KR20010000334A - 생명공학 분야 시약을 담아 1회용으로 사용할 수 있게 한소형 유리앰풀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일반적으로 주사용 약제의 포장용기로 많이 사용되는 유리앰풀을 생명공학 실험에 사용되는 액체 시약을 포장하는 용기로 사용한다는 것으로 소형의 유리 앰풀에 소량의 액체를 담아 1회용으로 사용할 수 있게 하였다. 이 발명으로 액체 시약을 여러 오염원으로부터 완전히 보호할 수 있고, 편리한 사용, 그리고 그에 따른 효율적인 연구활동을 할 수 있게 한 것이다.

Description

생명공학 분야 시약을 담아 1회용으로 사용할 수 있게 한 소형 유리 앰풀 {Disposable small glass ampoule containing liquid reagents for using in biotechnology}

1. 생명공학분야 시약의 용기

생명공학 분야에 사용되는 대부분의 시약은 플라스틱(폴리에틸렌, 폴리 프로필렌 등) 재질로 된 병, 튜브 또는 유리 바이알에 저장되어 있다. 이것들은 유리에 비해 깨질 위험이 적고 가벼워서 운송에 이점이 있는 반면 반드시 뚜껑이 별도로 있어야 하며 따라서 몸체와 뚜껑 사이를 통한 외부로부터의 오염의 위험성이 있다는 단점이 있다. 또한 용기를 별도로 멸균할 수는 있지만 용액을 넣고 밀봉한 상태, 즉 최종적으로 고온고압멸균을 할 수는 없다.

반면에 유리 앰풀은 유리를 불꽃으로 용봉하므로써 몸체와 뚜껑의 구분이 없어 외부와 완전히 차단되어 있어 외부로부터의 오염가능성이 전혀 없다는 장점이 있다. 또한 비어있는 유리 앰풀을 충전 전에 멸균하는 것은 물론이고 충전과 용봉이 끝난 후에도 고온고압멸균을 할 수 있어 충전 및 용봉 과정에서 혹시 있을 수 있는 오염의 가능성을 완전히 배재할 수 있다는 장점이 있다.

유리 앰풀의 또 하나의 장점은 사용시 오염의 가능성을 최소화하면서도 간편하게 사용할 수 있다는 점이다. 많은 연구실에서 소량의 시약을 운반하거나 혼합할 때 가장 많이 사용하고 있는 것이 플라스틱 재질로 된 미세원침관(micro-centrifuge tube, 0.2 ㎖~1.5 ㎖)이다. 이 미세원침관은 뚜껑이 별도로 있어서 개봉할 때 입구 주위를 실험자의 손으로 직접 열어야 하기 때문에 뚜껑을 개봉할 때 세밀한 주의를 기울이지 않으면 사용 직전에 오염이 될 가능성이 크다. 하지만 본 발명에서 채택한 유리 앰풀은 입구부분이 다른 부분보다 가늘어 입구에서 멀리 떨어진 위치를 잡고도 손쉽게 개봉할 수가 있어 개봉할 때의 오염 가능성을 최소화 할 수 있다.

연구용 시약의 순도를 결정하는 것은 1차로 제조공정이고 그 다음으로는 보관 및 관리이다. 아무리 철저한 시설과 기술로 높은 순도의 시약을 제조하였다 하더라도 외부로의 노출이 잦으면서 관리가 철저하게 되지 않는다면 제조직후의 높은 순도를 유지한다고 볼 수는 없다. 따라서, 높은 순도의 시약을 사용하는 가장 좋은 방법은 철저한 시설과 기술로 제조된 시약을 1회용으로 사용하여 별도의 보관 또는 관리 과정에서 발생할 수 있는 오염 가능성을 완전히 배제하는 것이다.

2. 생명공학 분야에서 사용되는 초순수 물

생명공학과 관련된 많은 실험 과정에 가장 많이 사용되는 것이 물이다. 모든 시약의 혼합 및 반응은 분말상태에서 이뤄지지 않고 거의 물에 녹인 상태에서 이뤄진다. 그만큼 실험에 사용되는 물은 이물질 및 미생물이 오염되어있지 않은 순수한 물이어야 하며, 따라서 모든 연구자들이 이러한 순수한 물을 얻기 위해 고가의 정수 장치를 구입하고 또한 엄격한 관리하에서 물을 사용하고 있다. 이미 여러 시약회사에서 실험용으로 적합한 순수한 물을 제조하여 판매하고 있으며 대부분이 물질분석(HPLC; high performance liquid chromato- graphy)용 물이다.

회 사 명	용 도 / 특 징	용 량
Merk (독일)	HPLC 용	1 ℓ, 2.5 ℓ, 4 ℓ
Sigma (미국)	HPLC 용 Endotoxin-Free Tissue Culture 용 Molecular Biology 용 (DNase-, RNase-free)	1 ℓ, 2 ℓ, 4 ℓ 10 ㎖, 30 ㎖ 100 ㎖, 500 ㎖, 1 ℓ 1 ℓ
Life Technologies (미국)	DEPC-treated DNase-, RNase-free Distilled	1.25 ㎖ 500 ㎖ 100 ㎖, 500 ㎖, 1 ℓ
USB (미국)	Molecular Biology 용 (DNase-, RNase-free)	100 ㎖, 500 ㎖, 1 ℓ
JT Baker (미국)	HPLC 용	4 ℓ
Fisher (미국)	HPLC 용	4 ℓ
덕산 (한국)	HPLC 용	4 ℓ

또한 제품화 되어있는 물들은 대부분이 1 ℓ 또는 그 이상으로 판매되고 있다. 특별한 목적을 위해서 특별한 처리를 한 물, 즉 endotoxin-free water (Sigma), DEPC (diethyl pyrocarbonate)-treated water (Life Technologies) 등은 그 제조 단가가 비싸, 소량이지만 가격이 비싸기 때문에 연구자들에게 큰 부담이 되고있다.

앞에서도 언급했듯이 생명공학분야의 각 연구실에서는 사용하는 물로 인한 오염을 최소화하기 위하여 가장 많이 사용하는 방법이 고온고압 멸균법(autoclaving)과 여과법이다.

고온고압 멸균법은 박테리아 등의 미생물의 오염을 막기 위해 널리 사용되는 방법으로써 121℃, 1.5 kgf/㎠에서 15분~30분 정도 방치하여 미생물을 죽이게 된다. 그리고, 해롭거나 불필요한 효소나 화학물질을 불활성화 시켜서 원치않는 반응을 예방할 수 있다. 하지만 이 방법은 미생물, 효소나 화학물질을 죽이거나 불활성화 시킬 수는 있으나 그 자체를 제거하지는 못한다는 단점이 있다.

여과법에 사용되는 필터에는 0.4 ㎛ ~ 0.8 ㎛의 크기를 갖는 입자를 제거하는 미세여과필터, 0.004 ㎛ ~ 0.04 ㎛의 크기를 갖는 입자를 제거하는 초여과필터, 그리고 0.001 ㎛이하의 크기를 갖는 입자를 제거하는 역삼투압필터 등이 있다. 멸균의 대상이 되는 박테리아 등의 미생물은 0.2 ㎛의 크기를 갖는 필터에 모두 제거가 될 수 있고 역삼투압필터를 사용하면 단백질, 핵산 등과 같은 매우 작은 입자까지도 제거시킬 수 있다. 하지만 생화학적으로 활성을 갖는 화학물질 중 이보다 더 작은 크기의 입자를 불활성화 시킬 수는 없다는 단점이 있다.

이와 같이 고온고압 멸균법과 여과법의 단점을 보완하기 위하여 각 연구실에서는 이 두가지 방법을 동시에 사용하여 물, 또는 용액을 제조한다. 즉 초여과필터 또는 역삼투압필터가 내장되어 있는 고가의 필터시스템을 구입하여 물을 통과시키므로 정수한 후 고온고압으로 한번 더 멸균하여 오염을 최소화하고 있다.

이러한 과정을 거친 물의 순수도는 생명공학의 여러 분야에 사용되는데 있어서 큰 문제점은 없다. 하지만 실질적으로 각 연구실에서 물과 이를 보관하는 용기의 순수도를 직접 검증하기가 까다로우며 거의 모든 연구실에서는 위의 과정을 통해 한번에 대부분 1 ℓ 이상 씩을 제조하여 보관하면서 사용하고 있다. 이러한 경우 제조되어 여러 번 사용한 후의 순도가, 제조된 직후의 순도와 같다고 볼 수 없다. 왜냐하면 소량씩 여러 번 사용할 때마다 보관용기의 뚜껑을 열게 되어 공기중 또는 실험자의 호흡, 손 등으로부터 미생물 또는 이물질이 오염될 수가 있기 때문이다.

생명공학의 여러분야의 실험과정에서 사용되는 물 또는 용액의 양은, 적게는 1 ㎕ 이하인 경우가 많기 때문에 위와 같이 각 연구실에서 순수한 물 또는 용액을 얻었다 하더라도 실제로 사용할 때의 순도는 보장할 수 없는 것이 사실이다. 그래서 각 연구실에서는 위와 같이 순수한 물 또는 용액을 제조하여 소량(수 ㎖)씩 멸균된 튜브에 분주하여 보관하기도 한다. 하지만 이때에도 위와 마찬가지로 분주하는 과정에서 오염될 가능성이 있는 것은 사실이다. 이러한 오염은 생명공학분야에서 가장 중요시되는 실험 재현성을 떨어뜨리고, 예상치 못한 결과를 초래하여 심할 경우 사용하는 거의 모든 실험재료를 폐기처분하는 경우도 종종 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 초순수의 물을 제조하여 GMP (Good Manufacture Processing)규정에 맞는 완전 무균하에서 1 ㎖씩을 유리 앰풀에 담아 완전 밀봉하게 되었다. 본 발명으로 인해 각 연구실에서는 고가의 필터시스템을 구입하는 부담이 없어졌으며 여러 번 사용 후의 오염 가능성에 대한 불안감을 완전히 제거할 수 있게 되었다. 결과적으로 순수한 물을 얻기 위해 부담되었던 비용 및 시간을 제거함으로써 효과적인 연구활동을 할 수 있게 되었다.

3. 생명공학 분야에서 사용되는 초순수 물 이외의 다양한 시약

본 발명은 순수한 물뿐만 아니라 생명공학의 다양한 분야에서 사용되는 시약들을 위의 공정을 통해 제조된 순수한 물에 녹여 연구자들이 실험실에서 간편하게 사용할 수 있도록 1회용 유리앰풀에 포장하였다. 대부분의 시약들은 분말 상태로 판매되고 있으며 연구자들은 이를 구입하여 각 연구실에서 실험 목적에 따라 알맞은 농도로 물에 용해하여 사용하고 있다. 하지만 이러한 경우 사용할 때마다 분말 상태로 되어있는 시약을 칭량해야 하기 때문에 일정한 재현성을 유지하기가 거의 불가능하다. 또한 분말시약의 칭량, 용해 후 분말시약 자체에서 유래하거나 칭량 및 용해 과정에서 오염된 미생물 또는 이물질을 제거, 멸균해야 실험상의 치명적인 결과를 방지하고 원하는 결과를 얻을 수 있다. 하지만 매우 소량만을 필요로 하는 시약의 경우 미생물 또는 이물질을 제거, 멸균하기가 매우 까다롭기 때문에 각 연구실에서 이를 수행하기가 어렵다.

분말 시약의 칭량 및 용해 과정에서 일정한 재현성을 유지하기 위해서 오차를 최소화하기 위한 방법은 대량으로 제조하는 것이며 위에서도 언급했듯이 오염 가능성이 있는 미생물 또는 이물질을 제거하기 위해서는 순수한 물을 사용하여 분말 시약을 용해하고 역시 대량으로 이를 제균 및 이물질 제거단계를 거쳐야 한다.

또한 오염 가능성이 큰 단계는 연구자가 사용할 때이다. 현재 모든 연구실에서 사용하고 있는 시약 용기는 플라스틱 재질로 되어있는 튜브 형태의 것이다. 이러한 튜브는 열고 닫을 수 있는 특징이 있지만 뚜껑에 직접 연구자의 손이 닿아야 하기 때문에 오염의 위험이 많다. 따라서 이 단계에서의 오염 위험성을 배제하기 위해서는 1회용 용기를 사용하여야 한다.

이에 본 발명은 생명공학 분야에서 사용되는 다양한 시약들을 대량으로 칭량한 후 초순수 물로 용해하고 미생물 등의 이물질을 제거하여 완전 밀봉할 수 있는 1회용 유리 앰풀에 충진하였다. 이로 인해 연구자는 구입 후 유리 앰풀을 개봉하여 1회 사용한 다음 폐기하여 시약 사용에 있어서의 오염 가능성을 최대한 배제할 수 있게 되었다. 따라서, 시약 사용시 부담되는 시간적 손실 및 인력 낭비, 그리고 이에 필요한 장비의 구입비용 등을 절약할 수 있게 되었다.

본 발명은 생명공학 실험에 사용되는 물, 또는 액체 시약을 여러 오염원으로부터 완전히 보호할 수 있고, 편리한 사용, 그리고 그에 따른 효율적인 연구활동을 할 수 있게 하기 위한 것으로, 일반적으로 주사용 약제의 포장용기로 많이 사용되는 유리앰풀을 응용한 것이다

1. 초순수물의 제조

〈공정〉 일반적인 제약용 주사용수의 제조와 동일하다. 외부로부터 들어온 상수를 막공 5 ㎛의 필터로 큰 입자를 제거하고, 염화나트륨을 사용하여 유기물을 제거한 후 GMP에서 규정하는 제균기준인 막공 0.2 ㎛의 필터로 미생물을 제거하였다. 이 과정에서 혹시 빠져나왔을 미생물을 멸균하기 위해 물에 자외선을 조사하였고 막공 0.002 ㎛의 필터를 통과시켜 분자량 1000정도의 미세한 입자까지도 완전히 제거하였다. 그 다음 아직 남아있는 분자량 1000 이하의 양이온 과 음이온을 갖는 물질을 제거하기 위하여 이온교환수지를 통과시키고 자외선을 한 번 더 조사한 후 85℃이상이 유지되는 최종 탱크에 저장해두었다. 또한 최종 탱크에 초순수 물이 정체되어 있지 못하게 하기 위해서 순환펌프를 사용하여 막공 0.2 ㎛의 필터를 거쳐 냉각기를 통해 실온으로 된 초순수 물이 충전기와 최종 탱크를 계속적으로 순환하게 하였다.

2. 완전 무균하에서 소량의 1회용 유리 앰풀에의 충전

〈유리 앰풀〉 순환하고 있는 초순수 물로 세척한 후 180℃에서 건열 멸균하여 밧트뚜껑을 하여 낙하균 및 기타 이물질에 의한 오염이 되지 않도록 하여 충전대기 하였다.

〈충전〉 충전기에는 충전노즐 앞뒤로 멸균된 공기노즐을 장치하여 충전 직전에 비어 있는 유리 앰풀에 멸균된 공기가 채워지고, 순환되고 있는 초순수 물이 충전노즐을 통해 정확히 1 ㎖ 씩 채워지게 하였다. 그리고 충전 직후에 한번 더 멸균된 공기가 채워지면서 1000℃ 정도의 고온 불꽃에 의해 유리 앰풀의 입구를 용봉하였다. 이렇게 완전 무균 용봉된 초순수물을 121℃, 1.5 kgf/㎠에서 30분 동안 고온 고압 멸균하였다.

3. 1 ㎖ 씩 소량 포장의 장점

생명공학의 여러 연구 분야중 초순수 물이 사용되는 분야는 핵산과 그 관련 물질을 연구하는 분자생물학 분야, 항원-항체 반응을 응용하는 면역학 분야, 효소 및 단백질을 연구하는 단백질공학 분야, 그리고 생화학, 생리학, 미생물학, 바이러스학 분야 등 매우 광범위하다. 이들은 모두 미세원침관 안에서 그 연구가 수행되고 있다. 즉 앞에서도 언급했듯이 초순수의 물을 각 연구실에서 제조 또는 기존에 판매되고 있는 초순수의 물을 구입하던지 대량으로 (수백 ㎖ ~ 1 ℓ 이상) 얻기 때문에 사용할 때마다 저장 용기의 뚜껑을 열고 닫았다 하는 과정을 반복해야 한다. 따라서 최초의 높은 순도가 여러차례 사용을 함으로써 외부와 접하게 되어 그 순도가 낮아지게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 각 연구소에서는 구입한 대량의 초순수 물을 소량씩 몇십 ~ 몇백 개의 미세원침관에 분주하여 보관하고 사용할 때 마다 한 개씩 개봉하여 실험에 사용하기도 한다. 또는 서너번 사용한 후 마다 여과 또는 고온고압멸균법을 이용하기도 한다. 하지만 이 경우 멸균과정을 통해 재현성이 떨어질 수 있다는 단점이 있고 많은 시간을 필요로 하는 번거로운 작업들이다.

반면에 본 발명의 1 ㎖ 씩 소량 포장은 위와 같은 시간적 낭비를 없애고 또한 높은 재현성을 갖고 있다는 장점이 있다.

4. 초순수물 이외의 시약

생명공학의 다양한 연구분야 중 특히 미생물 등의 오염에 치명적인 결과를 가져오는 분야는 미생물 연구분야, 바이러스 연구분야, 동물세포 연구분야 등 과 같이 살아 있는 세포를 배양하는 기술이 필요한 분야들이다. 여기에는 기본적인 배양액(culture media), 예를 들어 미생물 배양용 배양액인 LB (Luria Bertani) medium, SOC medium, NZM medium과 동물세포 배양용 배양액인 DMEM (Dulbecco's modified Eagle medium), RPMI1640, MEM (minimum essential media) 등이 필요하고 부수적으로 소량의 첨가제가 선택적으로 첨가된다. 이러한 첨가제로는 세포가 성장하는데 기본적으로 필요한 완충성분(HEPES, Trizma base, MOPS, Sodium bicarbonate 등), 항생제(Actinomycin, Ampicillin, Chloramphenicol, Erythromycin, Gentamicin, Kanamycin, Streptomycin 등), 성장인자(Growth factors; Angiogenin, Growth factor mixture, Granulocyte colony-stimulating factor, Interferon, Interleukin, Pituitary extract 등), 그리고 호르몬(Aldosterone, Estradiol, Hydrocortisone, Insulin 등)등과, 부착성 세포가 배양기에 부착하거나 떨어져 나오도록 도와주는 attachment and matrix factors (Chondroitin, Collagen, Fibronectin, Gelatin, Laminin 등) 와 dissociation reagent (Trypsin, EDTA 등), 그리고 특별한 기능의 효소 또는 억제제 및 기타 물질(Catalase, Collagenase, Elastase, Approtinin, Trypsin inhibitor, Albumin, Vitamin, Amino acid, Glycerol, DMSO 등) 등이 있다. 이들 시약들은 대부분이 소량(수십 ㎎/ℓ 이하)로 사용되는 것들이기 때문에 각 연구실에서 분말을 대량으로 구입하여 정확한 양을 칭량하기가 매우 까다로운 것으로 실험적 오차를 유발할 수 있다. 따라서, 대량 제조공정을 통한 1회용의 제품을 만들어 사용하게 되면 시간적 손실과 실험적 오차를 줄일 수 있다.

본 발명으로 인하여 생명공학 분야의 다양한 실험에 사용되는 물, 또는 액체시약을 사용함에 있어 미생물이나 기타 이물질에 의한 오염으로부터 완전히 벗어날 수 있게 되었다. 따라서, 지금까지 이러한 오염제거를 위해 각 실험실에서 소비되었던 비용과 시간의 낭비를 최소화할 수 있어 좀더 효율적인 연구를 수행할 수 있게 되었다. 또한 본 발명으로 인한 간소화된 실험공정 뿐 아니라 재현성이 우수한 세포배양액 및 세포배양관련 액체시약을 사용함으로써 실험상의 오차도 최소화할 수 있게 되었다.

Claims (5)

1. 소량(0.2 ~ 2 ㎖의 용량)의 시약을 담아 1회용으로 사용할 수 있게 한 소형 유리 앰풀.
2. 1항에 있어서, 시약은 막공 5 ㎛ 필터, 염화나트륨, 0.2 ㎛ 필터, 자외선 조사장치, 막공 0.002 ㎛ 필터, 이온교환수지 필터, 85℃ 유지 탱크, 막공 0.45 ㎛ 필터, 순환펌프를 모두 사용하는 공정을 통해 생산되는 초순수물.
3. 1항에 있어서, 시약은 2항의 초순수물에 최종농도 0.1% (w/w)의 DEPC를 첨가한 리보핵산분해효소 제거 초순수물(RNase-free water).
4. 1항에 있어서, 시약은 미생물 배양용 배지 중 LB (Luria Bertani) medium, SOC medium, NZM medium 과 동물세포 배양용 선택적 첨가제 중 ampicillin, streptomycin, ampicillin/streptomycin mixture, gentamicin, trypsin, trypsin/EDTA mixture, albumin, vitamins, amino acids, glycerol, DMSO 와 완충제 중 HEPES, Trizma base, MOPS, sodium bicarbonate, PBS, TE.
5. 1항에 있어서, 시약은 생명공학실험에 쓰이는 시약 중 tetracyclin, kanamycin, chloramphenicol, erythromycin, rifamycin, streptomycin, actinomycin, amphotericin, ghondroitin, collagen, fibronectin, gelatin, laminin, aprotinin, trypsin inhibitors, catalase, collagenase, elastase, angiogenin, growth factor mixture, granulocyte colony-stimulating factor, interferon, interleukin, pituitary extract, aldosterone, estradiol, hydrocortisone, insulin, lipopolysaccharides.

   *약어설명 : EDTA, ethylenediamine tetraacetic acid; DMSO, dimethyl sulfoxide; HEPES, (N-[2-hydroxyethyl]piperazine-N'-[2-ethanesulfonic acid]) ; Trizma base, Tris(hydroxymethyl)aminomethane; MOPS, 3-[N-Morpholino]propanesulfonic acid; PBS, phosphate buffered saline; TE, Trizma/EDTA