KR20030061062A - Pressurizing Cell Culture Chamber - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided is a pressure type cell culture device in which the carbon dioxide concentration and temperature inside are kept constant despite the pressure higher than atmospheric pressure. And the inside pressure and carbon dioxide concentration are controllable independently, making various experimental conditions possible. CONSTITUTION: A pressure type cell culture device comprises: a compressor(40) to make air pressure; a warm water tank(42) to keep the pressured air to constant temperature; a pressure type tank(44) which is connected to the warm water tank(42) and holds a certain interior pressure; a culture tank(10) which contains culturing cells and has open/close door(12) at a side; a pressure control valve(46) located between the culture tank and the pressure type tank(44), controlling the pressure of the air coming in from the culture tank; a temperature sensor(60), a pressure sensor(16) and a carbon dioxide sensor(20) which are located on the culture tank(10) and detect temperature, pressure and carbon dioxide concentration in the culture tank(10); at least one bomb(50) which keeps the concentrated carbon dioxide; a carbon dioxide control valve(22) controlling carbon dioxide coming into the culture tank(10) from the carbon dioxide bomb(50), being located between the carbon dioxide bomb(50) and the culture tank(10); and a controller which controls and operates the pressure control valve(46), temperature and the carbon dioxide control valve(22) of the culture tank(10) according to the set and read data of the air pressure and carbon dioxide concentration.

Description

가압식 세포 배양기{Pressurizing Cell Culture Chamber}Pressurizing Cell Culture Chamber

본 발명은 가압식 세포 배양기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배양탱크 내부를 대기압 이상으로 가압하면서도 이산화탄소의 농도 및 내부온도를 일정하게 유지할 수 있는 가압식 세포 배양기에 관한 것이다.The present invention relates to a pressurized cell incubator, and more particularly, to a pressurized cell incubator capable of maintaining a constant carbon dioxide concentration and internal temperature while pressurizing the inside of the culture tank above atmospheric pressure.

일반적으로 대기압 이상의 압력조건에서 세포에 대한 연구는 크게 두가지로 분류될 수 있다. 첫째는 대기압보다 수백배 이상 높은 압력자극에 대한 것으로서, 심해 생명체의 유전자와 단백질 발현에 대한 연구이다. 둘째는 2기압 이하의 압력조건에서 배양된 세포에서 나타나는 DNA 합성에 관한 연구이다. 예를 들어, 고혈압의 수준인 약 1.2기압에서 DNA 합성이 증가하고 있으며, 고혈압에 의해 혈관세포의 증식이 기계적 자극과 연관되어 있음을 보여주고 있다.In general, the study of cells under pressure conditions above atmospheric pressure can be classified into two categories. The first is about pressure stimulation, which is hundreds of times higher than atmospheric pressure, to study gene and protein expression in deep-sea life. Second is the study of DNA synthesis in cells cultured under 2 atmospheres. For example, DNA synthesis is increasing at about 1.2 atm, the level of hypertension, suggesting that hypertension is associated with mechanical stimulation.

이와 같이 2기압 근처에서 세포 배양을 연구하기 위해, 대학 및 연구소에서 1950년도부터 가압식 세포 배양기가 개발되고 있었다. 예를 들어, 도 1은 1997년 미국 예일대학에서 개발한 가압식 세포배양기의 개략적인 구성도이다. 도 1에 도시된 세포 배양기는 5% 농도의 이산화탄소를 공급하는 기능과 공기압을 가하는 기능을 함께 실현할 수 있는 것이다.In order to study cell culture near 2 atm, a pressurized cell incubator has been developed since 1950 at universities and research institutes. For example, FIG. 1 is a schematic diagram of a pressurized cell culture device developed by Yale University in 1997. The cell incubator shown in FIG. 1 can realize a function of supplying carbon dioxide at a concentration of 5% and a function of applying air pressure.

이러한 가압식 세포 배양기는 공기 펌프 시스템, 솔레노이드 밸브 등을 이용하여 5% 농도의 이산화탄소가 포함된 공기를 넣어서 압력을 가하도록 구성되어 있다.The pressurized cell incubator is configured to pressurize the air containing 5% carbon dioxide by using an air pump system, a solenoid valve, or the like.

그러나, 이와 같은 종래의 가압식 세포 배양기는 공기압과 이산화탄소 농도가 상호 연관되어 있기 때문에 공기압과 이산화탄소의 농도를 상호 독립적으로 제어하기 곤란하다는 단점이 있었다. 또한, 최고 압력 역시 약 2기압 정도 밖에 올라가지 않아 3기압 또는 4기압 이상의 분위기에서 실험하는 것이 불가능하였다.However, such a conventional pressurized cell incubator has a disadvantage in that it is difficult to independently control the air pressure and the carbon dioxide concentration because the air pressure and the carbon dioxide concentration are correlated with each other. In addition, the maximum pressure was also raised only about 2 atm, it was impossible to experiment in the atmosphere of 3 or 4 atm.

이로 인해, 설정할 수 있는 환경 조건에 제약이 있어 다양한 세포 배양실험을 할 수 없다는 문제점이 있었다. 또한, 공기압이 이산화탄소의 농도에 영향을 미치고, 이산화탄소의 농도가 공기압에 영향을 미치기 때문에 설정값 근처에서 데이터 변화의 폭이 컸다. 따라서, 이러한 현상은 정밀한 실험을 방해할 뿐만 아니라 얻어진 실험값의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.For this reason, there is a problem in that various cell culture experiments cannot be performed because of limitations in the set environmental conditions. In addition, since the air pressure affects the concentration of carbon dioxide and the concentration of carbon dioxide affects the air pressure, the range of data change was large near the set value. Therefore, this phenomenon not only interferes with precise experiments but also has a problem of lowering the reliability of the obtained experimental values.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 세포 배양탱크 내부의 공기압과 이산화탄소의 농도를 각각 독립적으로 제어할 수 있는 가압식 세포배양기를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, an object of the present invention is to provide a pressurized cell incubator that can independently control the air pressure and the concentration of carbon dioxide in the cell culture tank, respectively. .

상기와 같은 본 발명의 목적은, 공기압을 생성하는 압축기(40);An object of the present invention as described above, the compressor 40 for generating air pressure;

상기 공기압이 통과하고, 상기 공기압을 일정온도로 유지하기 위한 온수탱크(42);A hot water tank 42 through which the air pressure passes, and for maintaining the air pressure at a constant temperature;

상기 온수탱크(42)와 연통되고 일정한 내압을 갖는 가압탱크(44);A pressurized tank 44 communicating with the hot water tank 42 and having a constant internal pressure;

내부에 배양될 세포가 수납되고, 일측에 개폐할 수 있는 도어(12)가 설치되어 있는 배양탱크(10);A culture tank 10 in which cells to be cultured are stored therein and having a door 12 opened and closed at one side thereof;

상기 가압탱크(44)와 배양탱크(10) 사이에 설치되어, 상기 가압탱크(44)로부터 상기 배양탱크(10)로 유입되는 공기압을 제어하는 압력제어 밸브(46);A pressure control valve (46) installed between the pressure tank (44) and the culture tank (10) to control the air pressure flowing from the pressure tank (44) to the culture tank (10);

상기 배양탱크(10)상에 설치되어 상기 배양탱크(20) 내부의 온도, 압력 및 이산화탄소 농도를 각각 검출하는 온도센서(60), 압력센서(16), 이산화탄소 센서(20);A temperature sensor (60), a pressure sensor (16), and a carbon dioxide sensor (20) installed on the culture tank (10) for detecting temperature, pressure, and carbon dioxide concentration in the culture tank (20), respectively;

이산화탄소가 농축되어 보관되는 적어도 하나 이상의 이산화탄소 봄베(50);At least one carbon dioxide cylinder 50 in which carbon dioxide is concentrated and stored;

상기 이산화탄소 봄베(50)와 배양탱크(10) 사이에 설치되어, 상기 이산화탄소 봄베(50)로부터 상기 배양탱크(10)로 유입되는 이산화탄소의 농도를 제어하는 이산화탄소 제어밸브(22); 및A carbon dioxide control valve 22 installed between the carbon dioxide cylinder 50 and the culture tank 10 to control the concentration of carbon dioxide introduced from the carbon dioxide cylinder 50 into the culture tank 10; And

설정된 배양탱크(10)의 공기압, 이산화탄소 농도, 온도 데이터 및 검출된 상기 배양탱크(10) 내부의 공기압, 이산화탄소 농도 및 온도 데이터에 기초하여 상기 이산화탄소 제어밸브(22) 및 압력제어 밸브(46)를 구동하는 제어신호를 출력하는 제어기(30);로 구성되는 것을 특징으로 하는 가압식 세포 배양기에 의하여 달성된다.The carbon dioxide control valve 22 and the pressure control valve 46 are operated on the basis of the air pressure, carbon dioxide concentration, temperature data and the detected air pressure, carbon dioxide concentration and temperature data of the culture tank 10. Controller 30 for outputting a control signal to drive; is achieved by a pressurized cell incubator, characterized in that consisting of.

아울러, 상기 배양탱크(10)의 측면에는 내부를 투시할 수 있는 확인창(18)이 더 설치되어 있는 것이 바람직하다.In addition, the side of the culture tank 10 is preferably provided with a confirmation window 18 that can see through the inside.

또한, 상기 온수탱크(42)는 상기 공기압이 약 37℃를 유지하도록 하는 것이가능하다.In addition, the hot water tank 42 is capable of maintaining the air pressure of about 37 ℃.

그리고, 상기 제어기(30)는 상기 설정된 배양탱크(10)의 공기압, 이산화탄소 농도, 온도 데이터 및 검출된 상기 배양탱크(10) 내부의 공기압, 이산화탄소 농도, 온도 데이터를 표시하는 표시창(32)을 더 구비하는 것이 바람직하고, 상기 표시창(32)은 하우징의 앞면에 설치되는 것이 더욱 바람직하다.The controller 30 further includes a display window 32 for displaying the air pressure, carbon dioxide concentration, temperature data of the set culture tank 10, and the detected air pressure, carbon dioxide concentration, and temperature data in the culture tank 10. Preferably, the display window 32 is more preferably installed on the front surface of the housing.

아울러, 장기간의 연속실험을 위해, 상기 이산화탄소 봄베(50)는 2개의 이산화탄소 봄베(50)가 상호 병렬로 연결되어 있는 것이 가능하다.In addition, for the long-term continuous experiment, the carbon dioxide bomb 50 may be connected to two carbon dioxide cylinder 50 in parallel with each other.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments associated with the accompanying drawings.

도 1은 1997년 미국 예일대학에서 개발한 가압식 세포배양기의 개략적인 구성도,1 is a schematic configuration diagram of a pressurized cell culture device developed by Yale University in 1997,

도 2는 본 발명에 따른 가압식 세포 배양기의 구성도,2 is a block diagram of a pressurized cell incubator according to the present invention,

도 3은 본 발명에 따른 가압식 세포 배양기의 앞면을 도시한 부분 사시도,Figure 3 is a partial perspective view showing the front of the pressurized cell incubator according to the present invention,

도 4는 도 2에 도시된 이산화탄소 봄베(50)의 상세 배관도,4 is a detailed piping diagram of the carbon dioxide bomb 50 shown in FIG.

도 5는 본 발명에 따른 가압식 세포 배양기의 내부압력을 1.5 기압으로 유지할 때, 이산화탄소 농도의 변화를 나타낸 그래프,5 is a graph showing a change in carbon dioxide concentration when the internal pressure of the pressurized cell incubator according to the present invention is maintained at 1.5 atm,

도 6은 본 발명에 따른 가압식 세포 배양기의 내부압력을 2 기압으로 유지할 때, 이산화탄소 농도의 변화를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing a change in carbon dioxide concentration when the internal pressure of the pressurized cell incubator according to the present invention is maintained at 2 atmospheres.

<주요 도면 부호에 대한 간단한 설명><Short Description of Main Reference Signs>

5 ; 하우징,10 : 배양탱크,5; Housing, 10: culture tank,

12 : 도어,14 : 핸들,12 door, 14 handle,

16 : 탱크 압력계,18 : 표시창,16: tank pressure gauge, 18: display window,

20 ; 이산화탄소 센서,22 : 이산화탄소 제어밸브,20; CO2 sensor, 22: carbon dioxide control valve,

30 : 제어기,32 : 표시창,30: controller, 32: display window,

40 : 압축기,42 : 온수탱크,40: compressor, 42: hot water tank,

44 : 가압탱크,46 : 압력제어 밸브,44: pressurized tank, 46: pressure control valve,

50 : 이산화탄소 봄베,52 : 전환스위치,50: carbon dioxide cylinder, 52: changeover switch,

54 : 이산화탄소 압력계,56 : 연결관,54: carbon dioxide pressure gauge, 56: connector,

60 : 온도센서,57, 58, 59, 61, 63 : 전기선.60: temperature sensor, 57, 58, 59, 61, 63: electric cable.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 가압식 세포 배양기의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 세포 배양기는 압축기(40), 온수탱크(42), 가압탱크(44), 배양탱크(10), 제어기(30) 및 이산화탄소 봄베(50) 등으로 구성된다.2 is a block diagram of a pressurized cell incubator according to the present invention. As shown in FIG. 2, the cell incubator includes a compressor 40, a hot water tank 42, a pressurized tank 44, a culture tank 10, a controller 30, a carbon dioxide bomb 50, and the like.

압축기(40)의 출력측은 온수탱크(42)와 연결되어 있고, 온수탱크(42)의 출력측은 가압탱크(44)와 연결되어 있다. 온수탱크(42)는 공급되는 공기압이 37℃의 온도로 유지되도록 한다. 37℃는 인체의 체온에 근접한 온도로서, 생체조건과 유사한 환경을 조성하기 위함이다.The output side of the compressor 40 is connected to the hot water tank 42, and the output side of the hot water tank 42 is connected to the pressure tank 44. The hot water tank 42 allows the supplied air pressure to be maintained at a temperature of 37 ℃. 37 ℃ is a temperature close to the body temperature of the human body, to create an environment similar to the living conditions.

가압탱크(44)는 약 4기압의 내압을 형성하며, 압축기(40)로 인한 공기압의 변화를 일단 저장하여 일정하게 배출하는 기능을 한다. 가압탱크(44)의 출력측에는 압력제어 밸브(46)가 연결되어 있고, 이를 통해 배양탱크(10)와 연결되어 있다.The pressurizing tank 44 forms an internal pressure of about 4 atm, and functions to store the discharge of the air pressure due to the compressor 40 at once and constantly discharge it. The pressure control valve 46 is connected to the output side of the pressure tank 44, and is connected to the culture tank 10 through this.

배양탱크(10)는 원통형 밀폐용기로써, 일측에는 개폐되는 도어(12)가 설치되어 있고, 도어(12)에는 핸들(14)이 구비되어 있다. 또한, 배양탱크(10)의 내부에는 다수의 수평선반(미도시)이 설치되어 실험용기(미도시)등을 수납할 수 있다. 그리고, 장시간의 실험도중 배양탱크(10)를 개방할 수 없기 때문에, 배양탱크(10)의 일측면에는 투명한 확인창(18)이 설치되어 있다. 이러한 확인창(18)을 통해 실험자는 내부의 세포 상태를 육안으로 확인할 수 있다.The culture tank 10 is a cylindrical sealed container, the door 12 is opened and closed on one side, the door 12 is provided with a handle 14. In addition, a plurality of horizontal boards (not shown) are installed inside the culture tank 10 to accommodate an experimental container (not shown). Since the culture tank 10 cannot be opened during a long experiment, a transparent confirmation window 18 is provided on one side of the culture tank 10. Through this confirmation window 18, the experimenter can visually check the cell state inside.

그리고, 배양탱크(10)의 측면에는 배양탱크(10) 내부의 물리량을 측정하기 위한 여러가지 센서 및 밸브가 설치되어 있다. 탱크 압력계(16)는 배양탱크(10)의 벽을 관통하여 설치되고, 배양탱크(10)의 내압을 다이얼식 게이지 및 전기적 신호로 출력한다.And, the side of the culture tank 10 is provided with various sensors and valves for measuring the physical quantity inside the culture tank (10). The tank pressure gauge 16 is installed through the wall of the culture tank 10 and outputs the internal pressure of the culture tank 10 as a dial gauge and an electrical signal.

이산화탄소 센서(20)는 배양탱크(20)의 벽을 관통하여 설치되고, 배양탱크(20) 내부의 이산화탄소 농도를 측정하여 전기적 신호로 출력한다. 또한, 온도센서(60)도 배양탱크(20)의 벽을 관통하여 설치되고, 배양탱크(20) 내부의 온도를 측정하여 전기적 신호로 출력한다.The carbon dioxide sensor 20 is installed through the wall of the culture tank 20, and measures the carbon dioxide concentration inside the culture tank 20 and outputs it as an electrical signal. In addition, the temperature sensor 60 is also installed through the wall of the culture tank 20, and measures the temperature inside the culture tank 20 and outputs it as an electrical signal.

이산화탄소 봄베(50)는 내부에 농축된 이산화탄소가 들어 있고, 장기간에 걸친 실험에 이산화탄소를 연속적으로 공급하기 위해 복수의 봄베가 병렬로 연결되어 있다. 또한 병렬로 설치된 각 봄베(50)의 가스배출을 단속하기 위해 복수의 밸브및 이산화탄소 압력계(54)가 구비되어 있다. 이에 관해서는 도 3에서 더욱 상세히 설명하기로 한다.The carbon dioxide cylinder 50 contains carbon dioxide concentrated therein, and a plurality of cylinders are connected in parallel to continuously supply carbon dioxide in a long-term experiment. In addition, a plurality of valves and a carbon dioxide pressure gauge 54 are provided to control the gas discharge of each cylinder 50 installed in parallel. This will be described in more detail with reference to FIG. 3.

이산화탄소 봄베(50)와 연결된 연결관(56)은 배양탱크(10)에 설치된 이산화탄소 제어밸브(22)에 연결된다. 이산화탄소 제어밸브(22)는 추후 설명될 제어기(30)의 출력신호를 받아 공급되는 이산화탄소의 농도를 제어한다.The connecting pipe 56 connected to the carbon dioxide bomb 50 is connected to the carbon dioxide control valve 22 installed in the culture tank 10. The carbon dioxide control valve 22 controls the concentration of carbon dioxide supplied by receiving the output signal of the controller 30 which will be described later.

제어기(30)는 입력측으로 탱크 압력계(16)의 출력신호, 이산화탄소 센서(20)의 출력신호, 온도센서(60)의 출력신호가 입력된다. 그리고, 제어기(30)의 출력측에는 압력제어밸브(46)의 구동신호 및 이산화탄소 제어밸브(22)의 구동신호가 출력된다. 제어기(30)는 실험자가 소망하는 배양탱크(10)의 내부온도, 이산화탄소 농도 및 내부압력을 설정할 수 있도록 구성되어 있다. 제어기(30)는 이러한 설정값 및 피드백되는 센서 신호를 기초로 하여 압력제어 밸브(46) 및 이산화탄소 제어밸브(22)의 구동신호를 산출하게 된다.The controller 30 inputs an output signal of the tank pressure gauge 16, an output signal of the carbon dioxide sensor 20, and an output signal of the temperature sensor 60 to an input side. The drive signal of the pressure control valve 46 and the drive signal of the carbon dioxide control valve 22 are output to the output side of the controller 30. The controller 30 is configured to allow the experimenter to set the internal temperature, carbon dioxide concentration and internal pressure of the desired culture tank 10. The controller 30 calculates driving signals of the pressure control valve 46 and the carbon dioxide control valve 22 based on the set values and the sensor signals fed back.

또한, 제어기(30)의 인접한 곳에는 각종 데이터를 표시하기 위한 표시창(32)이 구비되어 있다. 이러한 표시창(32)에는 설정된 온도 및 측정된 온도, 설정된 이산화탄소의 농도 및 측정된 이산화탄소의 농도, 설정된 내부압력 및 측정된 내부압력이 디지털 형태로 디스플레이된다.In the vicinity of the controller 30, a display window 32 for displaying various data is provided. The display window 32 displays the set temperature and the measured temperature, the set concentration of carbon dioxide and the measured concentration of carbon dioxide, the set internal pressure and the measured internal pressure in digital form.

도 3은 본 발명에 따른 가압식 세포 배양기의 앞면을 도시한 부분 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 배양탱크(10)는 하우징(5)의 내부에 수평방향으로 설치되어 있고, 하우징(5)의 앞면에는 3등분된 표시창(32)이 마련되어 있다. 3등분된 표시창(32)의 각각에는 온도, 이산화탄소의 농도 및 내부압력이 표시된다.도어(12)는 내부압력을 견딜 수 있도록 견고하게 제작되며, 배양탱크(10)를 밀폐하기 위하여 정밀하게 제작된다.Figure 3 is a partial perspective view showing the front of the pressurized cell incubator according to the present invention. As shown in FIG. 3, the culture tank 10 is installed in a horizontal direction inside the housing 5, and a display window 32 divided into three is provided on the front surface of the housing 5. The temperature, concentration of carbon dioxide, and internal pressure are displayed on each of the three divided display windows 32. The door 12 is manufactured to be strong to withstand the internal pressure and precisely manufactured to seal the culture tank 10. do.

도 4는 도 2에 도시된 이산화탄소 봄베(50)의 상세 배관도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 두개의 이산화탄소 봄베(50)가 병렬로 연결되어 있고, 그 중간에는 선택스위치(52)가 설치되어 있다. 이러한 선택스위치(52)를 좌측으로 전환하거나 우측으로 전환함에 따라 이산화탄소가 좌측 봄베(50)에서 배출되거나 우측에서 배출된다. 이와 같이 2개 이상의 이산화탄소 봄베(50)를 병렬로 연결하는 것은 앞서 설명한 바와 같이 장기간의 실험에 소모되는 이산화탄소를 중단없이 공급하기 위함이다. 실시예에서, 이산화탄소봄베(50)로는 약 2 ~ 3 개월 가량 사용이 가능한 것으로 나타났다. 선택스위치(52)의 공급관은 이산화탄소 압력계(54)를 지나 연결관(56)에 연결되어진다.FIG. 4 is a detailed piping diagram of the carbon dioxide cylinder 50 shown in FIG. 2. As shown in FIG. 4, two carbon dioxide cylinders 50 are connected in parallel, and a selector switch 52 is installed in the middle thereof. As the selection switch 52 is switched to the left or to the right, carbon dioxide is discharged from the left cylinder 50 or discharged from the right side. As described above, the two or more carbon dioxide cylinders 50 are connected in parallel to supply the carbon dioxide consumed in the long-term experiment without interruption as described above. In the embodiment, the carbon dioxide bomb 50 was found to be available for about 2 to 3 months. The supply pipe of the selector switch 52 is connected to the connection pipe 56 via the carbon dioxide pressure gauge 54.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 가압식 세포 배양기의 작용에 대해 설명한 뒤, 도 5 및 도 6을 참조하여 배양기 내부에서 실제 이산화탄소 농도 변화를 실험을 통해 알아보도록 한다.Hereinafter, after explaining the operation of the pressurized cell incubator of the present invention having the configuration as described above, with reference to Figures 5 and 6 to examine the actual carbon dioxide concentration change in the incubator through the experiment.

우선, 준비과정으로써, 압축기(40)를 가동하여 대기압 이상의 공기압이 토출되도록 하고, 온수탱크(42)의 내부 온도가 37℃를 유지하도록 하며, 가압탱크(44)의 내압이 약 4기압정도를 유지하도록 한다. 그리고, 실험자는 제어기(30)에 배양탱크(10)의 설정온도, 설정 이산화탄소의 농도(5%) 및 설정 공기압(예를 들어 1.5기압)을 입력한다. 그 다음, 배양탱크(10)의 내부에 실험의 대상이 되는 세포(미도시)가 담긴 실험용기를 넣고 도어(12)를 닫아 밀폐시키면, 실험이 개시된다.First, as a preparation process, the compressor 40 is operated to discharge air pressure above atmospheric pressure, the internal temperature of the hot water tank 42 is maintained at 37 ° C, and the internal pressure of the pressure tank 44 is about 4 atm. Keep it. Then, the experimenter inputs the set temperature of the culture tank 10, the concentration of the set carbon dioxide (5%) and the set air pressure (for example 1.5 atm) to the controller 30. Then, put the test vessel containing the cells (not shown) to be tested in the interior of the culture tank 10, the door 12 is closed and sealed, the experiment is started.

실험이 개시되며, 압축기(40)에서 토출되는 공기압이 온수탱크(42)를 통과하면서 약 37℃로 유지되고, 가압탱크(44)에서 약 4기압의 일정한 압력을 형성하게 된다. 탱크 압력계(16)는 배양탱크(10) 내부의 압력을 측정하여 제어기(30)로 피드백하고, 제어기(30)는 피드백된 압력신호에 기초하여 압력제어 밸브(46)를 추가로 개방할 것인지 또는 폐쇄할 것인지 또는 현상태를 유지할 것인지를 산출하게 된다. 이렇게 산출된 제어명령신호는 전기선(57)을 통해 압력제어밸브(46)로 전달되어 압력제어밸브(46)를 구동하게 된다. 이러한 제어명령신호에 따라 압력제어밸브(46)가 추가로 개방될 경우 가압탱크(44)의 내압이 배양탱크(10)로 전달되어 배양탱크(10)의 내압이 상승하게 된다.Experiment is started, the air pressure discharged from the compressor 40 is maintained at about 37 ℃ while passing through the hot water tank 42, and the pressure tank 44 to form a constant pressure of about 4 atm. The tank pressure gauge 16 measures the pressure inside the culture tank 10 and feeds it back to the controller 30, and the controller 30 additionally opens the pressure control valve 46 based on the feedback pressure signal. It will calculate whether to close or maintain the status quo. The control command signal calculated in this way is transmitted to the pressure control valve 46 through the electric wire 57 to drive the pressure control valve 46. When the pressure control valve 46 is further opened according to the control command signal, the internal pressure of the pressure tank 44 is transferred to the culture tank 10, and the internal pressure of the culture tank 10 is increased.

그리고, 실험대상인 세포의 배양에 따라 이산화탄소의 농도가 변동되면, 이산화탄소 센서(20)가 현재 농도를 측정하여 제어기(30)로 피드백한다. 제어기(30)는 피드백된 농도신호를 설정값과 비교하여 제어명령신호를 산출한다. 이렇게 산출된 제어명령신호는 전기선(59)을 통해 이산화탄소 제어밸브(22)로 전달되어 이산화탄소 제어밸브(22)를 구동하게 된다. 이산화탄소의 농도가 설정치 이상으로 높을 경우에는 제어밸브(22)를 대기측으로 개방하여 내부의 이산화탄소가 배출되도록 하고, 이산화탄소의 농도가 설정치 이하로 낮을 경우에는 제어밸브(22)를 봄베(50) 측으로 개방하여 이산화탄소가 배양탱크(10)측으로 유입될 수 있도록 한다.Then, when the concentration of carbon dioxide is changed according to the culture of the cell to be tested, the carbon dioxide sensor 20 measures the current concentration and feeds it back to the controller 30. The controller 30 calculates a control command signal by comparing the feedback density signal with the set value. The calculated control command signal is transmitted to the carbon dioxide control valve 22 through the electric line 59 to drive the carbon dioxide control valve 22. When the concentration of carbon dioxide is higher than the set value, the control valve 22 is opened to the atmospheric side to discharge carbon dioxide inside, and when the concentration of carbon dioxide is lower than the set value, the control valve 22 is opened to the cylinder 50 side. To allow carbon dioxide to flow into the culture tank (10).

또한, 온도센서(60)는 배양탱크(10) 내부의 실내온도를 측정하여 제어기(30)로 전송한다. 이렇게 측정된 온도는 표시창(32)을 통해 표시되고, 실험자가 별도의 온도조절장치를 조작하여 온수탱크(42)의 온도를 높이거나 낮춘다.In addition, the temperature sensor 60 measures the room temperature inside the culture tank 10 and transmits it to the controller 30. The measured temperature is displayed through the display window 32, the experimenter operates a separate temperature control device to increase or decrease the temperature of the hot water tank 42.

실험이 진행되는 동안, 표시창(32)에는 설정된 배양탱크(10)의 압력, 온도, 이산화탄소의 농도가 숫자로 표시되고, 이에 각각 대응하여 측정된 배양탱크(10)의 압력, 온도 및 이산화탄소의 농도가 숫자로 표시된다. 따라서, 실험자는 표시창(32)을 통해 배양탱크(10) 내부의 상태를 쉽게 파악할 수 있고, 확인창(18)을 통해 육안으로 세포 배양 상태를 확인할 수도 있다.While the experiment is in progress, the display window 32 displays the pressure, temperature, and carbon dioxide concentration of the set culture tank 10 as numbers, and the pressure, temperature, and carbon dioxide concentration of the culture tank 10 respectively measured accordingly. Is displayed as a number. Therefore, the experimenter can easily grasp the state inside the culture tank 10 through the display window 32, and may check the cell culture state with the naked eye through the confirmation window 18.

본 발명에 따른 가압식 세포배양기의 설정온도는 실내온도 ~ 70℃ 범위내에서 조절될 수 있고, 배양탱크(10)의 내부 공기압도 1기압 ~ 3기압 범위내에서 자유로이 설정할 수 있다. 또한, 이산화탄소의 농도도 0% ~ 12%의 범위내에서 설정할 수 있다. 또한, 배양탱크(10)의 내경은 대략 500mm, 길이는 약 1000mm 이다. 또한, 각종 구성부품이 설치되는 하우징(5)의 외관은 높이가 1500mm, 폭이 1000mm, 길이가 1400mm 정도이다.The set temperature of the pressurized cell culture apparatus according to the present invention can be adjusted within the range of room temperature ~ 70 ℃, the internal air pressure of the culture tank 10 can also be freely set within the range of 1 atm ~ 3 atm. In addition, the concentration of carbon dioxide can also be set within the range of 0% to 12%. In addition, the inner diameter of the culture tank 10 is approximately 500mm, the length is about 1000mm. In addition, the appearance of the housing 5 in which various components are installed is about 1500 mm in height, 1000 mm in width, and about 1400 mm in length.

이하에서는 상기와 동작되는 가압식 세포배양기를 직접 실험한 결과에 대해 도시하고 설명하도록 한다.Hereinafter will be shown and described for the results of the direct experiment of the pressurized cell culture device operated as described above.

도 5는 본 발명에 따른 가압식 세포 배양기의 내부압력을 1.5 기압으로 유지할 때, 이산화탄소 농도의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 5의 그래프에서 수평축은 시간(분)을 나타내고, 수직축은 이산화탄소의 농도(%)를 나타낸다.5 is a graph showing a change in carbon dioxide concentration when the internal pressure of the pressurized cell incubator according to the present invention is maintained at 1.5 atm. In the graph of FIG. 5, the horizontal axis represents time (minutes) and the vertical axis represents concentration of carbon dioxide (%).

도 5에 도시된 바대로 알 수 있듯이, 배양탱크(10) 내부의 이산화탄소 농도를 5%로 설정하였을 경우, 초기 10분동안은 이산화탄소의 농도가 5%까지 꾸준히 상승하나 그 후로는 5% 내외에서 거의 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 도 5의 정상상태에서 이산화탄소의 농도의 변화폭은 실험이 허용하는 허용범위 이내이므로, 실험은 성공적임을 알 수 있다.As can be seen in Figure 5, when the concentration of carbon dioxide in the culture tank 10 is set to 5%, the concentration of carbon dioxide steadily rises to 5% during the first 10 minutes, after which it is within about 5% It can be seen that it remains almost constant. The change in the concentration of carbon dioxide in the steady state of Figure 5 is within the allowable range of the experiment, it can be seen that the experiment was successful.

도 6은 본 발명에 따른 가압식 세포 배양기의 내부압력을 2 기압으로 유지할 때, 이산화탄소 농도의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 실험 시작후 초기 15분 내지 20분 동안 이산화탄소의 농도가 꾸준히 상승하나 5%에 도달하면 미소한 변화폭으로 일정하게 유지됨을 알 수 있다.6 is a graph showing a change in carbon dioxide concentration when the internal pressure of the pressurized cell incubator according to the present invention is maintained at 2 atmospheres. As shown in FIG. 6, it can be seen that the concentration of carbon dioxide increases steadily during the initial 15 to 20 minutes after the start of the experiment, but reaches a constant level of change when the concentration reaches 5%.

즉, 도 5 및 도 6을 통해 배양탱크(10)의 내부압력을 다르게 설정하더라도 이산화탄소의 농도는 영향을 받지 않는다는 것을 알 수 있다. 이는 배양탱크(10)의 내부압력과 이산화탄소의 농도를 각각 독립적으로 제어할 수 있음을 의미한다.That is, even if the internal pressure of the culture tank 10 is set differently through FIGS. 5 and 6, it can be seen that the concentration of carbon dioxide is not affected. This means that the internal pressure of the culture tank 10 and the concentration of carbon dioxide can be controlled independently.

도 5 및 도 6의 실험에 사용된 실험조건은 다음과 같다. 배양탱크(10) 내부의 온도는 37℃±0.8, 압력은 1.5기압±45 과 2.0기압±53, 이산화탄소의 농도는 1.5기압일 때 4.92%±0.23, 2.0기압일 때 4.84%±0.27이다. 그리고, 이산화탄소 농도센서는 미국 GAS DATA Environmental Instrument의 휴대용 이산화탄소, 산소 분석기인 PC04를 사용하였다. 또한, 배양에 사용된 세포는 suspended 세포인 ATCC 세포주(TIB-152)인 Jurkat세포(Human Lymphoblast)와 Adherent 세포인 백서의 혈관평활근세포(vascular smooth muscle cell, VSMC)를 사용하였다.Experimental conditions used in the experiments of FIGS. 5 and 6 are as follows. The temperature in the culture tank 10 is 37 ℃ ± 0.8, the pressure is 1.5 at ± ± 45 and 2.0 at ± 53, the concentration of carbon dioxide is 4.92% ± 0.23 at 1.5 atm, 4.84% ± 0.27 at 2.0 atm. As a carbon dioxide concentration sensor, PC04, a portable carbon dioxide and oxygen analyzer of the US GAS DATA Environmental Instrument, was used. The cells used in the culture were suspended Jurkat cells (Human Lymphoblast), ATCC cell line (TIB-152) and vascular smooth muscle cells (VSMC) of white paper, Adherent cells.

본 발명에서는 공기압을 37℃로 유지하기 위해 온수탱크를 사용하였으나, 이에 국한되는 것이 아니라 당업자의 인식범위내에서 히터와 온도조절장치로 대체될 수 있음은 물론이다.In the present invention, a hot water tank is used to maintain the air pressure at 37 ° C., but the present invention is not limited thereto, and may be replaced with a heater and a temperature control device within the recognition range of those skilled in the art.

또한, 측정되는 배양탱크(10) 내부의 물리량으로 온도, 압력 및 이산화탄소의 농도를 채택하였으나, 실험의 특성 또는 조건에 따라 다른 기체(예를 들어, 산소, 질소)의 농도를 채택하거나 이미 채택된 물리량의 일부를 생략할 수 있다.In addition, although the temperature, pressure and concentration of carbon dioxide are adopted as the physical quantity inside the culture tank 10 to be measured, the concentration of other gases (for example, oxygen and nitrogen) may be adopted or already adopted depending on the characteristics or conditions of the experiment. Part of the physical quantity can be omitted.

그리고, 본 발명의 각 구성요소들은 도 2와 같이 구성되어 있으나, 이는 일실시예에 불과한 것으로써, 당업자의 수준에서 일부 배선이나 구성요소의 변경, 삭제, 추가, 대체 등도 가능하다.In addition, each component of the present invention is configured as shown in Figure 2, but this is only one embodiment, it is possible to change, delete, add, replace, etc. of some wiring or components at the level of those skilled in the art.

상기와 같은 본 발명에 따른, 가압식 세포 배양기에 의하면, 세포 배양탱크 내부의 공기압과 이산화탄소의 농도를 각각 독립적으로 제어할 수 있다.According to the pressurized cell incubator according to the present invention as described above, it is possible to independently control the air pressure and the concentration of carbon dioxide inside the cell culture tank.

이로써, 다양한 조건의 실험이 가능하고, 정밀한 실험이 가능하여 실험결과에 신뢰성이 제고되는 특징이 있다.As a result, the experiment can be performed under various conditions, and precise experiments are possible, thereby improving reliability of the experimental results.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims will cover such modifications and variations as fall within the spirit of the invention.

Claims (5)

공기압을 생성하는 압축기(40);A compressor 40 for generating air pressure; 상기 공기압이 통과하고, 상기 공기압을 일정온도로 유지하기 위한 온수탱크(42);A hot water tank 42 through which the air pressure passes, and for maintaining the air pressure at a constant temperature; 상기 온수탱크(42)와 연통되고 일정한 내압을 갖는 가압탱크(44);A pressurized tank 44 communicating with the hot water tank 42 and having a constant internal pressure; 내부에 배양될 세포가 수납되고, 일측에 개폐할 수 있는 도어(12)가 설치되어 있는 배양탱크(10);A culture tank 10 in which cells to be cultured are stored therein and having a door 12 opened and closed at one side thereof; 상기 가압탱크(44)와 배양탱크(10) 사이에 설치되어, 상기 가압탱크(44)로부터 상기 배양탱크(10)로 유입되는 공기압을 제어하는 압력제어 밸브(46);A pressure control valve (46) installed between the pressure tank (44) and the culture tank (10) to control the air pressure flowing from the pressure tank (44) to the culture tank (10); 상기 배양탱크(10)상에 설치되어 상기 배양탱크(20) 내부의 온도, 압력 및 이산화탄소 농도를 각각 검출하는 온도센서(60), 압력센서(16), 이산화탄소 센서(20);A temperature sensor (60), a pressure sensor (16), and a carbon dioxide sensor (20) installed on the culture tank (10) for detecting temperature, pressure, and carbon dioxide concentration in the culture tank (20), respectively; 이산화탄소가 농축되어 보관되는 적어도 하나 이상의 이산화탄소 봄베(50);At least one carbon dioxide cylinder 50 in which carbon dioxide is concentrated and stored; 상기 이산화탄소 봄베(50)와 배양탱크(10) 사이에 설치되어, 상기 이산화탄소 봄베(50)로부터 상기 배양탱크(10)로 유입되는 이산화탄소의 농도를 제어하는 이산화탄소 제어밸브(22); 및A carbon dioxide control valve 22 installed between the carbon dioxide cylinder 50 and the culture tank 10 to control the concentration of carbon dioxide introduced from the carbon dioxide cylinder 50 into the culture tank 10; And 설정된 배양탱크(10)의 공기압, 이산화탄소 농도, 온도 데이터 및 검출된 상기 배양탱크(10) 내부의 공기압, 이산화탄소 농도 및 온도 데이터에 기초하여 상기 이산화탄소 제어밸브(22) 및 압력제어 밸브(46)를 구동하는 제어신호를 출력하는제어기(30);로 구성되는 것을 특징으로 하는 가압식 세포 배양기.The carbon dioxide control valve 22 and the pressure control valve 46 are operated on the basis of the air pressure, carbon dioxide concentration, temperature data and the detected air pressure, carbon dioxide concentration and temperature data of the culture tank 10. Pressurized cell incubator, characterized in that consisting of; controller 30 for outputting a control signal to drive. 제 1 항에 있어서, 상기 배양탱크(10)의 측면에는 내부를 투시할 수 있는 확인창(18)이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가압식 세포 배양기.According to claim 1, Pressurized cell incubator, characterized in that the side of the culture tank (10) is further provided with a confirmation window (18) for viewing the inside. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 온수탱크(42)는 상기 공기압을 약 37℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 가압식 세포 배양기.The pressurized cell incubator according to claim 1 or 2, wherein the hot water tank (42) maintains the air pressure at about 37 ° C. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제어기(30)는 상기 설정된 배양탱크(10)의 공기압, 이산화탄소 농도, 온도 데이터 및 검출된 상기 배양탱크(10) 내부의 공기압, 이산화탄소 농도, 온도 데이터를 표시하는 표시창(32)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가압식 세포 배양기.According to claim 1 or 2, wherein the controller 30 is the air pressure, carbon dioxide concentration, temperature data of the set culture tank 10 and the detected air pressure, carbon dioxide concentration, temperature data in the culture tank (10) A pressurized cell incubator further comprising a display window 32 for displaying. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 이산화탄소 봄베(50)는 2개의 이산화탄소 봄베(50)가 상호 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 가압식 세포 배양기.The pressurized cell incubator of claim 1 or 2, wherein the carbon dioxide bomb (50) is connected in parallel with two carbon dioxide bombs (50).
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