KR102483151B1 - Dynamic cell culture apparatus - Google Patents

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KR102483151B1
KR102483151B1 KR1020190175142A KR20190175142A KR102483151B1 KR 102483151 B1 KR102483151 B1 KR 102483151B1 KR 1020190175142 A KR1020190175142 A KR 1020190175142A KR 20190175142 A KR20190175142 A KR 20190175142A KR 102483151 B1 KR102483151 B1 KR 102483151B1
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장승환
김동욱
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중앙대학교 산학협력단
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00—Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
    • C12M35/04—Mechanical means, e.g. sonic waves, stretching forces, pressure or shear stimuli

Abstract

본 발명은 다양한 기계적 자극 전달이 가능하고 실제 세포에 작용하는 자극과 유사한 자극 전달이 가능하도록, 구조가 개선된 동적 세포 배양 장치에 관한 것으로, 자극 발생 유닛에 전압을 인가하게 되면, 자극 발생 유닛의 변형층이 그 자체의 특성, 즉 전압을 인가하면 물리적으로 변형되는 전기활성고분자 물질의 특성에 의해 늘어나게 되고, 이러한 변형층의 변형과 함께 하측 칼럼부와 상측 칼럼부가 상측으로 승강 동작을 하게 됨으로써, 배양부에 놓인 세포에 물리적인 자극이 가해지게 된다.
이와 같이, 본 발명은 자극 발생 유닛의 변형층이 2차원 평면 내에서 변형될 뿐만 아니라 하측 칼럼부 및 상측 칼럼부와 함께 3차원 공간 내에서 높이를 갖도록 변형됨으로써, 배양부에 놓인 세포에 실제 생체 내 환경과 유사한 형태의 자극 전달을 가능하게 하는 효과를 가진다.The present invention relates to a dynamic cell culture device having an improved structure so that various mechanical stimuli can be transmitted and similar to stimuli that act on actual cells. When a voltage is applied to the stimulus generating unit, the stimulus generating unit The deformation layer is stretched by its own characteristics, that is, the characteristics of the electroactive polymer material that is physically deformed when a voltage is applied, and the lower column part and the upper column part move upward and downward along with the deformation of the strain layer, A physical stimulus is applied to the cells placed in the culture unit.
In this way, the present invention is not only deformed in the two-dimensional plane of the deformable layer of the stimulus generating unit, but also deformed to have a height in the three-dimensional space together with the lower column part and the upper column part, so that the cells placed in the culture unit are It has the effect of enabling stimulation delivery in a form similar to my environment.

Description

동적 세포 배양 장치{Dynamic cell culture apparatus}Dynamic cell culture apparatus {Dynamic cell culture apparatus}

본 발명은 기계적 자극으로 세포 및 생체 조직을 보다 더 효과적으로 배양하기 위한 기술로서, 더욱 상세하게는 다양한 기계적 자극 전달이 가능하고 실제 세포에 작용하는 자극과 유사한 자극 전달이 가능하도록, 구조가 개선된 동적 세포 배양 장치에 관한 것이다. The present invention is a technology for more effectively culturing cells and biological tissues with mechanical stimulation, and more specifically, a dynamic structure with an improved structure to enable transmission of various mechanical stimuli and similar stimulation to those acting on actual cells. It relates to a cell culture device.

일반적으로 세포 및 조직에 관한 연구를 위해서는, 배양 대상이 되는 세포를 일정한 배양 장치에 위치시키고, 이에 일정한 자극을 주거나 자연 배양이 되는 과정을 분석하게 된다.In general, for research on cells and tissues, cells to be cultured are placed in a certain culture device, and a certain stimulus is applied thereto or the process of natural culture is analyzed.

일반적으로 세포 및 조직을 배양하기 위해서는, 배양 대상이 되는 세포를 경질의 플라스틱이나 유리 등으로 구성된 세포배양 접시 위에 위치시켜 정적이고 수동적으로 배양하고 있다.In general, in order to culture cells and tissues, cells to be cultured are placed on a cell culture dish made of hard plastic or glass, and are statically and passively cultured.

그러나 실제로 세포 조직이 활동하는 생체 내의 환경에서는 세포에 기계적으로 매우 역동적인 자극이 주어진다.However, in the in vivo environment in which cell tissues are actually active, mechanically and highly dynamic stimuli are given to the cells.

따라서 효과적으로 세포의 배양 상태를 연구하기 위해서는 이러한 기계적인 자극이 세포 및 조직의 거동 및 성장에 어떠한 영향을 미치는지 실험적으로 규명해야 하나, 현재의 세포 배양 시스템에 있어서는 생체 밖의 환경에서 이러한 실험을 하기가 매우 어려운 상태이다.Therefore, in order to effectively study the cultured state of cells, it is necessary to experimentally investigate how these mechanical stimuli affect the behavior and growth of cells and tissues. It's a difficult situation.

기존에는 이러한 문제를 해결하기 위해, 생체 밖에서 다양한 기계적 자극을 세포에 가해주는 기술이 사용되고 있다. 예를 들어, 마이크로 피펫 내부에서 부압을 가하거나, 자성구슬 및 자석에 의해 기계적인 자극을 가하거나, 유체를 유입하여 기계적 자극을 가하거나, 외력을 가하여 유연판을 이완 및 수축하여 세포를 배양하고 있다.Conventionally, in order to solve this problem, a technique for applying various mechanical stimuli to cells outside the living body has been used. For example, negative pressure is applied inside the micropipette, mechanical stimulation is applied by magnetic beads and magnets, mechanical stimulation is applied by inflow of fluid, or flexible plates are relaxed and contracted by applying an external force to culture cells there is.

그러나 이러한 장치들은 보통 센티미터 면적 단위로, 단일 세포의 분화 및 배양을 분석 및 관찰하는 데에는 어렵고, 이에 따라 세포의 정밀한 분화 과정을 분석하기 힘든 문제점이 있다.However, these devices are difficult to analyze and observe the differentiation and culture of a single cell, usually in a centimeter area unit, and thus have a problem in that it is difficult to analyze the precise differentiation process of a cell.

이러한 문제를 해결하기 위해 본 출원인은 등록특허공보 제10-1506811호에 개시된 바와 같은 동적 세포 배양 장치를 개발한 바 있으나, 이러한 장치에 의해서도 실제와 같은 다양한 자극을 인가시켜 주기에는 한계점이 있었다. In order to solve this problem, the present applicant has developed a dynamic cell culture device as disclosed in Patent Registration No. 10-1506811, but even with this device, there is a limit to applying various stimuli as in reality.

대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1506811호Korean Registered Patent Publication No. 10-1506811 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1506806호Korean Registered Patent Publication No. 10-1506806

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 다양한 자극 전달을 가능하게 하고, 실제 세포에 가해지는 자극과 최대한 유사한 형태의 자극 인가를 가능하게 하는 동적 세포 배양 장치를 제공하고자 하는 것이다. The present invention has been devised to solve the above problems, and is intended to provide a dynamic cell culture device that enables various stimuli to be delivered and applies stimuli in a form most similar to that applied to actual cells.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 동적 세포 배양 장치는, 전압을 가하면 물리적 변형을 일으키는 물질을 포함하여 이루어지는 변형층과 상기 변형층에 전압을 인가시켜 줄 수 있도록 그 변형층을 사이에 두고 양측에 형성된 한 쌍의 전극층들을 포함하는 자극 발생 유닛; 상기 자극 발생 유닛의 하측에 동일한 축선 상에 배치되고, 그 자극 발행 유닛의 가장자리가 안착되는 안착부와, 상기 자극 발생 유닛의 중심과 접촉되는 하측 칼럼부를 구비하는 하부 모듈; 및 상기 자극 발생 유닛을 사이에 두고 상기 하부 모듈과 반대측에 배치되고, 세포가 놓이는 배양부와, 상기 배양부의 중심으로부터 상기 하측 칼럼부 방향으로 길이를 갖도록 형성되는 것으로, 상기 자극 발생 유닛의 중심을 사이에 두고 상기 하부 모듈의 하측 칼럼부와 반대측에 형성되고 상기 자극 발생 유닛의 중심과 접촉되는 상측 칼럼부를 포함하여 이루어지는 상부 모듈;을 포함하여 이루어져서, 상기 자극 발생 유닛에 전압이 인가됨으로써 변형 동작이 이루어지는 경우에, 상기 변형 동작에 의한 자극이 상기 하부 모듈의 하측 칼럼부와 상부 모듈의 상측 칼럼부를 통해 상기 배양부에 놓인 세포에 작용할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the dynamic cell culture apparatus according to the present invention has a deformed layer comprising a material that causes physical deformation when a voltage is applied, and both sides of the deformed layer so that a voltage can be applied to the deformed layer. a stimulus generating unit including a pair of electrode layers formed on; a lower module disposed below the stimulus generating unit on the same axis and having a seating portion on which an edge of the stimulus issuing unit is seated, and a lower column portion contacting the center of the stimulus generating unit; and a culture part disposed on the opposite side of the lower module with the stimulation generating unit interposed therebetween, and formed to have a length from the center of the culture part toward the lower column part, wherein the center of the stimulation generating unit An upper module including an upper column portion formed on the opposite side of the lower column portion of the lower module and in contact with the center of the stimulus generating unit interposed therebetween, wherein a voltage is applied to the stimulus generating unit so that a deformation operation is performed. In the case of this, it is characterized in that the stimulation by the deformation operation is configured to act on the cells placed in the culture unit through the lower column part of the lower module and the upper column part of the upper module.

본 발명은, 상기 하측 칼럼부를 하부 모듈에 지지시켜 주기 위한 매개체 역할을 하는 것으로, 가장자리 부분이 상기 하부 모듈의 안착부와 상기 자극 발생 유닛의 가장자리 사이에 마련되고, 중심 부분이 상기 하측 칼럼부에 연결되며, 탄성 변형이 가능한 재질로 형성되는 하측 변형부재;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.In the present invention, the lower column portion serves as a medium for supporting the lower module, and an edge portion is provided between the seat portion of the lower module and the edge of the stimulus generating unit, and the center portion is provided on the lower column portion. It is preferably made of including; connected, lower deformable member formed of a material capable of elastic deformation.

본 발명은, 상기 상측 칼럼부를 상부 모듈에 지지시켜 주기 위한 매개체 역할을 하는 것으로, 가장자리 부분이 상기 상부 모듈에 지지되고 중심 부분이 상기 상측 칼럼부에 연결되며, 탄성 변형이 가능한 재질로 형성되는 상측 변형부재;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. The present invention serves as a medium for supporting the upper column part to the upper module, and the upper part is formed of a material capable of elastic deformation, the edge part is supported by the upper module, and the center part is connected to the upper column part. It is preferable to include; a deformable member.

상기 하측 칼럼부는, 상기 안착부보다 높이를 갖도록 형성되어서 상기 자극 발생 유닛을 스트레칭(stretching)시킨 상태로 상기 하부 모듈에 설치되게 하는 것이 바람직하다. It is preferable that the lower column part is formed to have a height higher than the seating part so that the stimulus generating unit is installed in the lower module in a stretched state.

상기 하부 모듈의 상기 자극 발생 유닛의 가장자리가 안착되는 안착부는, 단차진 홈 형상으로 이루어지고, 상기 상부 모듈은, 상기 하부 모듈과 결합되는 도중에 상기 단차진 홈 형상의 안착부에 놓여진 자극 발생 유닛의 가장자리를 가압시킬 수 있도록, 그 단차진 홈 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 가압부;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.The seating portion on which the edge of the stimulus generating unit of the lower module is seated is formed in a stepped groove shape, and the upper module, while being coupled with the lower module, is placed on the seat portion of the stepped groove shape. It is preferable to include; a pressing part formed in a shape corresponding to the stepped groove shape so as to press the edge.

본 발명은, 상기 자극 발생 유닛의 가장자리가 고정되는 부분으로, 링 형상으로 이루어지고 상기 하부 모듈의 안착부에 링부재;를 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable to further include a ring member, which is a part to which the edge of the stimulus generating unit is fixed, and is formed in a ring shape and is seated on the lower module.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 동적 세포 배양 장치는, 자극 발생 유닛에 전압을 인가하게 되면, 전압이 인가되면 물리적 변형을 일으키는 변형층이 변형되고, 이러한 변형층의 변형과 함께 하측 칼럼부와 상측 칼럼부가 상측으로 승강 동작을 하게 됨으로써, 배양부에 놓인 세포에 물리적인 자극이 가해지게 된다. In the dynamic cell culture device according to the present invention having the configuration as described above, when a voltage is applied to the stimulus generating unit, when the voltage is applied, the deformable layer causing physical deformation is deformed, and the lower column along with the deformity of the deformable layer. As the unit and the upper column unit move upward and downward, physical stimulation is applied to the cells placed in the culture unit.

이와 같이, 본 발명은 자극 발생 유닛의 변형층이 하측 칼럼부 및 상측 칼럼부와 함께 3차원 공간 내에서 다양한 높이를 갖도록 변형됨으로써, 배양부에 놓인 세포에 실제 생체 내 환경과 유사한 형태의 자극 전달을 가능하게 하는 효과를 가진다. As described above, the present invention transmits stimuli similar to the actual in vivo environment to cells placed in the culture unit by transforming the deformable layer of the stimulus generating unit to have various heights in the three-dimensional space together with the lower column part and the upper column part. has the effect of enabling

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 동적 세포 배양 장치의 사시도.
도 2는 본 발명 일실시예의 구성을 분리하여 보인 분리 사시도.
도 3은 본 발명 일실시예의 구성을 분리하여 보인 분리 단면도.
도 4는 본 발명 일실시예의 전압 인가 전 초기 세팅 상태를 보인 단면도.
도 5는 본 발명 일실시예의 전압 인가 후 변형된 상태를 보인 단면도.
도 6은 도 3의 Ⅵ부분 확대도.
도 7은 도 3의 Ⅶ부분 확대도.
도 8은 본 발명 다른 실시예의 전압 인가 전 초기 세팅 상태를 보인 단면도.
도 9는 본 발명 다른 실시예의 전압 인가 후 변형된 상태를 보인 단면도.1 is a perspective view of a dynamic cell culture device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view showing the configuration of one embodiment of the present invention in isolation.
Figure 3 is a separated cross-sectional view showing the configuration of one embodiment of the present invention in isolation.
4 is a cross-sectional view showing an initial setting state before voltage is applied in an embodiment of the present invention;
5 is a cross-sectional view showing a deformed state after applying voltage in an embodiment of the present invention.
Figure 6 is an enlarged view of part VI of Figure 3;
7 is an enlarged view of a portion VII of FIG. 3;
8 is a cross-sectional view showing an initial setting state before applying voltage in another embodiment of the present invention.
9 is a cross-sectional view showing a deformed state after applying voltage in another embodiment of the present invention.

이하의 설명에서 본 발명에 대한 이해를 명확히 하기 위하여, 본 발명의 특징에 대한 공지의 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.In order to clarify the understanding of the present invention in the following description, descriptions of known techniques for the features of the present invention will be omitted. The following examples are detailed descriptions to aid understanding of the present invention, and it will be natural that they do not limit the scope of the present invention. Therefore, equivalent inventions that perform the same functions as the present invention will also fall within the scope of the present invention.

그리고, 이하의 설명에서 동일한 식별 기호는 동일한 구성을 의미하며, 불필요한 중복적인 설명 및 공지 기술에 대한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 상기 발명의 배경이 되는 기술에 대한 기재 내용과 중복되는 이하의 본 발명의 각 실시예에 관한 설명 역시 생략하기로 한다.And, in the following description, the same identification symbol means the same configuration, and unnecessary redundant descriptions and descriptions of known technologies will be omitted. In addition, the description of each embodiment of the present invention below, which overlaps with the description of the background technology of the present invention, will also be omitted.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 동적 세포 배양 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a dynamic cell culture device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 동적 세포 배양 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명 일실시예의 구성을 분리하여 보인 분리 사시도이며, 도 3은 본 발명 일실시예의 구성을 분리하여 보인 분리 단면도이며, 도 4는 본 발명 일실시예의 전압 인가 전 초기 세팅 상태를 보인 단면도이며, 도 4는 본 발명 일실시예의 전압 인가 후 변형된 상태를 보인 단면도이며, 도 6은 도 3의 Ⅵ부분 확대도이며, 도 7은 도 3의 Ⅶ부분 확대도이다. 1 is a perspective view of a dynamic cell culture device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of an embodiment of the present invention in isolation, and FIG. 3 is a separation showing the configuration of an embodiment of the present invention in isolation 4 is a cross-sectional view showing an initial setting state before voltage application of an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view showing a deformed state after voltage application of one embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an enlarged section VI of FIG. FIG. 7 is an enlarged view of part VII of FIG. 3 .

도 1 내지 도 3에 잘 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 동적 세포 배양 장치는, 생체 밖의 환경에서도 생체 내 환경에서와 같은 다양한 자극 전달을 할 수 있게 하는 것으로, 자극 발생 유닛(1)과 하부 모듈(2)과 상부 모듈(3)을 포함하여 이루어진다.As well shown in FIGS. 1 to 3, the dynamic cell culture device according to an embodiment of the present invention is capable of delivering various stimuli as in an in vivo environment even in an ex vivo environment, and the stimulation generating unit ( 1), a lower module (2) and an upper module (3).

상기 자극 발생 유닛(1)은, 도 3의 확대부분에 잘 도시된 바와 같이, 전압이 인가되면 물리적 변형을 일으키는 변형층(11)과 그 변형층(11)에 전압을 인가시켜 줄 수 있게 하는 한 쌍의 전극층(12)들을 포함하여 이루어진다.The stimulus generating unit 1, as well shown in the enlarged portion of FIG. 3, allows voltage to be applied to the deformed layer 11 that causes physical deformation when voltage is applied and the deformed layer 11 It consists of a pair of electrode layers 12.

즉, 상기 변형층(11)은 전압을 인가하면 물리적 변형이 발생되는 전기활성고분자 물질을 포함하여 이루어진다. 예를 들어, 상기 전기활성고분자 물질로 아크릴이나 실리콘 계열의 유전 탄성체(Dielectric Elastomer)가 사용될 수 있다. That is, the strain layer 11 includes an electroactive polymer material that undergoes physical strain when a voltage is applied. For example, an acrylic or silicone-based dielectric elastomer may be used as the electroactive polymer material.

이러한 전기활성고분자 물질은 인간의 근육과 유사한 움직임을 구사하여 더욱 체내환경에서의 자극과 비슷한 형태의 자극전달이 가능하고, 가볍고 크기에 제약이 적어 소형부터 대형까지 원하는 크기로 제작 가능한 특징이 있어서, 본 실시예에서는 세포에 기계적 자극을 전달하기 위한 엑추에이터로 전기활성고분자 (EAP) 물질이 채용되었다. These electroactive polymer materials are capable of delivering stimuli in a form similar to stimuli in the body environment by making full use of movements similar to human muscles, and can be manufactured in a desired size from small to large because they are light and have few restrictions on size, In this embodiment, an electroactive polymer (EAP) material was employed as an actuator to deliver a mechanical stimulus to cells.

한편, 본 실시예에서는 전압을 걸면 변형이 발생하는 전기활성고분자 물질을 예로 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예컨대, 압력을 가하면 전압이 발생 및 변화하고(압전 효과), 반대로 전압을 가하면 팽창되거나 수축되는 성질을 가진 압전소자가 채용될 수 있음은 물론이다. On the other hand, in this embodiment, an electroactive polymer material in which deformation occurs when a voltage is applied has been described as an example, but the present invention is not limited thereto. For example, when pressure is applied, voltage is generated and changed (piezoelectric effect). Of course, a piezoelectric element having a property of expanding or contracting may be employed.

상기 한 쌍의 전극층(12)들은 상기 변형층(11)을 사이에 두고 양측에 형성되어서, 전위차 형성을 가능하게 하는 것으로, 상기 변형층(11)과 함께 변형이 용이하도록 PDMS(Polydimethylsiloxane) elastomer와 같은 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. The pair of electrode layers 12 are formed on both sides with the deformable layer 11 interposed therebetween to enable the formation of a potential difference, and to facilitate deformation with the deformable layer 11, PDMS (Polydimethylsiloxane) elastomer and may be made of the same material.

상기 상부 모듈(3)과 하부 모듈(2)은, 세포 배양을 위한 하드웨어적인 플랫폼을 제공하기 위한 것으로, 상기 자극 발생 유닛(1)과 동일한 축선 상에 배치되되, 어느 하나는 상측에 다른 하나는 하측에 배치된다. The upper module 3 and the lower module 2 are intended to provide a hardware platform for cell culture, and are disposed on the same axis as the stimulation generating unit 1, one on top and the other on the upper side. placed on the lower side

상기 자극 발생 유닛(1)의 하측에 배치되는 하부 모듈(2)은, 도 2 및 도 3의 하측에 잘 도시된 바와 같이, 자극 발행 유닛의 가장자리가 안착되는 안착부(21)와, 상기 자극 발생 유닛(1)의 중심과 접촉되는 하측 칼럼부(22)를 포함하여 이루어진다. The lower module 2 disposed below the stimulus generating unit 1, as well shown below in FIGS. 2 and 3, has a seating portion 21 on which the edge of the stimulus issuing unit is seated, and the stimulus and a lower column portion 22 that is in contact with the center of the generating unit 1 .

그리고, 상기 상부 모듈(3)은, 도 2 및 도 3의 상측에 잘 도시된 바와 같이, 상기 자극 발생 유닛(1)을 사이에 두고 상기 하부 모듈(2)과 반대측에 배치되는 것으로, 상기 하부 모듈(2)에 결합되어서 상기 자극 발생 유닛(1)의 설치공간 제공 및 위치고정을 가능하게 한다.In addition, the upper module 3 is disposed on the opposite side to the lower module 2 with the stimulus generating unit 1 interposed therebetween, as shown in the upper side of FIGS. 2 and 3, Being coupled to the module 2, it is possible to provide an installation space and fix the position of the stimulus generating unit 1.

이러한 상부 모듈(3)은, 세포가 놓이는 배양부(31)와, 상기 배양부(31)의 중심으로부터 상기 하부 모듈(2)의 하측 칼럼부(22) 방향으로 돌출 형성되는 상측 칼럼부(32)를 포함하여 이루어진다. 상기 상측 칼럼부(32)는, 상기 하측 칼럼부(22) 방향으로 길이를 갖도록 형성되는 것으로, 상기 하측 칼럼부(22)와 마주한 상태로 상기 자극 발생 유닛(1)의 중심과 접촉된다. The upper module 3 includes a culture part 31 in which cells are placed, and an upper column part 32 protruding from the center of the culture part 31 toward the lower column part 22 of the lower module 2. ), including The upper column part 32 is formed to have a length in the direction of the lower column part 22, and contacts the center of the stimulus generating unit 1 while facing the lower column part 22.

여기서, 상기 배양부(31)를 포함한 상부 모듈(3)은 관측 장비에 의한 세포 관찰이 용이하도록 투시 가능한 재질로 형성되는 것이 바람직하고, 상기 하부 모듈(2) 또한 상부 모듈(3)과 마찬가지로 투시 가능한 재질로 형성될 수 있음은 물론이다. Here, the upper module 3 including the culture unit 31 is preferably formed of a transparent material so as to facilitate cell observation by observation equipment, and the lower module 2 is also transparent like the upper module 3. It goes without saying that it can be made of any possible material.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 동적 세포 배양 장치는, 도 4와 같이 초기 세팅 상태에서 상기 자극 발생 유닛(1)에 전압을 인가하게 되면, 전압이 인가되면 물리적 변형을 일으키는 자극 발생 유닛(1)의 변형층(11)이 변형되고, 이러한 변형층(11)의 변형과 함께 하측 칼럼부(22)와 상측 칼럼부(32)가 도 5와 같이 상측으로 승강 동작을 하게 됨으로써, 배양부(31)에 놓인 세포에 물리적인 자극이 가해지게 된다. In the dynamic cell culture device according to one embodiment of the present invention having such a configuration, when a voltage is applied to the stimulus generating unit 1 in the initial setting state as shown in FIG. 4, a stimulus that causes physical deformation is generated when the voltage is applied. The deformable layer 11 of the unit 1 is deformed, and the lower column portion 22 and the upper column portion 32 move upward and downward as shown in FIG. 5 together with the deformation of the deformable layer 11, A physical stimulus is applied to the cells placed in the culture unit 31 .

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한편, 본 발명은 상기 하측 칼럼부(22)를 하부 모듈(2)에 지지시켜 주기 위한 매개체 역할을 하는 하측 변형부재(4)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. On the other hand, the present invention preferably includes a lower transforming member 4 serving as a medium for supporting the lower column part 22 to the lower module 2.

상기 하측 변형부재(4)는, 도 3 및 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 상기 하측 칼럼부(22)가 변형이 억제되도록 강성을 가지는 재질로 이루어지는 것과는 달리, 탄성 변형이 가능하도록 PDMS와 같은 연성을 가진 재질에 의해 필름 형태로 제작될 수 있는 것으로, 가장자리 부분이 상기 하부 모듈(2)의 안착부(21)와 상기 자극 발생 유닛(1)의 가장자리 사이에 마련되고, 중심 부분이 상기 하측 칼럼부(22)에 연결된다. As well shown in FIGS. 3 and 6 , the lower deformable member 4, unlike the lower column part 22 made of a material having rigidity to suppress deformation, such as PDMS to enable elastic deformation. It can be made in the form of a film made of a material with ductility, and an edge portion is provided between the seating portion 21 of the lower module 2 and the edge of the stimulation generating unit 1, and a central portion is provided on the lower side. It is connected to the column part 22.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 상기 자극 발생 유닛(1)의 변형층(11)의 변형 동작시에 상기 하측 칼럼부(22) 및 상측 칼럼부(32)에 탄성력을 가할 수 있도록 구성됨으로써, 상기 상측 칼럼부(32)와 연결된 배양부(31)에 놓인 세포에 더 큰 자극을 전달시켜 줄 수 있게 한다. This embodiment having such a configuration is configured to apply elastic force to the lower column portion 22 and the upper column portion 32 during the deformation operation of the deformable layer 11 of the stimulus generating unit 1, A larger stimulus can be delivered to the cells placed in the culture unit 31 connected to the upper column unit 32.

본 발명은 상기 하측 변형부재(4)와 함께 상측 변형부재(5)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 상측 변형부재(5)는 도 3 및 도 7에 잘 도시된 바와 같이, 상기 상측 칼럼부(32)가 변형이 억제되도록 강성을 가지는 재질로 이루어지는 것과는 달리, 예컨대 탄성 변형이 가능하도록 PDMS와 같은 연성을 가진 재질로 이루어지는 것으로, 가장자리 부분이 상기 상부 모듈(3)에 지지되고 중심 부분이 상기 상측 칼럼부(32)에 연결된다. The present invention preferably comprises an upper deformable member (5) together with the lower deformable member (4). That is, as well shown in FIGS. 3 and 7 , the upper deformable member 5 is made of, for example, PDMS to enable elastic deformation, unlike the upper column part 32 made of a material having rigidity so that deformation is suppressed. It is made of a material having the same ductility, and the edge portion is supported by the upper module 3 and the center portion is connected to the upper column portion 32.

이와 같이, 본 실시예는 상기 상측 변형부재(5)가 하측 변형부재(4)와 함께 상기 하측 칼럼부(22) 및 상측 칼럼부(32)에 더 큰 탄성력을 가할 수 있도록 구성됨으로써, 상기 배양부(31)에 놓인 세포에 작은 크기의 전압에 의해서도 큰 자극을 효율적으로 인가시켜 줄 수 있게 한다. In this way, the present embodiment is configured so that the upper deformable member 5 can apply a greater elastic force to the lower column portion 22 and the upper column portion 32 together with the lower deformable member 4, so that the culture It is possible to efficiently apply a large stimulus even with a small voltage to the cells placed in the unit 31.

그리고, 상기 하측 칼럼부(22)는, 상기 안착부(21)보다 높이를 갖도록 형성되어서 상기 자극 발생 유닛(1)을 스트레칭(stretching)시킨 상태로 상기 하부 모듈(2)에 설치되게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 되면, 작은 크기의 전압에 의해서도 상기 자극 발생 유닛(1)의 변형층(11)이 더욱 크게 변형됨으로써 세포 배양 효율이 더욱 향상되게 된다. And, it is preferable that the lower column part 22 is formed to have a height higher than the seating part 21 so that the stimulus generating unit 1 is installed in the lower module 2 in a state of being stretched. Do. In this way, the deformable layer 11 of the stimulation generating unit 1 is deformed more greatly even by a small voltage, so that the cell culture efficiency is further improved.

상기 하부 모듈(2)의 안착부(21)는, 단차진 홈 형상으로 이루어지고, 상기 상부 모듈(3)은, 그 단차진 홈 형상에 대응되는 형상으로 형성되어서 상기 하부 모듈(2)과 결합되는 도중에 상기 단차진 홈 형상의 안착부(21)에 놓여진 자극 발생 유닛(1)의 가장자리를 가압시키는 가압부(33)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. The seating portion 21 of the lower module 2 is formed in a stepped groove shape, and the upper module 3 is formed in a shape corresponding to the stepped groove shape and coupled to the lower module 2. It is preferable to include a pressing part 33 which presses the edge of the stimulus generating unit 1 placed on the stepwise groove-shaped seating part 21 in the middle.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는 상기 자극 발생 유닛(1)을 설치하기 위한 별도의 구성 없이도 하부 모듈(2)과 상부 모듈(3) 구조 자체에 기인하여 자극 발생 유닛(1)의 설치 및 위치고정을 가능하게 함으로써, 구조의 간소화 및 조립작업의 효율 향상을 통해 제조원가 절감을 가능하게 한다. In this embodiment having such a configuration, the stimulation generating unit 1 is installed and positioned due to the structure of the lower module 2 and the upper module 3 itself without a separate configuration for installing the stimulation generating unit 1. By enabling, it is possible to reduce the manufacturing cost through the simplification of the structure and the improvement of the efficiency of the assembly work.

본 실시예는, 상기 자극 발생 유닛(1)의 가장자리가 고정되는 링부재(6)를 포함하여 이루어져서, 변형층(11)의 가장자리 부분이 상기 링부재(6)에 고정된 상태로 중심부가 가장자리 부분에 대해 스트레칭될 수 있게 한다. 이러한 링부재(6)는 링 형상으로 이루어지고 상기 하부 모듈(2)의 안착부(21)에 안착된다. This embodiment includes a ring member 6 to which the edge of the stimulus generating unit 1 is fixed, so that the center portion is in a state in which the edge portion of the deformable layer 11 is fixed to the ring member 6, and the edge Allow the part to stretch. The ring member 6 is formed in a ring shape and is seated on the seating portion 21 of the lower module 2 .

즉, 본 실시예에 채용된 링부재(6)는 필름 형태의 자극 발생 유닛(1) 준비 시 필름이 스트레칭된 상태에서 그 필름의 가장자리 부분에 고정된 후 테두리를 따라 필름을 절취한 후 상기 자극 발생 유닛(1)과 함께 상기 안착부(21)에 안착된다. That is, the ring member 6 employed in the present embodiment is fixed to the edge of the film in a stretched state when preparing the film-type stimulus generating unit 1, cuts the film along the edge, and then the stimulus It is seated on the seating portion 21 together with the generating unit 1 .

이러한 링부재를 포함하여 이루어지는 본 실시예는 상기 자극 발생 유닛(1)을 스트레칭되게 한 상태로 하부 모듈(2)에 쉽게 설치할 수 있게 하고, 필요에 따라 필름 형태의 자극 발생 유닛(1)을 복수개 포개어 사용할 수 있게 한다.The present embodiment including such a ring member enables the stimulation generating unit 1 to be easily installed in the lower module 2 in a stretched state, and a plurality of film-shaped stimulation generating units 1 are provided as needed. fold it up so it can be used.

한편, 도 8은 본 발명 다른 실시예의 전압 인가 전 초기 세팅 상태를 보인 단면도이고, 도 9는 본 발명 다른 실시예의 전압 인가 후 변형된 상태를 보인 단면도이다.Meanwhile, FIG. 8 is a cross-sectional view showing an initial setting state before voltage application of another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view showing a deformed state after voltage application of another embodiment of the present invention.

본 실시예에서는, 상측 변형부재에 놓이는 세포배양을 위한 구조체로, 스폰지나 실리콘과 같이 변형 후 형상 복원이 가능한 재질로 이루어지고 종횡으로 배열된 공극들에 세포들이 위치되게 하여 각 세포의 3차원 자극에 대한 동적 변형 거동을 확인할 수 있게 하는 유연성 배양 구조체가 채용되었다. In this embodiment, as a structure for cell culture placed on the upper deformable member, it is made of a material capable of restoring its shape after deformation, such as sponge or silicon, and cells are positioned in vertically and horizontally arranged pores to achieve three-dimensional stimulation of each cell. A flexible cultured construct was employed that allowed the dynamic deformation behavior to be confirmed.

이러한 유연성 배양 구조체의 공극들을 동일한 크기와 형상으로 형성될 수 있음은 물론이나, 도 8의 확대부분에 잘 도시된 바와 같이, 열마다 다른 크기와 형상으로 형성되어서 각 공극에 수용된 세포들의, 실제 생체 내 환경에서와 같은 다양한 자극에 대한 서로 다른 변형거동(도 9의 확대부분 참고)을 확인할 수 있도록 구성될 수도 있다.The pores of this flexible culture structure may be formed in the same size and shape, but as well shown in the enlarged portion of FIG. It may be configured to confirm different deformation behaviors (refer to the enlarged portion of FIG. 9) for various stimuli such as in my environment.

도면 중 미설명부호 A는 배양대상 세포가 수용되는 구조체이고, W는 상기 자극 발생 유닛(1)에 전압을 인가시켜 줄 수 있도록 한 쌍의 전극(12)들과 전기적으로 연결되는 리본 형태의 와이어이다. In the drawing, reference numeral A denotes a structure in which cells to be cultured are accommodated, and W denotes a ribbon-shaped wire electrically connected to a pair of electrodes 12 so as to apply a voltage to the stimulation generating unit 1. to be.

이상 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.Although various embodiments of the present invention have been described above, this embodiment and the accompanying drawings only clearly show some of the technical ideas included in the present invention, and are included in the specification and drawings of the present invention. It will be apparent that all modified examples and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea are included in the scope of the present invention.

1:자극 발생 유닛 11:변형층
12:전극층 2:하부 모듈
21:안착부 22:하측 칼럼부
3:상부 모듈 31:배양부
32:상측 칼럼부 33:가압부
4:하측 변형부재 5:상측 변형부재
6:링부재1: stimulus generating unit 11: strain layer
12: electrode layer 2: lower module
21: seating part 22: lower column part
3: upper module 31: culture unit
32: upper column part 33: pressurizing part
4: lower deformable member 5: upper deformable member
6: ring member

Claims (7)

전압을 가하면 물리적 변형을 일으키는 물질을 포함하여 이루어지는 변형층과 상기 변형층에 전압을 인가시켜 줄 수 있도록 그 변형층을 사이에 두고 양측에 형성된 한 쌍의 전극층들을 포함하는 자극 발생 유닛;
상기 자극 발생 유닛의 하측에 동일한 축선 상에 배치되고, 그 자극 발생 유닛의 가장자리가 안착되는 안착부와, 상기 자극 발생 유닛의 중심과 접촉되는 하측 칼럼부를 구비하는 하부 모듈; 및
상기 자극 발생 유닛을 사이에 두고 상기 하부 모듈과 반대측에 배치되고, 세포가 놓이는 배양부와, 상기 배양부의 중심으로부터 상기 하측 칼럼부 방향으로 길이를 갖도록 형성되는 것으로, 상기 자극 발생 유닛의 중심을 사이에 두고 상기 하부 모듈의 하측 칼럼부와 반대측에 형성되고 상기 자극 발생 유닛의 중심과 접촉되는 상측 칼럼부를 포함하여 이루어지는 상부 모듈;을 포함하여 이루어져서,
상기 자극 발생 유닛에 전압이 인가됨으로써 변형 동작이 이루어지는 경우에, 상기 변형 동작에 의한 자극이 상기 하부 모듈의 하측 칼럼부와 상부 모듈의 상측 칼럼부를 통해 상기 배양부에 놓인 세포에 작용할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 동적 세포 배양 장치.A stimulus generating unit including a deformable layer comprising a material that causes physical deformation when a voltage is applied and a pair of electrode layers formed on both sides of the deformed layer so that a voltage can be applied to the deformed layer;
a lower module disposed below the stimulus generating unit on the same axis and having a seating portion on which an edge of the stimulus generating unit is seated, and a lower column portion contacting the center of the stimulus generating unit; and
It is disposed on the opposite side to the lower module with the stimulation generating unit interposed therebetween, and is formed to have a length from the center of the culture part to the lower column part, in which cells are placed, and the center of the stimulation generating unit is and an upper module comprising an upper column portion formed on the opposite side of the lower column portion of the lower module and contacting the center of the stimulus generating unit,
When a transformation operation is performed by applying a voltage to the stimulation generating unit, the stimulation by the transformation operation can act on the cells placed in the culture unit through the lower column part of the lower module and the upper column part of the upper module. Characterized by a dynamic cell culture device. 제1항에 있어서,
상기 하측 칼럼부를 하부 모듈에 지지시켜 주기 위한 매개체 역할을 하는 것으로, 가장자리 부분이 상기 하부 모듈의 안착부와 상기 자극 발생 유닛의 가장자리 사이에 마련되고, 중심 부분이 상기 하측 칼럼부에 연결되며, 탄성 변형이 가능한 재질로 형성되는 하측 변형부재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동적 세포 배양 장치.According to claim 1,
It serves as a medium for supporting the lower column portion to the lower module, and an edge portion is provided between the seating portion of the lower module and the edge of the stimulus generating unit, and a central portion is connected to the lower column portion, and has elasticity. A dynamic cell culture apparatus comprising a lower deformable member formed of a deformable material. 제1항에 있어서,
상기 상측 칼럼부를 상부 모듈에 지지시켜 주기 위한 매개체 역할을 하는 것으로, 가장자리 부분이 상기 상부 모듈에 지지되고 중심 부분이 상기 상측 칼럼부에 연결되며, 탄성 변형이 가능한 재질로 형성되는 상측 변형부재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동적 세포 배양 장치.According to claim 1,
An upper deformable member that serves as a medium for supporting the upper column portion to the upper module, has an edge portion supported by the upper module, and a central portion connected to the upper column portion, and is formed of a material capable of elastic deformation. A dynamic cell culture device comprising a. 제1항에 있어서,
상기 하측 칼럼부는, 상기 안착부보다 높이를 갖도록 형성되어서 상기 자극 발생 유닛을 스트레칭(stretching)시킨 상태로 상기 하부 모듈에 설치되게 하는 것을 특징으로 하는 동적 세포 배양 장치.According to claim 1,
The lower column part is formed to have a height higher than the seating part so that the stimulation generating unit is installed in the lower module in a stretched state. 제1항에 있어서,
상기 하부 모듈의 상기 자극 발생 유닛의 가장자리가 안착되는 안착부는, 단차진 홈 형상으로 이루어지고,
상기 상부 모듈은, 상기 하부 모듈과 결합되는 도중에 상기 단차진 홈 형상의 안착부에 놓여진 자극 발생 유닛의 가장자리를 가압시킬 수 있도록, 그 단차진 홈 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 가압부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동적 세포 배양 장치.According to claim 1,
The seating portion on which the edge of the stimulus generating unit of the lower module is seated is formed in a stepped groove shape,
The upper module includes a pressing portion formed in a shape corresponding to the stepped groove shape so as to press an edge of the stimulus generating unit placed on the stepped groove-shaped seating portion while being coupled to the lower module. Dynamic cell culture device, characterized in that made by. 제1항에 있어서,
상기 자극 발생 유닛의 가장자리가 고정되는 부분으로, 링 형상으로 이루어지고 상기 하부 모듈의 안착부에 안착되는 안착되는 링부재;를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동적 세포 배양 장치. According to claim 1,
The dynamic cell culture device further comprising a ring member, which is a part to which the edge of the stimulation generating unit is fixed and is seated in a ring shape and seated in the seating part of the lower module. 제3항에 있어서,
세포 배양을 위해 상기 상측 변형부재에 놓이는 것으로, 탄성 변형 후 형상 복원이 가능한 재질로 형성되고, 세포가 수용될 수 있는 복수의 공극들이 종횡으로 배열 형성되는 유연성 배양 구조체를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 동적 세포 배양 장치. According to claim 3,
It is placed on the upper deformable member for cell culture, and is formed of a material capable of restoring its shape after elastic deformation, and further comprises a flexible culture structure in which a plurality of pores capable of accommodating cells are arranged vertically and horizontally. a dynamic cell culture device.
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