를 유지할 수 있도록 주기적, 간헐적으로 작동되는 적어도 하나 이상의 멸균기;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 배양실에는, 적어도 하나 이상의 배양키트가 안착되고, 이를 배출영역으로 이송시키도록 하는 컨베이어;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 컨베이어에는, 배양키트가 안착되고 선회작용하는 벨트를 포함하고; 상기 벨트에는 배양키트가 안정적으로 안착된 상태를 유지하면서 이송되는 과정 중 상기 배양키트를 유동시켜 배양세포의 상호 혼합으로 배양효율이 향상되도록 지지하는 틸팅부;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 배양실에는, 배양키트를 안착 또는 배출을 작업자가 직접하지 않고, 간접적인 작용으로 배양키트의 오염을 원천봉쇄할 수 있도록 지지하는 적어도 하나 이상의 로봇팔;을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 배양키트는, 본체와; 상기 본체에 착탈되게 안착되고 내부에 배양세포가 수용되는 배양용기; 및 상기 배양용기의 일단에 구성되어 상기 배양용기를 밀폐시키도록 지지하는 커버;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 본체에는, 상기 배양용기의 일단이 안착되는 안착홈과; 빛을 발산하되, 컬러테라피 및 태양광과 유사한 빛을 조사시켜 배양세포를 활성화시키도록 하는 빛발산부와; 상기 배양용기에 원적외선을 조사시키도록 하는 원적외선발산부와; 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 본체에는, 플라스마를 발생시켜 상기 본체의 주변을 멸균시키도록 하는 플라스마발생부;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 본체에는, 배양용기를 촬영하여, 상기 배양용기의 내부에서 배양 중인 세포의 상태를 확인함과 함께, 촬영이미지를 통해 정상 또는 불량을 판별할 수 있도록 정보를 제공하는 측정카메라;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 본체에는, 제어부와 무선으로 양방향 통신을 통해 본체를 제어할 수 있도록 하는 송수신부;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 커버에는, 배양용기의 내부를 센싱하는 센서부와; 일정량의 산소를 저장하여 상기 센서부의 제어신호에 따라 배양용기의 내부에 산소를 공급하도록 하는 산소공급부와; 일정량의 이산화탄소를 저장하여 상기 센서부의 제어신호에 따라 배양용기의 내부에 이산화탄소를 공급하도록 하는 이산화탄소공급부와; 상기 센서부의 제어신호에 따라 배양용기의 내부에 대한 pH농도를 조절할 수 있도록 지지하는 pH농도조절부; 및 상기 센서부의 제어신호에 따라 배양용기의 내부에 대한 습도를 조절할 수 있도록 지지하는 습도조절부;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 커버에는, 센서부의 제어신호에 따라 배양용기의 내부에서 생성된 유해가스를 외부로 배기시킬 수 있도록 구성되는 가스배기밸브;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 제어부는, 배양실과 배양키트의 정보저장과, 배양세포에 대한 기본정보의 입력, 배양실과 배양키트에 대한 제어신호를 양방향으로 교류할 수 있도록 구성되는 중앙처리부와; 상기 중앙처리부를 원격으로 접속할 수 있도록 가상공간을 제공하는 클라우드환경; 및 작업자가 클라우드환경을 통해 원격으로 상기 중앙처리부를 접속과 제어가 이루어질 수 있도록 하는 관리자기기;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, AI를 기반으로 배양세포의 종류 등에 따라 온도, 습도, 이산화탄소 및 pH농도 등을 직접 또는 원격으로 자동 조절되도록 함으로써, 배양효율이 향상되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 세포배양시스템의 구성도로서,
1a는 단품종 다량 생산시스템이고, 1b는 다품종 소량 생산시스템이다.
도 2는 본 발명에 따른 터널방역기의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 컨베이어의 구성도로서,
3a는 벨트와 틸팅부의 구성상태이고, 3b는 틸팅부의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 배양키트의 분리 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 배양키트의 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 커버의 일부 확대도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 자동 세포배양시스템은 멸균상태를 유지하면서 직접 또는 원격으로 배양조건을 조절 또는 제어함으로써, 배양 불량률을 최소화함과 함께 배양효율을 향상시키도록 한다.

상기 자동 세포배양시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 배양실(1)과, 배양키트(2)와, 제어부(3)를 포함한다.

배양실(1)은 내부에 멸균상태를 유지하여, 배양부(2)에서 배양 과정 중 세균 등에 의한 오염을 원천 봉쇄할 수 있도록 구성된다.

상기 배양실(1)에는 작업자 또는 관리자(이하 '작업자'라 통칭함)의 출입이 이루어지도록 하는 출입구가 구성된다. 또한, 상기 출입구에는 출입하는 작업자에 대한 멸균상태를 유지시키도록 하는 터널방역기(10)가 구성된다. 이 경우, 상기 출입구는 배양실(1)의 양단 각각에 구성되어, 어느 하나의 출입구는 진입만 가능하고, 다른 하나의 출입구는 진출만 가능하도록 구성되며, 이러한 복수의 출입구 각각에 터널방역기(10)가 구성되어, 진입 또는 진출하는 작업자에 대한 방역을 수행함으로써, 배양실(1)에 대한 멸균상황을 유지할 수 있도록 한다.

상기 터널방역기(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 케이스(101)와, 도어(102)와, 플라스마발생모듈(103)과, UV등(104)과, 항균셀(105) 및 원적외선셀(106)을 포함한다.

상기 케이스(101)는 함체 형상으로 형성되고, 일단에 작업자의 진입이 이루어지는 입구가 구성되고, 상기 입구의 대향되는 위치에 작업자의 퇴출이 이루어지는 출구가 구성된다. 또한, 상기 입구 및 출구 각각에는 도어(102)가 구성되어 작업자의 출입을 통제할 수 있도록 한다.

또한, 상기 케이스(101)에는 터널방역기(10)로 진입하려는 작업자를 촬영하여 체온을 측정할 수 있는 열화상카메라(112)가 구성된다.

상기 열화상카메라(112)는 터널방역기(10)를 통해 배양실(1)로 진입하려는 작업자의 체온을 언택트(un-contact)방식으로 측정함으로써, 배양실(1)의 오염을 사전 통제가 가능하도록 한다. 이에 따라, 상기 열화상카메라(112)를 통해 측정된 체온이 일정이상으로 측정될 경우에 터널방역기(10)의 도어(102)의 개방을 방지시켜 작업자의 출입이 통제될 수 있도록 한다. 이 경우, 상기 열화상카메라(112)는 배양실(1)의 외부에서 내부로 진입하려는 작업자의 통제만 이루어질 수 있도록 하고, 배양실(1)의 내부에서 외부로 진출하는 출입구에 설치되는 터널방역기(10)에는 설치하지 않도록 한다.

또한, 상기 케이스(10)의 일측에는 터널방역기(10)의 작동을 제어할 수 있는 제어부 및 다수의 스위칭을 구성하는 제어패널(114)을 포함한다.

이 경우, 상기 열화상카메라(112) 및 제어패널(114)은 하나의 모듈 형태로 구성되어, 케이스(101)의 일측에 구성된다.

또한, 상기 케이스(101)에는 내부에 일정간격으로 이격되어, 이중벽 형태의 공간이 형성되도록 하는 내부챔버(116)를 포함한다.

상기 내부챔버(116)는 상기 케이스(101)의 내부에 형성되어, 도어(102)를 통해 진입된 작업자의 방역이 실질적으로 이루어지도록 하는 공간을 형성한다.

상기 내부챔버(116)에는 공간을 통해 제공되는 살균성을 가지는 공기가 외부 즉, 상기 내부챔버(116)의 공간으로 토출되도록 하는 토출헤드(1162)를 포함한다. 이 경우, 상기 토출헤드(1162)는 상기 내부챔버(116)에 다수가 구성되어 진입된 작업자에 묻어있는 먼지나, 박테리아 또는 바이러스 등을 살균 및 탈락시키도록 한다.

상기 토출헤드(1162)는 구(球) 형상의 하우징, 및 상기 하우징의 전면에 일정높이 돌출되게 구성되는 토출노즐로 구성되어, 상기 하우징을 회전시켜 토출노즐의 위치를 변경시켜 작업자의 방역이 효율적으로 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 상기 케이스(101)와 내부챔버(116) 사이공간에는 공기의 확산을 지지함으로써, 다수의 토출헤드(1162)를 통해 배기되는 공기의 균일성을 유도하는 확산팬(118)을 포함한다. 상기 확산팬(118)은 적어도 하나 이상이 구성되고, 경우에 따라서, 상기 확산팬(118)을 생략할 수 있다.

도어(102)는 케이스(101)의 입구 및 출구 각각에 구성되어, 상기 케이스(101)로 진입하고자 하는 작업자의 통제가 용이하도록 하는 기능을 수행한다. 이 경우, 상기 도어(102)는 미닫이 또는 여닫이로 구성된다.

플라스마발생모듈(103)은 상기 케이스(101)와 내부챔버(116) 사이의 공간에 구성되어, 외부에서 흡기된 공기를 플라스마로 살균처리함으로써, 살균성을 가지는 공기가 내부챔버(116)의 토출헤드(1162)로 토출되도록 하는 기능을 수행한다.

상기 플라스마발생모듈(103)은 몸체와, 필터와, 흡기팬과, 플라스마전극, 및 배기구를 포함하여 구성된다.

상기 몸체는 각 구성요소를 지지하는 기능을 수행한다. 상기 필터는 상기 몸체의 일단 즉, 외부공기가 흡기되는 부분에 구성되어, 외부에서 흡기되는 공기를 여과시켜 신선한 공기가 플라스마전극으로 진입되도록 유도하는 기능을 수행한다. 상기 흡기팬은 상기 필터의 일측에 구성되어, 외부의 공기가 흡기됨과 함께 흡기압에 의해 케이스(101)와 내부챔버(116) 사이의 공간으로 배기가 이루어지도록 하는 기능을 수행한다. 상기 플라스마전극은 상기 흡기팬의 일측에 구성되어, 상기 흡기팬을 통해 배기되는 여과공기에 플라스마를 발생시켜, 살균성을 가지는 공기가 형성되도록 하는 기능을 수행한다. 상기 배기구는 상기 플라스마전극의 일측에 구성되어, 상기 플라스마전극에 의해 생성된 살균성 공기가 케이스(101)와 내부챔버(116) 사이의 공간으로 원활하게 토출되도록 유도하는 기능을 수행한다.

UV등(104)은 상기 케이스(101)의 내부챔버(116) 내부 일측에 구성되어, 상기 내부챔버(116)로 진입된 작업자가 퇴출하면 자외선을 조사시켜 상기 내부챔버(116)를 살균처리함에 따라 상기 내부챔버(116)가 항상 멸균상태를 유지할 수 있도록 한다.

항균셀(105)은 항균물질로 조성된 도넛형상으로 형성되고, 상기 내부챔버(116)에 다수를 구성함으로써, 상기 내부챔버(116)에 대한 항균성능을 가지도록 하는 기능을 수행한다. 이에, 상기 항균셀(105)은 내부챔버(116)로 진입된 작업자에게서 탈락된 박테리아 또는 바이러스가 사멸되도록 유도하여, 상기 내부챔버(116) 내부가 멸균상태를 유지할 수 있도록 한다.

원적외선셀(106)은 원적외선이 발생되는 물질로 조성된 도넛형상으로 형성되고, 상기 내부챔버(116)에 다수를 구성함으로써, 상기 내부챔버(116)에 진입된 작업자에게 원적외선이 조사됨에 따른 원적외선 효과 및 플라스마발생모듈(103)에 의해 제공되는 살균성 공기를 활성화시켜 살균성이 더욱 증진되도록 하는 기능을 수행한다. 이 경우, 상기 항균셀(105) 및 원적외선셀(106) 각각은 원판형으로 형성되어, 내부챔버(116)의 내부면에 종횡으로 다수를 부착 또는 접착시켜 고정하되, 교차되게 구성한다.

또한, 배양실(1)의 내부에는 항상 멸균상태를 유지할 수 있도록 지지하는 멸균기(12)가 적어도 하나 이상이 구성된다. 상기 멸균기(12)는 상술한 플라스마발생모듈(103)로 구성된다. 물론, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 멸균기(12)는 플라스마를 이용한 기기뿐만 아니라 UV등 또는 기타 기기 예컨대, 공기청정기 등을 통해 멸균상태를 유지할 수 있도록 하는 기기, 모듈이면 어느 것이든 채용할 수 있다.

또한, 상기 배양실(1)에는 배양키트(2)를 제공받아 이를 배출구역으로 이송시키도록 하는 컨베이어(14)를 포함한다.

상기 컨베이어(14)는 일측에서 배양키트(2)를 제공받고, 이를 배출구역으로 이송시켜 배양이 완료된 배양키트(2)를 배출시킬 수 있도록 이송하는 기능을 수행한다. 이 경우, 상기 컨베이어(14)는 상기 배양키트(2)를 제공받아, 이를 일정위치로 이동시켜 배양이 완료된 배출이 이루어지도록 한다. 이 경우, 상기 컨베이어(14)는 배양키트(2)를 안정적으로 이송시킬 수 있도록 하는 구조 또는 구성이면 어느 것이든 채택 가능하다. 또한, 상기 컨베이어(14)는 배양키트(2)를 배양시간 예컨대, 대략 10 ~ 15일 동안 이송시켜, 하나의 행정이 이루어지면 최종 배출되도록 한다.

상기 컨베이어(14)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 벨트(142), 및 틸팅부(144)를 포함한다.

상기 벨트(142)는 무한 루프로 선회한다.

상기 틸팅부(144)는 상기 벨트(142)에 일정간격으로 구성되어, 상단에 안착되는 배양키트(2)를 좌,우방향 등으로 주기적인 움직임 또는 유동되도록 함에 따라 상기 배양키트(2)에서 배양 중인 세포들의 상호 교반으로 배양효율이 향상되도록 지지한다.

상기 틸팅부(144)는 배양키트(2)가 안착되는 안착대(1442)와, 상기 안착대(1442)에 주기적, 반복적인 유동이 이루어지도록 지지하는 서브모터(1444)를 포함한다.

상기 안착대(1442)는 벨트(142)의 상단부에 구성되고, 내측에 일정깊이로 형성되어, 배양키트(2)의 안착이 안정적으로 이루어질 수 있도록 지지한다.

상기 서브모터(1444)는 상기 안착대(1442)의 일측, 예컨대, 하단에 구성되어, 저속 및 정밀한 정, 역회전력을 제공함에 따라 상기 안착대(1442)가 주기적, 반복적으로 좌, 우 회전이 이루어지도록 지지한다. 물론, 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 서브모터(1444)외에도 상기 안착대(1442)를 유동시킬 수 있도록 하는 구조 또는 구성이면 어느 것이든 채택 가능하다.

로봇팔(16)은 컨베이어(14)에 배양키트(2)를 안착시키거나, 또는 배양이 완료된 배양키트(2)를 배출시키도록 지지한다. 또한, 상기 로봇팔(16)은 제어신호에 따라 배양불량이 발생된 배양키트(2)를 배출시키도록 한다.

한편, 상기 배양실(1)에는 도 1a와 같이, 컨베이어(14)가 배양실(1)의 전체 한 라인으로 구성되어, 단품종 대량 생산이 가능하도록 구성한다.

또는, 도 1b와 같이, 배양실(1)에 다수의 컨베이어(14)를 설치하여, 다품종 소량생산이 가능하도록 한다.

물론, 이에 한정하는 것은 아니며, 배양실(1)의 크기 또는 사용목적 등에 따라 하나의 컨베이어(14)를 설치하고, 여기에서 다품종 대, 소량 생산이 가능하도록 구성할 수도 있다.

또한, 상기 컨베이어(14)는 벨트(142)로 구성되는 것에 한정하는 것은 아니며, 사용목적 또는 배양세포의 종류 등에 따라 컨베이어(14)를 생략할 수도 있고, 또는 턴테이블 방식으로 구성할 수도 있으며, 여기에서 배양키트(2)를 유동시키는 틸팅부(144)를 별도로 구성하거나, 또는 턴테이블에 구성할 수도 있다.

배양키트(2)는 배양세포를 수용하고, 이를 실질적으로 배양시키는 기능을 수행한다.

상기 배양키트(2)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본체(21)와, 배양용기(22), 및 커버(23)를 포함한다.

상기 본체(21)는 배양용기(22)의 안착을 지지함과 함께, 상기 배양용기(22)에 수용된 배양세포에 대한 활성화를 유도시켜 배양효율이 향상되도록 한다.

상기 본체(21)에는 배양용기(22)가 안착됨을 지지하는 일정깊이의 안착홈(211)이 형성된다.

또한, 상기 본체(21)에는 상기 안착홈(211)에 안착된 배양용기(22)에 빛을 발산시켜 배양세포의 활성화를 촉진시키도록 하는 빛발산부(212)를 포함한다.

상기 빛발산부(212)는 컬러발산영역(2122), 및 태양광영역(2124)을 포함한다. 이 경우, 상기 빛발산부(212)는 LED로 구성된다.

상기 컬러발산영역(2122)은 제어신호에 따라 다양한 색깔의 빛이 주기적, 반복적으로 변환되면서 배양용기(22)에 빛이 조사되도록 함에 따라 컬러테라피 작용으로 배양세포의 활성화로 배양촉진을 유도하는 기능을 수행한다.

여기서, 컬러테라피(color therapy) 작용이란 색상별에 따라 다양한 반응을 불러일으키는 것으로서, 예컨대, 「빨강색 - 암세포 생성억제, 심장 건강 보호

노랑색 - 면역력 증진, 피부건강

녹색 - 혈액 건강, 눈 건강

자주색 - 항산화 효과, 시력보호

하얀색 - 노폐물, 독소배출, 면연력 증진」되는 것으로서, 색(깔)에 의해 인체에 이로운 영향을 미친다는 사실은 이미 알려져 있다.

상기 태양광영역(2124)은 태양광과 유사한 빛을 조사하여, 태양광효과에 의해 배양용기(22)에 수용된 배양세포의 활성화를 촉진시키도록 한다. 이에 따라, 상기 태양광영역(2124)은 배양용기(22)에 복사열이 작용으로 세포의 배양에서 요구되는 배양온도가 유지되도록 한다.

또한, 상기 본체(21)에는 배양용기(22)의 내부에 원적외선을 발산하여, 상기 배양용기(22)의 내부에 수용된 배양세포에 대한 활성화로 면역력을 강화시킴에 따라 배양효율이 향상되도록 하는 원적외선발산부(213)를 포함한다.

상기 원적외선발산부(213)는 상기 본체(21)에 구성되어, 배양용기(22)의 내부로 원적외선이 발산되도록 함에 따라 상기 배양용기(22)에 수용된 배양세포를 활성화시키도록 한다.

또한, 상기 본체(21)에는 상기 본체(21)의 주변에 대한 멸균상태가 유지되도록 플라스마를 제공하는 플라스마발생부(214)를 포함한다.

상기 플라스마발생부(214)는 주기적 또는 간헐적 플라스마를 발생시켜 주변을 멸균상태가 유지되도록 한다. 이 경우, 상기 플라스마발생부(214)는 상술된 터널방역기(10)의 플라스마발생모듈(103)과 동일 또는 유사한 구성으로 구성됨에 따라 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 플라스마발생부(214)에는 발생된 플라스마를 확산시켜 상기 본체(21)의 주변에 대한 멸균공간이 확산되도록 지지하는 확산팬(2142)을 포함한다.

또한, 상기 본체(21)에는 배양용기(22)에서 배양 중인 세포배양 상태를 확인할 수 있도록 하는 측정카메라(215)를 포함한다.

상기 측정카메라(215)는 배양용기(22)의 내부에서 배양 중인 배양세포를 촬영하여 세포의 배양상태를 확인할 수 있도록 한다. 즉, 상기 측정카메라(215)는 배양용기(22)의 일정부분을 촬영하고, 이러한 촬영이미지를 통해 세포의 모양, 분화단계, 세포의 비율, 세포수, 세포의 생존율 등의 세포 배양상태를 확인하게 된다. 이에 따라, 세포의 배양상태에 따라 정상 또는 불량을 판별할 수 있고, 만약 불량으로 판별이 이루어질 경우 로봇팔(16)에 의해 제거되도록 한다. 또한, 상기 측정카메라(215)는 주기적 또는 작업자 또는 관리자의 필요에 따라 간헐적으로 작동된다.

또한, 상기 본체(21)에는 각 구성요소들에 필요한 전원을 공급할 수 있도록 지지하는 전원공급부(216)를 포함한다.

상기 전원공급부(216)는 일회성 배터리, 충전 배터리 등으로 구성된다. 이 경우, 상기 전원공급부(216)는 '리듐-이온 배터리' 등과 같은 축전 배터리를 장착시켜, 축전시 재사용이 가능하도록 함이 바람직하다. 또한, 상기 축전 배터리는 'USB' 등과 같은 케이블을 이용한 직접 충전방식을 이용한 유선방식 또는 무선 충전방식 중 어느 하나 또는 병용하여 구성할 수 있다.

또한, 상기 본체(21)에는 일측에 구성되어, 제어부(3)의 제어신호가 양방향으로 송수신이 이루어져 제어가 가능하도록 하는 송수신부(217)를 포함한다.

상기 송수신부(217)는 제어부(3)와의 양방향 통신이 이루어져, 상기 제어부(3)의 제어신호에 따라 빛발산부(212)와, 원적외선발산부(213)와, 플라스마발생부(214), 및 측정카메라(215)의 제어가 이루어지고, 또한, 측정카메라(215)에서 측정된 촬영이미지를 제어부(3)로 전송시켜 상기 제어부(3)에서 세포의 배양상태를 확인할 수 있도록 한다.

배양용기(22)는 상기 본체(21)의 안착홈(211)에 착탈되게 구성되어, 세포배양이 안정적으로 이루어질 수 있도록 공간을 제공한다.

상기 배양용기(22)는 배양세포를 안정적으로 수용할 수 있는 크기로 형성된다. 또한, 상기 배양용기(22)는 배양세포의 종류에 따라 재질 및 안정적인 배양상태를 유지할 수 있는 형상 등으로 형성된다. 이 경우, 상기 배양용기(22)는 유리, 투명 또는 반투명의 합성수지로 형성된다. 이 경우, 상기 배양용기(22)의 일단 즉, 상단은 개방되어, 내부에 배양세포를 진,출입시킬 수 있도록 하는 개구가 형성된다.

커버(23)는 상기 배양용기(22)의 개구를 밀폐시켜 상기 배양용기(22)로 이물질의 임의 침투를 방지하도록 한다. 또한, 상기 커버(23)는 상기 배양용기(22)의 내부에 세포의 배양조건을 맞춰주도록 하는 기능을 포함한다.

상기 커버(23)에는 도 6에 도시된 바와 같이, 센서부(231)와, 산소공급부(232)와, 이산화탄소공급부(233)와, pH농도조절부(234)와, 습도조절부(235)와, 가스배기밸브(236)와, 전원공급부(237), 및 PCB(238)를 포함한다.

상기 센서부(231)는 배양용기(22)의 내부에 대한 산소농도, 이산화탄소 농도, pH농도, 온도, 습도 등을 센싱하여, 센싱값에 따라 상기 산소공급부(232)와, 이산화탄소공급부(233)와, pH농도조절부(234)와, 습도조절부(235)를 제어시켜 상기 배양용기(22)에 대한 최적화된 배양조건이 유지되도록 한다.

상기 산소공급부(232)는 상기 센서부(231)의 제어신호에 따라 배양용기(22)의 내부에 산소를 공급할 수 있도록 하여, 배양용기(22) 내부에 적정한 산소농도가 유지되도록 한다. 또한, 상기 산소공급부(232)는 일정량의 산소가 충전된 상태를 유지할 수 있도록 외부에서 산소의 충전이 가능한 충전구를 포함한다.

상기 이산화탄소공급부(233)는 상기 센서부(231)의 제어신호에 따라 배양용기(22)의 내부에 이산화탄소를 공급할 수 있도록 하여, 배양용기(22) 내부에 적정한 이산화탄소농도가 유지되도록 한다. 또한, 상기 이산화탄소공급부(233)는 일정량의 이산화탄소가 충전된 상태를 유지할 수 있도록 외부에서 이산화탄소의 충전이 가능한 충전구를 포함한다.

상기 pH농도조절부(234)는 상기 센서부(231)의 제어신호에 따라 배양용기(22)의 내부에 대한 pH농도를 조절할 수 있는 pH조절물질을 공급하여, 배양용기(22) 내부에 적정한 pH농도가 유지되도록 한다. 또한, 상기 pH농도조절부(234)는 일정량의 pH농도 조절물질이 충전된 상태를 유지할 수 있도록 외부에서 pH농도 조절물질의 충전이 가능한 충전구를 포함한다.

상기 습도조절부(235)는 상기 센서부(231)의 제어신호에 따라 배양용기(22)의 내부에 습기를 공급할 수 있도록 하여, 배양용기(22) 내부에 적정한 습도가 유지되도록 한다. 또한, 상기 습도조절부(235)는 일정량의 습도조절을 위한 조절물질이 충전된 상태를 유지할 수 있도록 외부에서 습도조절 물질의 충전이 가능한 충전구를 포함한다.

상기 가스배기밸브(236)는 배양용기(22)의 내부에서 세포배양 중 발생하는 유해가스를 외부로 배출시켜, 유해가스에 의해 세포의 오염을 방지함과 함께, 배양용기(22)의 내부에 대한 온도, 습도조절이 이루어지도록 한다. 상기 가스배기밸브(236)는 센서부(231)의 제어신호에 따라 개폐가 이루어진다.

상기 전원공급부(237)는 센서부(231)와, 산소공급부(232)와, 이산화탄소공급부(233)와, pH농도조절부(234)와, 습도조절부(235), 및 가스배기밸브(236)에 필요한 전원을 공급할 수 있도록 구성된다. 이 경우, 상기 전원공급부(236)는 상술된 본체(21)의 전원공급부(216)와 동일하므로 여기에서 상세한 설명은 생략한다.

상기 PCB(238)는 제어회로를 구성한다.

제어부(3)는 배양실(1) 및 배양키트(2)에서 정보를 제공받고, 이를 토대로 배양실(1) 및 배양키트(2)를 제어한다. 이 경우, 상기 제어부(3)는 AI 기반을 기초로 하여 운영된다.

상기 제어부(3)는 도 1에 도시된 바와 같이, 중앙처리부(31)와, 클라우드환경(32), 및 관리자기기(33)를 포함한다.

상기 중앙처리부(31)는 배양실(1) 및 배양키트(2)에서 처리되는 모든 정보 들이 저장됨과 함께, 작업자 또는 관리자의 설정에 따른 입력정보 등을 저장하고, 이를 기초로 하여 상기 배양실(1) 및 배양키트(2)를 제어하도록 AI 기반에 의해 작동된다.

상기 클라우드환경(32)은 외부에서 원격으로 중앙처리부(31)에 접속할 수 있는 가상공간을 제공한다.

상기 관리자기기(33)는 작업자 또는 관리자가 휴대하는 스마트폰, PDA 등의 스마트기기를 통해 클라우등환경(32)을 거쳐 중앙처리부(31)에 접속하여, 배양실(1) 및 배양키트(2)의 작용상태, 제어환경 설정, 세포배양 상태 등의 정보를 원격으로 취득, 제어할 수 있도록 한다.

상기와 같이 구성된 자동 세포배양시스템은 작업자가 중앙처리부(31)를 통해 배양세포에 대한 기본 정보를 입력한다. 이 경우, 작업자가 휴대하는 관리자기기(33)를 통해 클라우드환경(32)을 거쳐 원격으로 중앙처리부(31)에 기본정보를 입력할 수 있다. 여기에서 기본정보는 배양세포의 종류, 배양환경조건 예컨대, 온도, 습도, 산소농도, 이산화탄소농도, pH농도 등의 배양에 따른 필요조건 등을 포괄적으로 의미한다.

그리고, 세포 기본정보의 입력이 완료되면, 배양키트(2)의 배양용기(22)에 배양세포를 투입시킨 후, 이러한 배양용기(22)를 본체(21)에 안착하며, 상기 배양용기(22)의 상단에 커버(23)를 안착시켜 밀폐가 이루어지도록 한다.

상기 배양키트(2)를 배양실(1)의 컨베이어(14)에 구성된 틸팅부(144)에 안착시키면, 벨트(142)를 따라 이송이 이루어지고, 이송하는 과정 중 상기 틸팅부(144)의 유동에 의해 상기 배양키트(2)가 유동됨에 따라 배양세포의 상호 혼합으로 배양효율이 향상되도록 한다.

또한, 상기 배양키트(2)의 본체(21)에 구성된 빛발산부(212)와, 원적외선발산부(213)를 통해 배양세포를 활성화시켜 배양촉진이 이루어지도록 하고, 커버(23)에 구성된 센서부(231)의 센싱신호에 따라 산소공급부(232)와, 이산화탄소공급부(233)와, pH농도조절부(234)와, 습도조절부(235)와, 가스배기밸브(236)의 작용으로 세포의 배양조건을 최적화시킴으로써, 배양효율이 향상되도록 한다.

계속해서, 컨베이어(14)를 따라 이송되는 배양키트(2)는 본체(21)에 구성된 측정카메라(215)의 주기적, 간헐적 촬영을 통해 획득된 이미지를 제어부(3)에서 판별하고, 판별결과 불량으로 인식되면, 로봇팔(16)에서 불량으로 판별된 배양키트(2)를 컨베이어(14)에서 제거시킨다.

한편, 작업자는 배양실(1)에 출입하고자할 때, 출입구에 구성된 터널방역기(10)을 통해 출입의 통제 및 방역이 완료된 상태로 출입이 이루어짐에 따라, 상기 배양실(1)이 항상 멸균상태를 유지할 수 있도록 한다.

이상에서 설명한 것은 자동 세포배양시스템을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니한다. 본 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변경실시가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

1: 배양실 10: 터널방역기
12: 멸균기 14: 컨베이어
16: 로봇팔 2: 배양키트
21: 본체 211: 안착홈
212: 빛발산부 213: 원적외선발산부
214: 플라스마발생부 215: 측정카메라
216: 전원공급부 217: 송수신부
22: 배양용기 23: 커버
231: 센서부 232: 산소공급부
233: 이산화탄소공급부 234: pH농도조절부
235: 습도조절부 236: 가스배기밸브
237: 전원공급부 238: PCB
3: 제어부 31: 중앙처리부
32: 클라우드환경 33: 관리자기기

Claims (14)

1. 일측에 작업자의 출입이 이루어지는 출입구가 형성되고 내부에 멸균상태를 유지하도록 구성되는 배양실과, 상기 배양실에 위치되어 배양세포를 배양시키도록 구성되는 적어도 하나 이상의 배양키트, 및 상기 배양실 및 배양키트를 제어하도록 구성되는 제어부로 구성되는 자동세포배양시스템에 있어서,
   상기 배양실의 출입구에는, 작업자의 출입을 통제함과 함께 진출입이 이루어지는 작업자를 방역시켜 상기 배양실의 내,외부가 오염됨을 방지하도록 하는 터널방역기를 포함하고;
   상기 터널방역기는, 함체 형상으로 형성되고 내부에 일정간격 이격되게 내부챔버가 구성되는 케이스와, 상기 케이스의 일단 또는 양단에 구성되어 작업자의 출입을 단속하도록 구성되는 도어와, 상기 케이스와 내부챔버 사이에 구성되어 흡기된 공기를 플라스마로 살균처리하는 플라스마발생모듈과, 상기 내부챔버의 내부 일측에 구성되어 작업자가 퇴출되면 자외선을 조사시켜 내부챔버를 살균처리하는 UV등과, 항균물질로 조성되어 상기 내부챔버의 내부를 항균처리하는 다수의 항균셀, 및 원적외선을 조사하는 물질로 조성되어 내부챔버의 내측에 원적외선이 조사되도록 구성되는 다수의 원적외선셀을 포함하고;
   상기 내부챔버에는, 플라스마발생모듈에 의해 살균처리된 공기가 내부챔버의 내부로 토출되도록 구성되는 다수의 토출헤드를 포함하며;
   상기 배양실에는, 적어도 하나 이상의 배양키트를 제공받아, 이를 배출영역으로 이송시키도록 하는 컨베이어를 포함하고;
   상기 컨베이어는, 배양키트가 안착되고 선회되도록 구성되는 벨트를 포함하며;
   상기 벨트에는 배양키트가 안정적으로 안착된 상태를 유지하면서 이송되는 과정 중 상기 배양키트를 유동시켜 배양세포의 상호 혼합으로 배양효율이 향상되도록 지지하는 틸팅부를 포함하고;
   상기 틸팅부는 상단에 배양키트가 안착되도록 구성되는 안착대, 및 상기 안착대의 일측에 구성되어, 상기 안착대가 좌,우측으로 일정각도 회동되도록 지지하는 서브모터를 포함하며;
   상기 배양키트는, 본체와, 상기 본체에 착탈되게 안착되고 내부에 배양세포가 수용되는 배양용기, 및 상기 배양용기의 일단에 구성되어 상기 배양용기를 밀폐시키도록 지지하는 커버를 포함하고;
   상기 본체에는, 상기 배양용기의 일단이 안착되도록 일정깊이로 형성되는 안착홈과, 빛을 발산하되, 제어신호에 따라 다양한 색깔의 빛이 주기적, 반복적으로 변환되면서 배양용기에 빛이 조사되도록 함에 따라 컬러테라피 작용으로 배양세포의 활성화로 배양촉진을 유도 및 태양광과 유사한 빛을 조사시켜 배양세포를 활성화시키도록 하는 빛발산부와, 상기 배양용기에 원적외선을 조사시키도록 하는 원적외선발산부와, 전원을 공급하는 전원공급부, 및 배양용기를 촬영하여, 상기 배양용기의 내부에서 배양 중인 세포의 상태를 확인함과 함께, 촬영이미지를 통해 정상 또는 불량을 판별할 수 있도록 정보를 제공하는 측정카메라를 포함하며;
   상기 커버에는, 배양용기의 내부를 센싱하는 센서부와, 일정량의 산소를 저장하여 상기 센서부의 제어신호에 따라 배양용기의 내부에 산소를 공급하도록 하는 산소공급부와, 일정량의 이산화탄소를 저장하여 상기 센서부의 제어신호에 따라 배양용기의 내부에 이산화탄소를 공급하도록 하는 이산화탄소공급부와, 상기 센서부의 제어신호에 따라 배양용기의 내부에 대한 pH농도를 조절할 수 있도록 지지하는 pH농도조절부와, 상기 센서부의 제어신호에 따라 배양용기의 내부에 대한 습도를 조절할 수 있도록 지지하는 습도조절부, 및 센서부의 제어신호에 따라 배양용기의 내부에서 생성된 유해가스를 외부로 배기시킬 수 있도록 구성되는 가스배기밸브;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 세포배양시스템.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 배양실의 내부에는,
   상기 배양실의 내부가 항상 멸균상태를 유지할 수 있도록 주기적, 간헐적으로 작동되는 적어도 하나 이상의 멸균기;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 세포배양시스템.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 배양실에는,
   배양키트를 안착 또는 배출을 작업자가 직접하지 않고, 간접적인 작용으로 배양키트의 오염을 원천봉쇄할 수 있도록 지지하는 적어도 하나 이상의 로봇팔;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 세포배양시스템.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 상기 본체에는,
   플라스마를 발생시켜 상기 본체의 주변을 멸균시키도록 하는 플라스마발생부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 세포배양시스템.
   
10. 삭제
11. 제1항에 있어서, 상기 본체에는,
    제어부와 무선으로 양방향 통신을 통해 본체를 제어할 수 있도록 하는 송수신부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 세포배양시스템.
    
12. 삭제
13. 삭제
14. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    배양실과 배양키트의 정보저장과, 배양세포에 대한 기본정보의 입력, 배양실과 배양키트에 대한 제어신호를 양방향으로 교류할 수 있도록 구성되는 중앙처리부와;
    상기 중앙처리부를 원격으로 접속할 수 있도록 가상공간을 제공하는 클라우드환경; 및
    작업자가 클라우드환경을 통해 원격으로 상기 중앙처리부를 접속과 제어가 이루어질 수 있도록 하는 관리자기기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 세포배양시스템.

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