KR20140112550A

KR20140112550A - 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치

Info

Publication number: KR20140112550A
Application number: KR1020147022458A
Authority: KR
Inventors: 다카시 쓰무라; 다카히로 오노
Original assignee: 가부시키가이샤 제이텍
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-09-23
Also published as: EP2821477B1; CN104169413B; WO2013129558A8; WO2013129558A1; JPWO2013129558A1; US20150010996A1; KR101504902B1; US9212344B2; CN104169413A; EP2821477A4; JP5648765B2; EP2821477A1

Abstract

(과제)
본 발명은, 소수의 샬레로 세포를 배양하는 방식이 소규모인 세포배양장치에 있어서 배양액의 자동교환과 세포배양을 동일한 캐비티내에서 하는 것이 가능하여 장치비용을 대폭적으로 감소시키는 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치를 제공한다.
(해결수단)
인큐베이터실(1)의 내부에 적어도 상하 1조의 원판을 배치하고, 세포와 배양액을 넣은 샬레(4, 6)를 하측원판(18, 29)에 지지하고, 윗뚜껑(5, 7)을 상측원판(19, 30)에 지지하고, 윗뚜껑의 하방은 개방되어 있으며, 하측원판과 상측원판을 상하로 접근시켜서 샬레에 윗뚜껑이 덮인 상태와, 하측원판과 상측원판을 상하로 이격시키고 또한 일방을 소정의 각도로 회전시켜서 샬레로부터 윗뚜껑을 옆으로 비켜 놓고 일부 노출된 상태를 실현할 수 있으며, 상측원판에 형성된 삽입공에 상방으로부터 배양액 교환수단(13)을 샬레의 노출부분에 삽입하여 배양액을 교환한 후에, 샬레에 윗뚜껑을 덮어서 세포배양을 계속한다.

Description

배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치{CELL CULTURE DEVICE HAVING CULTURE MEDIUM REPLACEMENT FUNCTION}

본 발명은 배양액 교환기능(培養液交換機能)을 구비한 세포배양장치(細胞培養裝置)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 샬레(schale;petri dish)로 세포(細胞)나 균류(菌類)를 배양하기 위한 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치에 관한 것이다.

종래로부터, 샬레에 배양액과 세포를 넣고 윗뚜껑을 덮은 상태에서 온도나 분위기 가스 등의 환경이 제어된 인큐베이터(incubator)내에 수용하여 배양하고, 일정한 기간마다 인큐베이터로부터 샬레를 꺼내어 분주(分注)나 분리(分離)를 하는 작업공간으로 이송하여 거기에서 배양액을 교환하고, 다시 인큐베이터내로 되돌리는 작업을 반복하면서 세포를 배양하고 있었다. 배양액 교환작업을 사람의 손으로 하는 경우에, 작업중에 잡균(雜菌)이나 콘태미네이션(contamination)이 혼입되지 않도록 세심한 주의를 기울일 필요가 있을 뿐만 아니라, 배양액 교환은 2∼3일마다 할 필요가 있으며 또한 교환시기가 심야(深夜)가 되는 경우도 있어 연구자나 작업자는 막대한 노동력과 부담을 강요당하고 있었다. 그래서 최근에는 배양액을 자동으로 교환할 수 있는 자동세포배양장치가 제공되게 되었다.

특허문헌1에는, 배양 카세트(培養 cassette)내에 샬레를 수용하여 지지한 상태에서 인큐베이터내에 착탈되도록 내장함과 아울러, 밀폐구조의 배양 카세트에 가스를 유입, 배출하기 위한 가스관을 착탈 가능하게 접속하여 온도나 가스 등을 제어해서 배양하는 세포배양장치가 개시되어 있다. 상기 인큐베이터에는 자동개폐가 가능한 개폐문(開閉門)을 구비하고, 상기 개폐문을 열어 로봇 핸드(robot hand)로 상기 배양 카세트를 꺼내서 작업실로 이송한 후에, 배양 카세트의 뚜껑을 개방하여 별도의 로봇 핸드로 샬레를 꺼내어 작업실의 소정의 위치에 세트(set)한다. 작업실에 세트된 샬레는, 배양액을 교환하는 분취·분주작업(分取·分注作業)이나 검사작업 등의 처리가 이루어진 후에, 상기와 반대의 순서로 배양 카세트에 수용한 후에 배양 카세트를 인큐베이터내로 되돌리는 것이다. 여기에서 작업실에서의 분취·분주작업은, 샬레의 윗뚜껑을 로봇 핸드로 분리하고, 상기 샬레 본체를 작업실내에서 기울여 오래된 배양액을 한쪽으로 모아서 흡인기구(吸引器具)로 액(液)을 빨아낸 후에 새로운 배양액을 채워서 윗뚜껑을 부착하는 것이다.

특허문헌2에는, 피검자(被檢者)의 세포배양에 필요한 배양조작을 하기 위한 조작부와, 세포를 배양하기 위한 인큐베이터부와, 배양에 필요한 시약류(試藥類)나 배양기구류(培養器具類)를 보관하는 보관부와, 오토클레이브 멸균(autoclave 滅菌)을 하기 위한 증기공급부(蒸氣供給部)와, 시약 및 배양기구류의 출납을 하기 위한 입출고부를 구비하고, 상기 인큐베이터부, 상기 보관부 및 입출고부는 각각 상기 조작부와 통하게 함과 아울러 상기 조작부와의 사이에 각각 밀폐문을 구비하고 있으며, 상기 밀폐문을 선택하여 개폐함으로써 상기 조작부와, 상기 조작부와 통하는 상기 인큐베이터부, 상기 보관부 및 입출고부 중의 어딘가에 상기 증기공급부로부터의 멸균증기가 공급되는 자동세포배양장치가 개시되어 있다.

그리고 상기 조작부는, 조작로봇과, 원심분리기(遠心分離器)와, 세포배양에 필요한 배양조작기기(培養操作機器)를 구비하고, 상기 배양조작기기에는, 턴테이블(turntable)과, 피펫장치(pipette裝置)와, 원심관 핸들링 장치(遠心管 handling 裝置)가 포함되고, 상기 세포배양에 필요한 상기 배양조작에는, 배지교환조작(培地交換操作)과 계대조작(繼代操作)이 포함되어 있다. 사람의 손을 대신하여 실제의 배양조작을 하는 조작로봇으로서, 특허문헌3에도 기재되어 있는 바와 같이 범용적인 다관절형 산업용 로봇(多關節型産業用 robot)을 사용하고 있다. 다관절형 산업용 로봇은 컴퓨터로 제어함으로써 사람의 손에 의한 작업과 대략 같은 작업을 할 수 있으며 또한 제어 프로그램을 변경함으로써 다른 동작도 할 수 있는 범용성을 구비하고 있지만 매우 비싸기 때문에, 자동세포배양장치도 대규모이고 가격이 비싼 시스템이 되어 간단히 사용할 수 있는 것은 아니다.

특허문헌1 : 일본국 공개특허 특개2006-014675호 공보 특허문헌2 : 일본국 공개특허 특개2006-115798호 공보 특허문헌3 : 일본국 공개특허 특개2006-149268호 공보

그래서 본 발명이 상기의 상황을 감안하여 해결하려는 과제는, 소수의 샬레로 세포를 배양하는 방식이 소규모인 세포배양장치에 있어서 배양액의 자동교환과 세포배양을 동일한 캐비티(cavity)내에서 하는 것이 가능하여 장치비용을 대폭적으로 감소시키는 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치를 제공하는 점에 있다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위하여 인큐베이터실의 내부에 각각 회전 가능한 축에 고정된 적어도 상하 1조의 원판을 수평으로 배치하고, 세포와 배양액을 넣은 샬레를 하측원판에 지지함과 아울러 윗뚜껑을 상측원판에 지지하고, 상기 윗뚜껑의 하방은 개방되어 있고, 상기 하측원판과 상기 상측원판을 상하로 접근시켜서 상기 샬레에 윗뚜껑이 덮인 상태와, 상기 하측원판과 상기 상측원판을 상하로 이격시키고 또한 일방을 소정의 각도로 회전시켜서 상기 샬레로부터 윗뚜껑을 옆으로 비켜 놓고 일부 노출된 상태를 실현할 수 있고, 이때에 상기 상측원판에 형성된 삽입공에 상방으로부터 배양액 교환수단을 상기 샬레의 노출부분에 삽입하여 배양액을 교환한 후에 상기 배양액 교환수단을 대피시키고, 상기 하측원판과 상기 상측원판을 회전이동시키고 상하로 이동시켜서 상기 샬레에 윗뚜껑을 덮어 세포배양을 계속하는 것을 특징으로 하는 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치를 구성했다.

또한 구체적으로는 본 발명의 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치는, 인큐베이터실과 그 상부에 구동실을 분리벽을 사이에 두고 배치하고, 동일한 회전중심을 가지는 제1축체와 제2축체를 동축으로 배치하고, 제1축체는 제2축체에 대하여 축방향으로 슬라이드 가능하고 또한 제1축체와 제2축체는 소정의 각도만큼 상대적으로 회전 가능하게 된 회전축체를, 상기 분리벽에 형성된 축공을 연직방향으로 관통시켜 베어링부에서 지지하고, 상기 회전축체의 제2축체는 일정한 위치에 회전 가능하게 지지되어 상기 구동실의 내부에 배치된 모터에 의하여 회전하도록 구동되고, 상기 회전축체의 제1축체는 상기 구동실의 내부에 배치된 리니어 액추에이터에 의하여 연직방향으로 상하로 구동되고, 상기 인큐베이터실의 내부에서 상기 제2축체의 하부에 샬레를 지지하는 하측원판을 동심모양으로 직접 또는 간접적으로 고정함과 아울러, 상기 제1축체의 하부에 샬레의 윗뚜껑을 지지하는 상측원판을 동심모양으로 직접 또는 간접적으로 고정하고, 상기 하측원판에는 동일한 원주상에 샬레를 재치하여 지지하는 지지부를 일정한 회전각도마다 복수개 형성하고, 상기 상측원판에는 상기 지지부와 중심을 동일한 위치로 하여 샬레를 받아 들이는 개구를 형성함과 아울러, 상기 개구의 주연부에 샬레의 윗뚜껑의 외주부를 지지하는 윗뚜껑지지부를 설치하고 또한 상기 윗뚜껑지지부에 지지된 윗뚜껑의 일측에서 근접한 위치에 상측원판을 관통하는 삽입공을 형성하고, 상기 배양액 교환수단을 구성하는 배양액의 흡인관과 토출관을, 상기 분리벽을 관통시켜 인큐베이터실로 늘어뜨림과 아울러 상기 구동실의 내부에 설치된 리니어 액추에이터에 의하여 상하로 구동하고, 상기 상측원판과 하측원판의 상대적 회전각도가 제로이고 상측원판이 강하하여 샬레에 윗뚜껑을 덮은 상태에서 세포배양을 한 후에, 상측원판을 상승시키고 또한 상측원판에 대하여 하측원판을 소정의 각도만큼 회전변위시켜서 샬레로부터 윗뚜껑을 비켜 놓은 상태에서 상기 흡인관과 토출관을 강하시켜서 상기 상측원판의 삽입공을 통하여 앞쪽끝을 상기 샬레의 내부에 위치시켜서 오래된 배양액을 흡인관으로 배출한 후에, 토출관으로부터 새로운 배양액을 주입하여 배양액을 자동교환하는 구성이다.

또한 본 발명은, 샬레를 지지하는 하측원판과 상기 샬레의 윗뚜껑을 지지하는 상측원판을 1조로 하여 그것을 상하로 2조 이상 다단으로 배치하고, 각 단의 하측원판을 상기 제2축체의 하부에 직접 또는 간접적으로 고정함과 아울러 각 단의 상측원판을 상기 제1축체의 하부에 직접 또는 간접적으로 고정하고, 각 단의 모든 하측원판은 상기 제2축체에 의하여 일체로서 회전하도록 구동하고, 각 단의 모든 상측원판은 상기 제1축체에 의하여 일체로서 승강하도록 구동하고, 각 단에 지지된 샬레와 윗뚜껑은 최상단으로부터 최하단에 순차적으로 1회전방향으로 일정한 각도만큼 변위된 위치에 지지되어 윗뚜껑을 비켜 놓았을 때에 평면에서 볼 때 모든 샬레의 일부가 노출되도록 설정함과 아울러, 각 단의 상측원판에는 그 하방의 샬레의 노출부분에 대응하는 위치에 상기 삽입공을 형성함과 아울러, 적어도 최하단을 제외한 각 단의 하측원판에는 하단측의 샬레의 노출부분에 대응하는 위치에 관통공을 형성하고, 최상단의 샬레에는 최상단의 상측원판의 삽입공을 통하여 상기 배양액 교환수단을 삽입하여 배양액을 교환하고, 그 이외의 하단의 샬레에는 그 상방에 위치하는 각 상측원판의 상기 삽입공 및 각 하측원판의 관통공을 통하여 상기 배양액 교환수단을 삽입하여 배양액을 교환하도록 구성하는 것도 바람직하다.

또한 본 발명은, 상기 상측원판과 하측원판의 상대적 회전각도가 제로이고 상측원판이 강하하여 샬레에 윗뚜껑을 덮은 상태에서 기능하고, 상기 상측원판과 하측원판을 회전에 대하여 일체화시키는 동조회전수단과, 상기 상측원판을 상승시켜서 샬레로부터 윗뚜껑을 벗긴 상태에서 기능하고, 상기 상측원판의 회전을 저지하는 회전규제수단을 구비하여 이루어지는 것도 바람직하다.

그리고 본 발명은, 상기 인큐베이터실의 내부에 위치하는 상기 회전축체의 하부는, 상기 제1축체와 제2축체 중의 일방이 원통상의 외측축부이고 타방이 그 내부에 위치하는 내측축부로 되어 있고, 외측축부의 외주에 돌출하도록 형성된 복수개의 고정편에 상기 상측원판과 하측원판의 일방을 고정하고, 내측축부의 외주에 돌출하도록 형성되어 상기 외측축부에 형성된 복수개의 개구부로부터 반경방향 외측으로 출현한 복수개의 고정편에 상기 상측원판과 하측원판의 타방을 고정하고, 상기 개구부는 윗뚜껑의 개방동작시에 그 내부에서 상기 내측축부의 고정편에 대한 상대적인 상승과 소정의 회전각도의 변위를 허용하는 크기를 구비하고 있는 것이다.

또한 본 발명은, 상기 인큐베이터실의 내부에 위치하는 상기 회전축체는, 최상단의 상측원판의 상위에 상기 제1축체와 제2축체를 각각 상하로 분리, 연결 가능한 연결부를 구비하고 있다.

또한 본 발명은, 상기 분리벽에 상기 흡인관과 토출관을 인큐베이터실로 도입하는 관통공을 형성하고, 상기 구동실에 설치한 리니어 액추에이터에 의하여 상하로 구동하는 지지로드를 상기 관통공을 통하여 연직으로 배치함과 아울러, 상기 지지로드의 하측끝에 고정되어 인큐베이터실의 내부에 위치하는 플랜지판에 상기 흡인관과 토출관을 관통시켜 고정하고, 상기 지지로드를 상승시켰을 때에 상기 플랜지판으로 상기 관통공을 기밀상태로 폐쇄하고, 상기 지지로드를 하강시켜서 상기 흡인관과 토출관의 앞쪽끝을 상기 샬레의 내부로 인도하는 것이다.

또한 본 발명은, 상기 회전축체를 상기 분리벽에 회전 가능하게 지지하는 베어링부 및 상기 회전축체는, 상기 인큐베이터실을 기밀상태로 유지하는 가스밀봉기능을 구비하고 있다.

그리고 본 발명은, 상기 인큐베이터실의 정면에 개폐문을 설치함과 아울러, 상기 하측원판의 지지부와 상기 상측원판의 윗뚜껑지지부를 상하로 위치를 맞춘 상태에서 각각 외주부로부터 지지부 및 윗뚜껑지지부에 걸쳐서 손가락이 통과 가능한 노치부를 형성하고, 상기 상측원판의 노치부는 상기 개구와 통하게 되도록 하여 이루어지는 것이다.

여기에서 상기 하측원판의 지지부는, 상기 노치부의 주위 상면에 형성된 샬레의 바닥부를 받아 들이는 오목단부이다.

또한 상기 상측원판의 윗뚜껑지지부는, 샬레의 윗뚜껑의 외주면에 접하여 멈추게 함과 아울러 상기 윗뚜껑 하측끝 가장자리를 재치하여 지지하는 3개 이상의 계지폴을 상기 개구의 주연부에 배치하여 이루어지는 것이다.

상기한 바와 같이 하여 이루어지는 본 발명의 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치는, 인큐베이터실의 내부에서 하측원판의 지지부에 샬레를 지지시킴과 아울러 상측원판의 윗뚜껑지지부에 윗뚜껑을 지지하고, 최초에 샬레의 내부에 세포와 배양액을 넣어 세트하면 후에는 자동적으로 배양액을 교환하면서 세포를 배양할 수 있으며, 즉 자동적으로 윗뚜껑을 샬레로부터 비켜 놓고 오래된 배양액을 흡인관으로 배출한 후에 새로운 배양액을 토출관으로 주입하고, 그 다음에 윗뚜껑을 샬레에 덮어 배양을 계속할 수 있으며, 그들 조작을 인큐베이터실의 내부에서 할 수 있기 때문에 장치가 컴팩트(compact)하게 됨과 아울러 구조가 간단하게 되어, 장치비용을 대폭적으로 감소시킬 수 있으며 연구자나 작업자의 부담을 경감시킬 수 있다.

또한 샬레를 지지하는 하측원판과 샬레의 윗뚜껑을 지지하는 상측원판의 조(組)를 다단으로 설치하면, 소규모의 세포배양장치임에도 불구하고 비교적 다수의 샬레를 동시에 세트하여 효율적으로 배양할 수 있으며, 그리고 각 샬레의 배양액을 개별적이고 자동적으로 교환할 수 있으며 또한 설계상에 있어서의 자유도가 커지게 되기 때문에, 샬레의 크기나 인큐베이터실의 공간의 넓이에 따라 1단당(一段當) 샬레 지지 개수(個數)와 단수(段數)를 최적으로 설정할 수 있어, 공간효율이 높은 세포배양장치를 제공할 수 있다.

또한 샬레에 윗뚜껑을 덮은 상태에서 기능하고 상기 상측원판과 하측원판을 회전에 대하여 일체화시키는 동조회전수단(同調回轉手段)과, 상기 상측원판을 상승시켜서 샬레로부터 윗뚜껑을 벗긴 상태에서 기능하고 상기 상측원판의 회전을 저지하는 회전규제수단(回轉規制手段)을 구비함으로써, 상측원판은 리니어 액추에이터에 의하여 연직방향으로 상하로 구동하고 회전에 대하여는 자유이고, 하측원판만을 모터에 의하여 회전하도록 구동하는 것뿐인 간단한 구조로서, 본 발명에 있어서 윗뚜껑의 개폐동작과 배양액 교환기능에 대한 샬레의 위치의 설정과 같은 기본기능을 실현할 수 있다.

또한 상기 인큐베이터실의 내부에 위치하는 상기 회전축체는, 최상단의 상측원판의 상위에 상기 제1축체와 제2축체를 각각 상하로 분리, 연결 가능한 연결부를 구비하고 있으면, 샬레와 윗뚜껑을 지지하는 하측원판과 상측원판을 회전축체의 하부와 함께 인큐베이터실로부터 꺼내서 고도(高度)의 세정, 멸균처리를 할 수 있다.

상기 회전축체를 상기 분리벽에 회전 가능하게 지지하는 베어링부 및 상기 회전축체는, 상기 인큐베이터실을 기밀상태로 유지하는 가스밀봉기능을 구비하고 있기 때문에, 오토클레이브(autoclave)나 오존 살균(ozone 殺菌) 등의 각종 살균·멸균처리를 할 때에 인큐베이터실을 기밀상태로 할 수 있으며, 구동실의 내부에 설치된 모터나 리니어 액추에이터 등의 구동부를 고온고압 스팀(高溫高壓 steam)이나 오존 등의 각종 가스로부터 보호할 수 있으며 또한 세포배양 중에 구동실로부터의 잡균(雜菌)이나 콘태미네이션(contamination)의 침입을 방지할 수 있다.

그리고 상기 인큐베이터실의 정면에 개폐문을 설치함과 아울러, 상기 하측원판의 지지부와 상기 상측원판의 윗뚜껑지지부를 상하로 위치를 맞춘 상태에서 각각 외주부로부터 지지부 및 윗뚜껑지지부에 걸쳐서 손가락이 통과 가능한 노치부를 형성하고, 상기 상측원판의 노치부는 상기 개구와 통하게 함으로써, 최초에 샬레에 세포와 배양액을 넣고 윗뚜껑을 덮은 상태에서 개폐문을 열고 샬레와 윗뚜껑을 손가락으로 집어서 원판에 세트할 때에, 상기 하측원판과 상측원판의 노치부에 의하여 손가락을 원판의 중심방향으로 진행시킬 수 있으며, 그리고 상측원판의 개구로부터 샬레를 떨어뜨려 넣으면, 하측원판의 지지부에 샬레가 지지됨과 동시에 상측원판의 윗뚜껑지지부에 윗뚜껑이 지지되기 때문에 샬레를 세트하는 작업이 매우 용이하게 된다.

[도1] 본 발명에 관한 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치의 제1실시형태를 나타내고, 세포배양장치의 내부구조를 투시하여 나타낸 일부생략 전체 사시도이다.
[도2] 마찬가지로 일부생략한 종단면도이다.
[도3] 하단하측원판에 샬레를 지지한 상태의 평면도이다.
[도4] 하단상측원판에 샬레의 윗뚜껑을 지지한 상태의 평면도이다.
[도5] 상단하측원판에 상측샬레를 지지한 상태의 평면도이다.
[도6] 상단상측원판에 상측샬레의 윗뚜껑을 지지한 상태의 평면도이다.
[도7] 인큐베이터실의 홀더에 샬레를 세트하여 배양할 때의 상태를 나타내는 부분 사시도이다.
[도8] 샬레로부터 윗뚜껑을 비켜 놓고 하단의 샬레의 배양액을 교환하고 있는 상태를 나타내는 부분 사시도이다.
[도9] 상측샬레로부터 윗뚜껑을 비켜 놓고 상단의 상측샬레의 배양액을 교환하고 있는 상태를 나타내는 부분 사시도이다.
[도10] 도8의 상태의 전체 간략 단면도이다.
[도11] 홀더에 지지된 샬레에 윗뚜껑이 덮인 상태의 주요부 부분 단면도이다.
[도12] 홀더에 지지된 샬레와 윗뚜껑을 상하로 비켜 놓은 상태의 주요부 부분 단면도이다.
[도13] 홀더에 지지된 샬레로부터 윗뚜껑을 옆으로 비켜 놓고 일부를 개방한 상태의 주요부 부분 단면도이다.
[도14] 본 발명에 관한 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치의 제2실시형태를 나타내는 사시도이다.
[도15] 제2실시형태의 세포배양장치의 내부구조를 나타내는 생략 정면도이다.
[도16] 마찬가지로 종단 정면도이다.
[도17] 마찬가지로 상방으로부터 본 일부생략 사시도이다.
[도18] 마찬가지로 하방으로부터 본 일부생략 사시도이다.
[도19] 회전축체의 연결부로부터 분리한 홀더를 나타내는 사시도이다.
[도20] 회전축체의 하부구조를 나타내는 사시도이다.
[도21] 회전축체의 연결부의 구조를 나타내는 분해 사시도이다.
[도22] 회전축체의 하부구조를 나타내는 분해 사시도이다.
[도23] 회전축체의 하부구조를 나타내는 일부분해 사시도이다.
[도24] 최하단의 하측원판과 상측원판의 1조를 나타내는 부분 사시도이다.
[도25] 마찬가지로 최하단의 하측원판과 상측원판의 1조를 나타내는 분해 사시도이다.
[도26] 회전규제수단을 구성하는 제어판의 구조를 나타내는 회전축체의 횡단면도이다.
[도27] 회전축체의 하측끝을 슬라이딩 안내하고, 회전 가능하게 지지하는 가이드 유닛의 사시도이다.
[도28] 마찬가지로 가이드 유닛의 분해 사시도이다.

다음에 첨부된 도면에 나타낸 실시형태에 의거하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다. 도1 및 도2는 본 발명에 관한 배양액 교환기능(培養液交換機能)을 구비한 세포배양장치(細胞培養裝置)의 제1실시형태를 나타내고, 도3∼도6은 샬레(schale;petri dish)와 윗뚜껑을 지지하는 홀더(holder)를 구성하는 원판(圓板)을 나타내고, 도면 중의 부호 1은 인큐베이터실(incubator室), 2는 구동실(驅動室), 3은 분리벽(分離壁), 4는 샬레, 5는 윗뚜껑, 6은 상측샬레(上側schale), 7은 윗뚜껑, 8은 회전축체(回轉軸體), 9는 베어링부(bearing部), 10은 홀더, 11은 구동모터(驅動motor), 12는 리니어 액추에이터(linear actuator), 13은 배양액 교환수단(培養液交換手段)을 각각 나타내고 있다.

본 발명은, 도1 및 도2에 나타나 있는 바와 같이 인큐베이터실(1)과 그 상부(上部)에 구동실(2)을 분리벽(3)을 사이에 두고 배치하고, 상기 분리벽(3)을 관통시켜 회전축체(8)를 연직으로 배치하여 베어링부(9)에서 축방향으로 슬라이드 가능하고 또한 회전 가능하게 지지하고, 상기 인큐베이터실(1)의 내부에서 상기 회전축체(8)의 하측끝부에 홀더(10)를 설치함과 아울러, 상기 구동실(2)의 내부에서 회전축체(8)의 상부를 구동모터(11)로 회전하도록 구동하고, 상기 홀더(10)에는 샬레(4)와 그 윗뚜껑(5), 상측샬레(6)와 그 윗뚜껑(7)을 복수개 지지할 수 있도록 되어 있다. 그리고 상기 분리벽(3)을 관통시켜 배양액 교환수단(13)을 설치하여, 상기 인큐베이터실(1)의 내부에서 상기 홀더(10)에 지지된 채 샬레(4)로부터 윗뚜껑(5)을 옆으로 비켜 놓음과 아울러 상측샬레(6)로부터 윗뚜껑(7)을 옆으로 비켜 놓고 배양액을 자동적으로 교환할 수 있도록 되어 있다.

상기 회전축체(8)는, 동일한 회전중심을 갖는 제1축체(14)와 제2축체(15)를 동축(同軸)으로 배치하고, 제1축체(14)는 제2축체(15)에 대하여 축방향으로 슬라이드 가능하고 또한 제1축체(14)와 제2축체(15)는 소정의 각도만큼 상대적으로 회전 가능하게 된 것이다. 그리고 상기 회전축체(8)의 제2축체(15)는 일정한 위치에 회전 가능하게 지지되어 상기 구동실(2)의 내부에 배치된 구동모터(11)에 의하여 회전하도록 구동되고, 상기 회전축체(8)의 제1축체(14)는 상기 구동실(2)의 내부에 배치된 리니어 액추에이터(12)에 의하여 연직방향으로 상하로 구동된다. 본 실시형태에서는 제1축체(14)는 원통상의 회전통(回轉筒)으로 하고, 제2축체(15)는 그 내부에 위치하는 중심축(中心軸)으로 하기 때문에, 이하의 제1실시형태에서는 제1축체(14)를 회전통(14)으로 표시하고, 제2축체(15)를 중심축(15)으로 표시한다.

더 상세하게는 상기 회전축체(8)는, 회전통(14)의 내부에 중심축(15)을 동축상태에서 관통시킴과 아울러 상기 중심축(15)에 대하여 상기 회전통(14)을 축방향으로 슬라이드 가능하게 하고, 상기 회전통(14)에 대하여 상기 중심축(15)을 소정의 각도만큼 회전변위 가능하게 했다. 상기 회전축체(8)를 상기 분리벽(3)에 형성된 축공(軸孔)(16)에 관통시켜 연직으로 배치하고, 상기 회전축체(8)의 중심축(15)을 상기 구동실(2)의 내부에서 일정한 위치에 회전 가능하게 지지함과 아울러, 상기 회전통(14)을 상기 구동실(2)의 내부에서 상기 베어링부(9)에 의하여 축방향으로 슬라이드 가능하고 또한 회전 가능하게 지지하고 있다. 여기에서 상기 중심축(15)의 상측끝부를 상기 구동실(2) 내부의 스러스트(thrust) 및 레이디얼 베어링(radial bearing)(도면에는 나타내지 않는다)으로 일정한 위치에 회전 가능하게 지지하고, 상기 회전축체(8) 및 홀더(10)의 하중(荷重)을 지지하고 있다. 상기 베어링부(9)는, 상기 회전통(14)의 이동에 대하여 제동작용(制動作用)(회전규제수단)과 기밀상태(氣密狀態)로 유지하는 밀봉작용(密封作用)을 구비한 것으로서, 예를 들면 베어링의 상하부에 O링(O-ring)에 의한 밀봉부를 설치하여, O링에 의하여 제동작용과 밀봉작용을 갖게 하고 있다. 상기 중심축(15)은 구동모터(11)와 톱니부착 풀리(toothed pulley), 타이밍 벨트(timing belt)(17)에 의하여 회전하도록 구동되고, 상기 회전통(14)은 리니어 액추에이터(12)에 의하여 연직방향으로 상하로 구동된다. 상기 구동모터(11)는, 그 회전각도를 정확하게 조절하여 상기 중심축(15)을 회전시킬 수 있는 것으로서, 스텝핑 모터(stepping motor)나 서보 모터(servo motor)를 사용한다.

그리고 상기 홀더(10)는, 상기 중심축(15)의 하측끝에 샬레(4)를 지지하는 하측원판(下側圓板)(18)의 중심을 고정함과 아울러 상기 회전통(14)의 하측끝에 샬레(4)의 윗뚜껑(5)을 지지하는 상측원판(上側圓板)(19)의 중심을 고정하여 구성되어 있다. 상기 하측원판(18)에는, 도3에 나타나 있는 바와 같이 동일한 원주상(圓周上)에 샬레(4)를 재치(載置)하여 지지하는 지지부(支持部)(20)를 일정한 회전 각도마다 복수개 형성하고 있다. 구체적으로는 상기 하측원판(18)의 지지부(20)는, 샬레(4)의 외주면(外周面)에 접하여 멈추게 하는 3개 이상의 돌기(突起)(21, …)로 구성되고, 본 실시형태에서는 4개의 돌기(21, …)가 샬레(4)를 둘러싸도록 하측원판(18)의 상면(上面)에 돌출하여 형성되도록 구성했다. 또한 상기 상측원판(19)에는, 도4에 나타나 있는 바와 같이 상기 지지부(20)와 중심을 동일한 위치로 하여 샬레(4)를 받아 들이는 개구(開口)(22)를 형성함과 아울러, 상기 개구(22)의 주연부(周緣部)에 샬레(4)의 윗뚜껑(5)의 외주부를 지지하는 윗뚜껑지지부(23)를 형성하고 또한 상기 윗뚜껑지지부(23)에 지지된 윗뚜껑(5)의 일측(一側)에서 근접한 위치에 상측원판(19)을 관통하는 삽입공(揷入孔)(24)을 형성하고 있다. 구체적으로는 상기 상측원판(19)의 윗뚜껑지지부(23)는, 샬레(4)의 윗뚜껑(5)의 외주면에 접하여 멈추게 함과 아울러 상기 윗뚜껑(5)의 하측끝 가장자리를 재치하여 지지하는 3개 이상의 계지폴(係止pawl)(25, …)을 상기 개구(22)의 주연부에 배치하여 구성되고, 본 실시형태에서는 개구(22)의 주연부에 4개의 계지폴(25, …)이 윗뚜껑(5)을 둘러싸도록 상측원판(19)의 상면에 돌출하도록 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 6개의 샬레(4, …)와 윗뚜껑(5, …)을 세트할 수 있도록 되어 있다.

상기 배양액 교환수단(13)을 구성하는 배양액의 흡인관(吸引管)(26)과 토출관(吐出管)(27)을 상기 분리벽(3)을 관통시켜 인큐베이터실(1)로 늘어뜨림과 아울러, 상기 구동실(2)의 내부에 설치된 리니어 액추에이터(28)에 의하여 상하로 구동하고, 상기 상측원판(19)과 하측원판(18)의 상대적 회전각도가 제로이고 상측원판(19)이 강하하여 샬레(4)에 윗뚜껑(5)을 덮은 상태에서 세포배양을 한 후에, 상측원판(19)을 상승시키고 또한 상측원판(19)에 대하여 하측원판(18)을 소정의 각도만큼 회전변위시켜 샬레(4)로부터 윗뚜껑(5)을 비켜 놓은 상태에서, 상기 흡인관(26)과 토출관(27)을 강하시켜서 상기 상측원판(19)의 삽입공(24)을 통하여 앞쪽끝을 상기 샬레(4)의 내부에 위치시켜서 오래된 배양액을 흡인관(26)으로 배출한 후에, 토출관(27)으로부터 새로운 배양액을 주입하여 배양액을 자동교환한다. 이 경우에 상기 흡인관(26)으로 오래된 배양액을 흡인할 때에 상기 토출관(27)의 앞쪽끝이 오래된 배양액에 접촉되지 않도록, 상기 토출관(27)의 앞쪽끝은 흡인관(26)의 앞쪽끝보다 약간 높은 위치에 설정되어 있다.

본 실시형태에서는 2매가 1조(一組)인 원판을 상하에 2조 수평으로 배치하고, 하단(下段)의 1조의 원판을 상기 하측원판(18)과 상측원판(19)으로서 각각 하단하측원판(18)과 하단상측원판(19)이라고 하고, 상단(上段)의 1조의 원판을 상단하측원판(29)과 상단상측원판(30)이라고 하고, 상단하측원판(29)의 중심을 상기 회전통(14)에 느슨하게 삽입하고 또한 상기 중심축(15)에 대하여 고정적으로 설치함과 아울러 상단상측원판(30)의 중심을 상기 회전통(14)에 고정하고, 상단하측원판(29)은 하단하측원판(18)의 지지부(20)로부터 중심측으로 세워서 설치된 복수개의 연결로드(連結rod)(31, …)와 연결하여 일체화함과 아울러 하단상측원판(19)에는 상기 연결로드(31)를 삽입하고 또한 상기 연결로드(31)의 상대적 변위를 허용하는 대피공(待避孔)(32, …)을 형성하고 있다.

그리고 상기와 마찬가지로 상단하측원판(29)에는, 도5에 나타나 있는 바와 같이 상기 하단하측원판(18)의 지지부(20)와 같은 위치에 상기 샬레(4)보다 소형의 상측샬레(6)를 재치하여 지지하는 제2지지부(33, …)가 복수개 형성되고, 상기 제2지지부(33)는 상측샬레(6)의 외주면에 접하여 멈추게 하는 4개의 돌기(34, …)로 구성되어 있다. 상기 샬레(4)의 일부는 상기 상측샬레(6)의 측방에 상하로 노출되도록 되어 있다. 또한 상단상측원판(30)에는, 도6에 나타나 있는 바와 같이 상기 지지부(20)와 중심을 동일한 위치로 하여 상측샬레(6)를 받아 들이는 개구(35)를 형성함과 아울러, 상기 개구(35)의 주연부에 상측샬레(6)의 윗뚜껑(7)의 외주부를 지지하는 윗뚜껑지지부(36)를 형성하고 또한 상기 윗뚜껑지지부(36)에 지지된 윗뚜껑(7)의 일측에서 근접한 위치에 상단상측원판(30)을 관통하는 삽입공(37)을 형성하고 있다. 상기와 마찬가지로 상기 윗뚜껑지지부(36)는 4개의 계지폴(38, …)로 구성되어 있다.

또한 상단하측원판(29)에서 제2지지부(33)에 지지된 상측샬레(6)의 일측에서 근접한 위치에 관통공(貫通孔)(39)을 형성하고, 상기 회전통(14)을 상승시킴으로써 하단상측원판(19)과 상단상측원판(30)을 상승시키고 또한 상기 중심축(15)을 회전시킴으로써 하단상측원판(19)과 상단상측원판(30)에 대하여 각각 하단하측원판(18)과 상단하측원판(29)을 소정의 각도만큼 회전변위시켜서, 샬레(4)와 상측샬레(6)로부터 각각 윗뚜껑(5, 7)을 비켜 놓은 상태에서 상단상측원판(30)의 삽입공(37)과 상단하측원판(29)의 관통공(39)과 하단상측원판(19)의 삽입공(24)이 상하로 통하게 되어, 상기 흡인관(26)과 토출관(27)이 삽입 가능하다.

한편 하단의 샬레(4)와 상단의 상측샬레(6)는 동일한 크기의 것을 사용하는 것도 가능하다. 윗뚜껑(5, 7)을 열었을 경우에도 상하단(上下段)의 샬레(4, 6)의 위치관계는 변하지 않기 때문에, 미리 상하단의 샬레(4, 6)의 위치를 회전방향으로 비켜 놓아두면 하단의 샬레(4)도 일부가 노출되므로 상기 배양액 교환수단(13)에 의하여 배양액을 교환할 수 있다.

본 실시형태에서는 상하 2단으로 각 단에 6개의 샬레를 세트할 수 있는 구조를 나타냈지만, 동일한 구조로 상하 4단 정도까지 늘릴 수 있으며, 1단당(一段當) 지지할 수 있는 샬레의 개수를 제한하면 단수(段數)를 더 늘릴 수 있다. 반대로 단수를 2단 정도로 하면 1단당 지지할 수 있는 샬레의 수를 예를 들면 8개로 늘릴 수 있다. 단수를 늘려도 샬레를 지지하는 하단하측원판(18)과 밑에서부터 홀수 번째의 원판은 연결로드(31, …)로 연결되고, 최상위의 원판을 제외하고 밑에서부터 짝수 번째의 윗뚜껑을 지지하는 원판에는 상기 연결로드(31)의 변위를 허용하는 대피공(32)을 형성한다. 또한 최하위의 원판을 제외하고 각 원판에는, 윗뚜껑을 옆으로 비켜 놓아 열린 상태에서 그 하방에 위치하는 모든 샬레의 일부가 노출되도록 삽입공(24, 37)이나 관통공(39)과 동일한 기능의 구멍을 형성한다. 1단당 샬레의 개수나 단수는, 샬레의 크기나 인큐베이터실(1)의 공간을 효율적으로 사용하기 위하여 최적으로 설정한다.

그리고 상기 배양액 교환수단(13)을 도1 및 도2에 의거하여 더 상세하게 설명하면, 상기 분리벽(3)에 상기 흡인관(26)과 토출관(27)을 인큐베이터실(1)로 도입(導入)하는 관통공(3A)을 형성하고, 상기 구동실(2)에 설치된 리니어 액추에이터(28)에 의하여 상하로 구동하는 지지로드(支持rod)(40)를 상기 관통공(3A)에 통과시켜 연직으로 배치함과 아울러, 상기 지지로드(40)의 하측끝에 고정되어 인큐베이터실(1)의 내부에 위치하는 플랜지판(flange板)(41)에 상기 흡인관(26)과 토출관(27)을 관통시켜 고정하고, 상기 지지로드(40)를 상승시켰을 때에 상기 플랜지판(41)으로 상기 관통공(3A)을 기밀상태로 폐쇄하고, 상기 지지로드(40)를 하강시켜서 상기 흡인관(26)과 토출관(27)의 앞쪽끝을 상기 샬레(4) 또는 상측샬레(6)의 내부로 인도할 수 있도록 되어 있다. 구체적으로는 상기 분리벽(3)의 하면(下面)에서 상기 관통공(3A)의 주위에 O링을 O링 홈(O-ring groove)에 결합하여 부착해 두고, 상기 플랜지판(41)의 상면을 O링에 압접함으로써 기밀상태로 폐쇄할 수 있도록 되어 있다. 또한 상기 흡인관(26)에는, 상기 구동실(2)의 내부에서 흡인펌프(吸引pump)(42)가 접속되어 외부의 폐액 탱크(廢液 tank)로 오래된 배양액이 배출된다. 한편 상기 토출관(27)에는, 상기 구동실(2)의 내부에서 토출펌프(43)가 접속되어 외부의 보냉고(保冷庫)에 수용된 배양액 탱크로부터 새로운 배양액이 공급된다.

또한 도1 및 도2에 나타나 있는 바와 같이 상기 회전통(14)에 수직부(44A)와 수평부(44B)를 구비하는 Ｌ자모양의 가이드홈(guide groove)(44)을 형성함과 아울러, 상기 중심축(15)에 돌출하도록 형성된 핀(pin)(45)을 상기 가이드홈(44)에 결합시켜서 상기 회전통(14)과 중심축(15)을 일체로 회전시키거나(동조회전수단(同調回轉手段)), 회전통(14)에 대하여 중심축(15)을 소정의 회전각도만큼 회전변위시킬 수 있도록 되어 있다. 즉 상기 가이드홈(44)의 수직부(44A)의 상부에 상기 핀(45)이 위치했을 때에, 상기 상측원판(19, 30)은 최하강(最下降)하여 상기 샬레(4), 상측샬레(6)에 각각 윗뚜껑(5, 7)이 덮인 상태로 됨과 아울러 상기 중심축(15)을 회전하도록 구동하면 상기 회전통(14)도 일체가 되어 회전 가능한 태양(態樣)이 되며(도11 참조), 그 다음에 리니어 액추에이터(12)를 구동하여 상기 회전통(14)을 상승시키면 핀(45)이 가이드홈(44)의 수직부(44A)의 하측끝 즉 수평부(44B)의 한쪽끝에 위치하고, 그에 따라 윗뚜껑(5, 7)이 들어 올려져(도12 참조) 그 상태에서 상기 중심축(15)을 회전하도록 구동하면, 상기 핀(45)이 가이드홈(44)의 수평부(44B)의 다른쪽끝에 올 때까지 회전규제수단에 의하여 회전통(14)은 정지된 채 중심축(15)만을 소정의 각도만큼 회전시킬 수 있어, 상기 샬레(4), 상측샬레(6)로부터 윗뚜껑(5, 7)을 비켜 놓은 상태로 할 수 있다(도13 참조). 여기에서 상기 베어링부(9)에 제동작용을 갖게 하여 상기 가이드홈(44)과 핀(45)을 사용하는 대신에, 적합한 장소에 상기 회전통(14)의 회전만을 제한하는 클램프 기구(clamp 機構)를 설치하더라도 좋다. 또한 상기 회전통(14)과 중심축(15)이 일체로 되어 회전할 수 있도록, 회전통(14)과 중심축(15) 사이에 분리되는 연동기구(連動機構)를 설치하더라도 좋다.

그리고 도1, 도3∼도6에 나타나 있는 바와 같이 상기 인큐베이터실(1)의 정면(正面)에 개폐문(開閉門)(46)을 설치함과 아울러, 상기 하측원판(18, 29)의 지지부(20, 33)와 상기 상측원판(19, 30)의 윗뚜껑지지부(23, 36)를 상하로 위치를 맞춘 상태에서 각각 외주부로부터 지지부(20, 33) 및 윗뚜껑지지부(23, 36)에 걸쳐서 손가락이 통과 가능한 노치부(notch部)(47∼50)를 형성하고, 상기 상측원판(19, 30)의 노치부(48, 50)는 상기 개구(22, 35)와 통하게 되어 있다. 이렇게 함으로써 최초에 샬레(4)에 세포와 배양액을 넣고 윗뚜껑(5)을 덮은 상태에서 개폐문(46)을 열고 샬레(4)와 윗뚜껑(5)을 손가락으로 집어서 홀더(10)에 세트할 때에, 상기 하측원판(18)과 상측원판(19)의 노치부(47, 48)에 의하여 손가락을 원판의 중심방향으로 진행시킬 수 있으며, 그리고 상측원판(19)의 개구(22)로부터 샬레(4)를 떨어뜨려 넣으면 하측원판(18)의 지지부(20)에 샬레(4)가 지지됨과 동시에 상측원판(19)의 윗뚜껑지지부(23)에 윗뚜껑(5)이 지지되기 때문에, 샬레(4)를 세트하는 작업이 매우 용이하게 된다. 상단의 홀더(10)에 상측샬레(6)와 윗뚜껑(7)을 세트하는 작업도 동일하다.

도7은 샬레(4)에 윗뚜껑(5)이 덮이고, 상측샬레(6)에 윗뚜껑(7)이 덮인 상태를 나타내고, 이 상태에서 상기 배양액 교환수단(13)의 상기 흡인관(26)과 토출관(27)은 상승하고 플랜지판(41)에 의하여 상기 관통공(3A)이 기밀상태로 막혀 있기 때문에, 인큐베이터실(1)의 내부를 적합한 온도, 습도, 원하는 가스로 채워 세포를 배양할 수 있다. 도8 및 도9는 샬레(4)로부터 윗뚜껑(5)을 옆으로 비켜 놓고 동시에 상측샬레(6)로부터 윗뚜껑(7)을 옆으로 비켜 놓은 상태에서 배양액의 교환작업을 하고 있는 상태를 나타내고, 상단상측원판(30)의 삽입공(37)과 상단하측원판(29)의 관통공(39)과 하단상측원판(19)의 삽입공(24)이 상하로 통하게 되어, 상기 샬레(4)와 상측샬레(6)의 일부가 노출된 상태로 되어 있다. 도8 및 도10은 상기 흡인관(26)과 토출관(27)의 앞쪽끝이 삽입공(37), 관통공(39) 및 삽입공(24)을 통하여 하단의 샬레(4)의 내부에 위치하여 배양액의 교환을 하고 있는 모양을 나타내고, 도9는 상기 흡인관(26)과 토출관(27)의 앞쪽끝이 삽입공(37)을 통하여 상단의 상측샬레(6)의 내부에 위치하여 배양액의 교환을 하고 있는 모양을 나타내고 있다.

다른 위치의 샬레(4), 상측샬레(6)의 배양액을 교환하기 위해서는, 상기 샬레(4)에 윗뚜껑(5)을 씌우고 상측샬레(6)에 윗뚜껑(7)을 씌운 상태에서 상기 구동모터(11)에 의하여 중심축(15)을 소정의 각도로 회전시켜서, 상기 흡인관(26)과 토출관(27)의 위치에 목적으로 하는 샬레(4) 또는 상측샬레(6)의 위치를 맞추고, 그 다음에 상기한 바와 같이 회전통(14)을 상승시킨 후에 중심축(15)을 소정의 회전각도만큼 회전시켜서 윗뚜껑(5, 7)을 옆으로 비켜 놓고 샬레(4), 상측샬레(6)의 일부를 노출시키는 것이다. 여기에서 상기 홀더(10)를 정확하게 회전하도록 제어하기 위해서, 적합한 장소에 마커(marker)를 붙이고 그것을 센서(sensor)로 읽어내어 피드백 제어(feedback 制御)하는 것도 바람직하다.

다음에 도14∼도28에 의거하여 본 발명에 관한 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치의 제2실시형태를 설명한다. 도면 중의 부호 101은 인큐베이터실, 102는 구동실, 103은 분리벽, 104는 샬레, 105는 윗뚜껑, 106은 하측원판, 107은 상측원판, 108은 회전축체, 109는 베어링부, 110은 홀더, 111은 구동모터, 112는 리니어 액추에이터, 113은 배양액 교환수단을 각각 나타내고 있다.

본 실시형태에서도 기본적인 동작은 상기의 제1실시형태와 같다. 즉 본 실시형태의 세포배양장치는, 인큐베이터실(101)의 내부에 각각 회전 가능한 축에 고정된 적어도 상하 1조의 원판(106, 107)을 수평으로 배치하고, 세포와 배양액을 넣은 샬레(104)를 하측원판(106)에 지지함과 아울러 윗뚜껑(105)을 상측원판(107)에 지지하고, 상기 윗뚜껑(105)의 하방은 개방되어 있으며, 상기 하측원판(106)과 상기 상측원판(107)을 상하로 접근시켜서 상기 샬레(104)에 윗뚜껑(105)이 덮인 상태와, 상기 하측원판(106)과 상기 상측원판(107)을 상하로 이격시키고 또한 일방(一方)을 소정의 각도로 회전시켜서 상기 샬레(104)로부터 윗뚜껑(105)을 옆으로 비켜 놓고 일부가 노출된 상태를 실현할 수 있고, 이때에 상기 상측원판(107)에 형성된 삽입공(124)을 통하여 상방(上方)으로부터 배양액 교환수단(113)을 상기 샬레(104)의 노출부분에 삽입하여 배양액을 교환한 후에 상기 배양액 교환수단(113)을 대피시키고, 상기 하측원판(106)과 상기 상측원판(107)을 회전과 상하로 이동시켜서 상기 샬레(104)에 윗뚜껑(105)을 덮어 세포배양을 계속하는 구성이다. 본 실시형태에서는, 샬레(104)를 지지하는 하측원판(106)과 상기 샬레(104)의 윗뚜껑(105)을 지지하는 상측원판(107)을 1조로 하고 그것을 4조 사용하여 상하로 4다단(四多段)으로 배치하고 있다. 각 단의 하측원판(106)은 모두 공통이며, 각 단의 상측원판(107)도 모두 공통이다. 그에 따라 본 실시형태에서는, 샬레(104)는 모두 같은 크기의 것을 사용한다.

구체적으로는 본 실시형태의 세포배양장치는, 인큐베이터실(101)과 그 상부에 구동실(102)을 분리벽(103)을 사이에 두고 배치하고, 동일한 회전중심을 가지는 제1축체(114)와 제2축체(115)를 동축으로 배치하고, 제1축체(114)는 제2축체(115)에 대하여 축방향으로 슬라이드 가능하고 또한 제1축체(114)와 제2축체(115)는 소정의 각도만큼 상대적으로 회전 가능하게 이루어진 회전축체(108)를 상기 분리벽(103)에 형성된 축공(116)을 연직방향으로 관통시켜 베어링부(109)에서 지지하고, 상기 회전축체(108)의 제2축체(115)는 일정한 위치에 회전 가능하게 지지하여 상기 구동실(102)의 내부에 배치된 구동모터(111)에 의하여 회전하도록 구동되고, 상기 회전축체(108)의 제1축체(114)는 상기 구동실(102)의 내부에 배치된 리니어 액추에이터(112)에 의하여 연직방향으로 상하로 구동되고, 상기 인큐베이터실(101)의 내부에서 상기 제2축체(115)의 하부(下部)에 샬레(104)를 지지하는 하측원판(106)을 동심모양으로 직접 또는 간접적으로 고정함과 아울러, 상기 제1축체(114)의 하부에 샬레(104)의 윗뚜껑(105)을 지지하는 상측원판(107)을 동심모양으로 직접 또는 간접적으로 고정하고, 상기 하측원판(106)에는 동일한 원주상에 샬레(104)를 재치하여 지지하는 지지부(120)를 일정한 회전각도마다 복수개 형성하고, 상기 상측원판(107)에는 상기 지지부(120)와 중심을 동일한 위치로 하여 샬레(104)를 받아 들이는 개구(122)를 형성함과 아울러, 상기 개구(122)의 주연부에 샬레(104)의 윗뚜껑(105)의 외주부를 지지하는 윗뚜껑지지부(123)를 설치하고 또한 상기 윗뚜껑지지부(123)에 지지된 윗뚜껑(105)의 일측에서 근접한 위치에 상측원판(107)을 관통하는 삽입공(124)을 형성하고, 상기 배양액 교환수단(113)을 구성하는 배양액의 흡인관(126)과 토출관(127)을 상기 분리벽(103)을 관통시켜 인큐베이터실(101)로 늘어뜨림과 아울러 상기 구동실(102)의 내부에 설치된 리니어 액추에이터(128)에 의하여 상하로 구동하고, 상기 상측원판(107)과 하측원판(106)의 상대적 회전각도가 제로이고 상측원판(107)이 강하하여 샬레(104)에 윗뚜껑(105)을 덮은 상태에서 세포배양을 한 후에, 상측원판(107)을 상승시키고 또한 상측원판(107)에 대하여 하측원판(106)을 소정의 각도만큼 회전변위시켜서 샬레(104)로부터 윗뚜껑(105)을 비켜 놓은 상태에서, 상기 흡인관(126)과 토출관(127)을 강하시켜서 상기 상측원판(107)의 삽입공(124)을 통하여 앞쪽끝을 상기 샬레(104)의 내부에 위치시켜서 오래된 배양액을 흡인관(126)으로 배출한 후에, 토출관(127)으로부터 새로운 배양액을 주입하여 배양액을 자동교환하도록 이루어지는 것이다.

더 상세하게는 도15∼도18에 나타나 있는 바와 같이 상기 회전축체(108)는, 슬리브 모양(sleeve shape)의 상기 베어링부(109)에 의하여 지지되어 있는 부분보다 상방의 구조는, 원통상의 제2축체(115)의 내부에 제1축체(114)가 슬라이딩 가능한 부시(bush)(118, 118)에 의하여 상하 슬라이드 가능하고 또한 자유회전 가능하게 관통된 구조로서, 제2축체(115)가 상기 베어링부(109)의 베어링(119, 119)에 의하여 일정한 위치에 회전 가능하게 지지되고, 상기 베어링부(109)로부터 상방으로 돌출한 제2축체(115)의 상측끝부에 고정된 풀리(129)와 상기 구동모터(111)의 구동축에 고정된 풀리(130)에 타이밍 벨트(117)를 감아 회전하도록 구동한다. 여기에서 상기 베어링부(109)와 제2축체(115) 사이, 상기 제2축체(115)와 제1축체(114) 사이에는, 가스 밀봉부를 설치하여 상기 인큐베이터실(101)에 기밀성(氣密性)을 갖게 하고 있다. 상기 구동모터(111)는, 상기 윗뚜껑(105)을 개폐하고 상기 배양액 교환수단(113)의 흡인관(126)과 토출관(127)에 대하여 샬레(104)를 정확한 회전위치에 정지시키기 위해서, 회전각도를 고정밀도로 제어할 수 있는 스텝핑 모터를 사용한다. 또한 상기 제2축체(115)의 상방으로 돌출한 상기 제1축체(114)의 상측끝부는, 로터리 조인트(rotary joint)(131)를 통하여 리니어 액추에이터(112)의 구동부(132)에 연결되어 있다.

상기 인큐베이터실(101)의 내부에 위치하는 상기 회전축체(108)에는, 최상단(最上段)의 상측원판(107)의 상위(上位)에 상기 제1축체(114)와 제2축체(115)를 각각 상하로 분리, 연결 가능한 연결부(133)를 구비하고 있다. 이 연결부(133)를 경계로 상기 회전축체(108)의 제1축체(114)는 원통형상이 되며, 그 내부에 제2축체(115)가 위치하게 된다. 즉 도16, 도18∼도25에 나타나 있는 바와 같이 상기 인큐베이터실(101)의 내부에 위치하는 상기 회전축체(108)의 하부는, 상기 제1축체(114)가 원통상의 외측축부(外側軸部)(134)이고 제2축체(115)가 그 내부에 위치하는 내측축부(內側軸部)(135)가 되고 있어, 외측축부(134)의 외주(外周)에 돌출하도록 형성된 복수개의 고정편(固定片)(136, …)에 상기 상측원판(107)을 고정하고, 내측축부(135)의 외주에 돌출하도록 형성되어 상기 외측축부(134)에 형성된 복수개의 개구부(137, …)로부터 반경방향 외측으로 출현한 복수개의 고정편(138, …)에 상기 하측원판(106)을 고정하고, 상기 개구부(137)는 윗뚜껑(105)의 개방동작시에 그 내부에서 상기 내측축부(135)의 고정편(138)에 대한 상대적인 상승과 소정의 회전각도의 변위를 허용하는 크기를 구비하고 있다. 한편 상기 제1축체(114)와 제2축체(115)의 내외(內外)의 관계는 반대이더라도 좋다. 또한 최하단(最下段)의 하측원판(106)은, 내측축부(135)의 하측끝부에 고정된 고정원판(139)에 재치하여 고정하고 있다.

여기에서 도16, 도19∼도21에 의거하여 상기 회전축체(108)의 연결부(133)의 구조를 설명한다. 한편 상기 연결부(133)보다 하방부분은 샬레(104)와 윗뚜껑(105)을 지지하는 홀더(110)로 되어 있다. 상기 제1축체(114)는 연결부(133)보다 상방은 중심축(140)으로 구성되고 연결부(133)보다 하방은 상기 외측축부(134)로 구성되고, 상기 제2축체(115)는 연결부(133)보다 상방은 원통상의 구동축(141)으로 구성되고 연결부(133)보다 하방은 상기 내측축부(135)로 구성되어 있다. 상기 구동축(141)의 하측끝에는 원통상의 외내변환부재(外內變換部材)(142)의 반경방향으로 향한 끝면을 고정하고, 상기 끝면의 중심부에 형성된 원형구멍(143)에는 상기 중심축(140)의 하측끝부를 약간의 클리어런스(clearance)를 갖게 하여 삽입하고 있다. 상기 외내변환부재(142)의 하측끝은 개방되고, 원통부(144)에는 120°마다 개구(145, …)를 형성하고 있다. 그리고 상기 중심축(140)의 하측끝에는 내외변환부재(146)의 중심부를 고정하고, 상기 중심부로부터 방사상(放射狀)으로 연장된 3개의 연결편(147, …)을 상기 외내변환부재(142)의 개구(145, …)로부터 외측으로 출현시키고 있다. 또한 원기둥 모양의 내측연결부재(148)와, 상기 내측연결부재(148)를 내부에 위치시키는 원통상의 외측연결부재(149)를 구비하고, 각각의 부재는 반경방향의 반원부와 축방향의 수직부로 대략 같은 모양이 되도록 분할하고, 측방으로부터 서로 접합할 수 있는 형상을 구비하여, 내측연결부재(148)의 상측부(148A)는 상기 외내변환부재(142)의 원통부(144)의 하측끝에 고정되고, 상기 외측연결부재(149)의 상측부(149A)는 상기 내외변환부재(146)의 연결편(147, …)에 고정되어 있다. 여기에서 상기 외내변환부재(142)와 내측연결부재(148)의 외경(外徑)은 대략 동일하게 하고 있다. 그리고 상기 내측연결부재(148)의 하측부(148B)는 상기 내측축부(135)의 일부를 구성한다. 한편 상기 외측연결부재(149)의 하측부(149B)는 상기 외측축부(134)의 일부를 구성한다. 상기 내측연결부재(148)의 상측부(148A)와 하측부(148B)는, 상기 하측부(148B)의 측방으로부터 중심부로 삽입한 1개의 연결나사(150)에 의하여 착탈 가능하게 연결된다. 상기 외측연결부재(149)의 상측부(149A)와 하측부(149B)는, 상기 하측부(149B)의 측방으로부터 양측부로 삽입한 2개의 연결나사(151, 151)에 의하여 착탈 가능하게 연결된다. 여기에서 상기 외측연결부재(149)의 하측부(149B)에는, 상기 제1축체(114)의 상승시에 상기 연결나사(150)에 간섭하지 않도록 원통부에 노치(152)를 형성하고 있다.

다음에 도16, 도20∼도23에 의거하여 상기 외측축부(134)와 내측축부(135)를 설명한다. 상기 외측축부(134)는, 원통상의 스페이서통(spacer筒)(153)과, 사방으로 돌출된 상기 고정편(136, …)을 구비하는 상측고정부재(154)를 단수에 따라 사용한다. 즉 상기 상측고정부재(154)는 단수분만큼, 상기 스페이서통(153)은 단수보다 1개 적은 수만큼 사용한다. 상기 스페이서통(153)은, 원통부에 하방으로 개방된 상기 개구부(137)를 90°마다 4군데에 형성하고, 상측끝면에는 상기 상측고정부재(154)의 링부(155)를 결합하는 결합단부(結合段部)(156)를 형성하고 있다. 한편 상기 스페이서통(153)의 원통부의 하측끝에도 결합단부(156)와 동일한 결합단부를 형성하고 있다. 상기 상측고정부재(154)는, 중앙부의 링부(155)의 외주에 상기 고정편(136, …)을 돌출하도록 형성한 구조이다. 최하단의 상측고정부재(154)는 다른 것보다 두께를 두껍게 제작하고, 그 링부(155)의 상면에 상기 스페이서통(153)의 원통부를 싣고, 상기 원통부를 상방으로부터 관통시킨 고정나사(157, …)를 상기 링부(155)에 나사결합하여 연결한다. 그리고 상기 스페이서통(153)의 결합단부(156)에, 밑에서부터 2단째의 상측고정부재(154)의 링부(155)를 결합시키고, 그 상방에 다른 스페이서통(153)의 원통부를 싣고, 상기 원통부를 상방으로부터 관통한 고정나사(157, …)를 하방의 스페이서통(153)의 원통부에 나사결합하여, 상하의 스페이서통(153, 153)에 상측고정부재(154)의 링부(155)를 끼워 넣은 상태에서 고정한다. 이것을 상단측에 반복하여 연결하고 상기 외측축부(134)를 조립한다. 여기에서 1단마다 스페이서통(153)과 상측고정부재(154)는, 1회전방향으로 일정한 각도만큼 변위된 위치에 정확하게 고정된다.

상기 내측축부(135)는, 1개의 연결축(158)과, 상기 연결축(158)에 밖에서 삽입하여 고정하는 스페이서축(spacer軸)(159) 및 사방으로 돌출된 상기 고정편(138, …)을 구비하는 하측고정부재(160)를 단수에 따라 사용한다. 단 최하단의 하측고정부재(160) 대신에 상기 고정원판(139)을 사용한다. 따라서 상기 스페이서축(159)과 하측고정부재(160)의 조합을 단수보다 1개 적은 수만큼 사용한다. 상기 스페이서축(159)은, 상기 연결축(158)을 삽입하는 삽입공(161)을 중심에 형성한 원기둥 모양이 것이다. 상기 스페이서축(159)은, 상기 삽입공(161)에 연결축(158)을 삽입하고, 외주면에서 나사결합한 고정나사(162)의 앞쪽끝을 상기 연결축(158)의 결합구멍(163)에 결합하여 고정한다. 그리고 상기 고정원판(139)의 중심구멍(164)을 상기 연결축(158)의 하측끝부에 통과시켜서, 상기 스페이서축(159)의 하면과 접합된 상태에서 하방으로부터 나사결합한다. 상기 하측고정부재(160)는, 상기 스페이서축(159)과 대략 동일한 외경의 중심원판(165)의 외주에 상기 고정편(138, …)을 돌출하도록 형성하고, 중심원판(165)에는 중심구멍(166)을 형성한 구조이다. 그리고 상기 하측고정부재(160)의 중심구멍(166)을 상기 연결축(158)의 상부로부터 통과시키고, 상기 중심원판(165)을 상기 스페이서축(159)의 상면에 접합하여 상기 중심원판(165)을 관통시킨 고정나사(167, 167)로 스페이서축(159)에 나사결합한다. 이것을 상단측에 반복하여 연결하고 상기 내측축부(135)를 조립한다. 실제로는 상기 하측고정부재(160)의 고정편(138, …)이 상기 외측축부(134)를 구성하는 상기 스페이서통(153)의 개구부(137)로부터 외측으로 돌출하도록 조립되기 때문에, 상기 스페이서축(159)과 하측고정부재(160)를 조립한 직후에 상기 스페이서통(153)과 상측고정부재(154)를 조립하고 이것을 교대로 하는 것이다. 상기 고정원판(139)과 최하단의 상기 상측고정부재(154) 및 스페이서축(159)은 특수한 형상으로 되어 있지만, 그 이외의 부재는 단수에 따라 증설하면 된다.

그리고 최상단의 상기 스페이서통(153)의 상측끝면에, 상기 연결부(133)를 구성하는 상기 외측연결부재(149)의 하측부(149B)를 상방으로부터 나사결합하여 고정함과 아울러 상기 내측연결부재(148)의 하측부(148B)를 상기 연결축(158)의 상측끝부에 나사결합하여 고정한다. 여기에서 상기 회전축체(108)를 구성하는 각 부재를 정확하게 조립하기 위해서, 양쪽 부재의 접합면의 일방에 돌출하도록 형성된 핀을 타방(他方)에 형성된 구멍에 결합하는 구조를 취하고 있다.

그리고 도15∼도25에 나타나 있는 바와 같이, 상기 내측축부(135)를 구성하는 상기 고정원판(139)과 하측고정부재(160)의 고정편(138, …)에 상기 하측원판(106)의 중앙부를 재치하여 부착함과 아울러, 상기 외측축부(134)를 구성하는 상기 상측고정부재(154)의 고정편(136, …)에 상기 상측원판(107)의 중앙부를 재치하여 부착하는 것이다.

다음에 상기 하측원판(106)과 상측원판(107)의 상세를 도24 및 도25에 의거하여 설명한다. 상기 하측원판(106)에는, 동일한 원주상에 샬레(104)를 재치하여 지지하는 지지부(120)를 일정한 회전각도마다 6군데에 형성하고, 외주부로부터 상기 지지부(120)에 걸쳐서 손가락이 통과 가능하고 평면에서 볼 때에 U자형의 노치부(168)를 각각 형성하고 있다. 여기에서 본 실시형태에서는 상기 하측원판(106)의 지지부(120)는, 상기 노치부(168)의 주위 상면에 형성된 샬레(104)의 바닥부를 받아 들이는 오목단부(凹段部)(169)이다. 또한 상기 오목단부(169)는, 상기 샬레(104)의 바닥부를 위치가 어긋나지 않게 받아 들이고 중심각이 180°보다 큰 원형모양이다. 그리고 상기 하측원판(106)의 중앙부에는, 상기 외측축부(134)의 상측고정부재(154)를 삽입 가능한 대략 X자 형상의 장착개구(裝着開口)(170)를 형성하고 있다. 그것에 의하여 상기 연결부(133)보다 하방의 상기 외측축부(134)와 내측축부(135)를 조립한 후이더라도, 상방으로부터 상기 하측원판(106)의 장착개구(170)를 외측축부(134)에 밖으로부터 삽입하고, 상기 고정편(136) 및 고정편(138)을 차례차례 통과시켜서 최하단의 고정원판(139) 혹은 다른 하측고정부재(160)의 고정편(138, …)에 장착개구(170) 이외의 부분을 재치하여 체결나사(171, …)로 부착한다. 또한 상기 하측원판(106)의 각 지지부(120)의 일측에는, 상기 배양액 교환수단(113)을 구성하는 배양액의 흡인관(126)과 토출관(127)을 삽입 가능하고 원주방향으로 연장된 대략 사각형의 관통공(172)을 형성하고 있다. 여기에서 상기 하측원판(106)을 최하단의 고정원판(139) 및 다른 하측고정부재(160)의 고정편(138)에 정확하게 조립하기 위해서, 고정원판(139) 및 고정편(138)에 돌출하도록 형성된 핀을 하측원판(106)에 형성된 구멍에 결합하는 구조를 취하고 있다.

또한 상기 상측원판(107)에는, 상기 지지부(120)와 중심을 동일한 위치로 하여 샬레(104)를 받아 들이는 개구(122)를 형성함과 아울러, 상기 개구(122)의 주연부에 샬레(104)의 윗뚜껑(105)의 외주부를 지지하는 윗뚜껑지지부(123)를 형성하고 또한 상기 윗뚜껑지지부(123)에 지지된 윗뚜껑(105)의 일측에서 근접한 위치에 상측원판(107)을 관통하는 삽입공(124)을 형성하고 있다. 여기에서 상기 삽입공(124)은 각 단의 샬레(104)에 대응하여 독립적으로 4개 형성되어 있으며, 각 삽입공(124)에 각각 상기 배양액 교환수단(113)을 구성하는 배양액의 흡인관(126)과 토출관(127)을 삽입하여 각 샬레(104)에 액세스(access)할 수 있도록 되어 있다. 단 윗뚜껑(105)에 가장 근접한 삽입공(124)은 상기 개구(122)에 연속하여 형성되어 있다. 상기 개구(122)의 외주부에 노치부(125)를 형성하고 그 외측에 개구(122)와 통하게 하여, 샬레(104)에 윗뚜껑(105)을 덮고 상하로부터 손가락으로 집은 상태에서 상기 노치부(168)와 노치부(125)를 손가락이 통과할 수 있도록 되어 있다. 또한 상기 상측원판(107)의 윗뚜껑지지부(123)는, 합성수지로 만든 깎아낸 부품 혹은 성형부품으로서, 샬레(104)의 윗뚜껑(105)의 외주면에 접하여 멈추게 함과 아울러 상기 윗뚜껑(105)의 하측끝 가장자리를 재치하여 지지하는 계지폴(173)을 한쪽끝부에 구비하고 있다. 상기 윗뚜껑지지부(123)는, 상기 개구(122)의 주연부에 3개 배치되어 상기 윗뚜껑(105)을 흔들림 없이 지지할 수 있도록 되어 있다. 그리고 상기 상측원판(107)의 중앙부에는, 상기 하측원판(106)의 장착개구(170)와 같은 모양의 장착개구(174)를 형성하고 있다. 그리고 상기 상측원판(107)도 하측원판(106)과 마찬가지로 장착개구(174)를 상기 외측축부(134)에 밖으로부터 삽입하고, 장착개구(174) 이외의 부분을 상기 상측고정부재(154)의 고정편(136, …)에 재치하여 체결나사(175, …)로 부착한다. 여기에서 상기 상측원판(107)을 상측고정부재(154)의 고정편(136)에 정확하게 조립하기 위해서, 고정편(136)에 돌출하도록 형성된 핀을 하측원판(106)에 형성된 구멍에 결합하는 구조를 취하고 있다.

또한 본 실시형태에서는, 상기 상측원판(107)과 하측원판(106)의 상대적 회전각도가 제로이고 상측원판(107)이 강하하여 샬레(104)에 윗뚜껑(105)을 덮은 상태에서 기능하고, 상기 상측원판(107)과 하측원판(106)을 회전에 대하여 일체화시키는 동조회전수단을 구비하고 있다. 구체적으로는 동조회전수단은, 도24 및 도25에 나타나 있는 바와 같이 최하단의 상기 상측원판(107)과 하측원판(106)의 1조로, 상기 하측원판(106)의 상면에 핀(176)을 상방을 향하여 돌출하도록 형성하는 한편 상기 상측원판(107)에 상기 핀(176)을 결합하는 결합구멍(177)을 형성하여 구성했다. 그리고 상기 윗뚜껑(105)을 샬레(104)에 덮을 때에, 상기 상측원판(107)을 하강시키는 동작시에 상기 핀(176)이 결합구멍(177)에 결합하도록 되어 있다. 그 후에 상기 제2축체(115) 즉 내측축부(135)를 회전하도록 구동하여 상기 하측원판(106)을 회전시키면, 상기 상측원판(107)도 일체가 되어 회전한다.

또한 본 실시형태에서는, 상기 상측원판(107)을 상승시켜서 샬레(104)로부터 윗뚜껑(105)을 벗긴 상태에서 기능하고, 상기 상측원판(107)의 회전을 저지하는 회전규제수단을 구비하고 있다. 구체적으로는 회전규제수단은, 도16, 도18, 도19 및 도26에 나타나 있는 바와 같이 상기 제1축체(114)를 구성하는 상기 내외변환부재(146)에 있어서 1개의 연결편(147)을 외측으로 연장하고, 상기 연장부분(178)의 앞쪽끝부 상면에 핀(179)을 상방을 향하여 돌출하도록 형성하고, 상기 베어링부(109)의 하측끝에 고정된 원형의 제어판(180)에 있어서 원주방향으로 6군데에 상기 핀(179)을 결합하는 결합구멍(181, …)을 형성하여 구성했다. 상기 제어판(180)의 결합구멍(181)은, 1군데에 원주방향으로 일정한 간격마다 4개 형성하여 각각 배양액 교환시에 각 단의 샬레(104)의 정지위치에 대응하고 있다.

상기 인큐베이터실(101)의 정면에 개폐문(182)을 설치하고 상기 개폐문(182)을 개방하여 상기 연결부(133)에서 분리함으로써, 상기 연결부(133)보다 하방의 홀더(110)를 그대로 인큐베이터실(101)의 외측으로 꺼내서 유지보수 혹은 세정(洗淨)할 수 있다. 상기 홀더(110)는 대부분의 부재(部材)가 스테인레스강(stainless鋼)으로 제작되어 중량이 무겁기 때문에, 인큐베이터실(101)에 대한 착탈(着脫)의 노동력을 감소시키기 위해서 상기 인큐베이터실(101)의 바닥면에 가이드 유닛(guide unit)(183)을 설치하여, 상기 고정원판(139)보다 하방으로 돌출된 상기 연결축(158)의 하측끝부를 깊이방향으로 슬라이딩 안내함과 아울러, 통상의 세포배양시에는 상기 연결축(158)의 하측끝부를 회전 가능하게 지지하는 베어링 기능도 구비하고 있다. 구체적으로는 상기 가이드 유닛(183)은, 도27 및 도28에 나타나 있는 바와 같이 상기 인큐베이터실(101)의 깊이방향으로 연장된 편평(扁平)한 베이스(base)(184)의 상면에, 앞쪽끝으로부터 안쪽부에 걸쳐서 상기 연결축(158)의 하측끝부를 슬라이딩 안내하는 가이드홈(185)을 형성하고, 상기 가이드홈(185)의 안쪽부에 측방으로부터 가로지르도록 형성된 제한부재(186)를 인장코일스프링(引張coil spring)(187)으로 탄성 가압하여 이동 가능하게 설치하고 또한 상기 베이스(184)의 일측을 따라 설치된 해제레버(解除lever)(188)의 중앙부를 상기 베이스(184)에 축으로 고정함과 아울러, 해제레버(188)의 후측끝부를 상기 제한부재(186)의 한쪽끝부에 피벗지지(pivot支持)한 구조이다. 상기 제한부재(186)의 경사폴부(傾斜pawl部)(189)를 상기 연결축(158)의 하측끝부가 통과시에 인장코일스프링(187)의 탄성가압력에 저항하여 이동시키고, 연결축(158)이 통과한 후에 원래의 위치로 복귀하여 상기 경사폴부(189)로 연결축(158)에 접하여 멈추게 하고 회전 가능하게 지지하는 것이다. 상기 홀더(110)를 인큐베이터실(101)로부터 꺼낼 때에는, 상기 해제레버(188)의 전방측을 조작하여 상기 제한부재(186)를 해제상태로 변위시키고, 연결축(158)의 하측끝부를 가이드홈(185)을 따라 전방으로 슬라이딩시키는 것이다.

또한 상기 인큐베이터실(101)의 내부에, 바람직하게는 상면에 ＨＥＰＡ(High Efficiency Particulate Air Filter)필터와 팬(fan)을 내장한 순환식의 공기청정기(190)를 설치하여, 인큐베이터실(101)의 내부의 분위기 중에 포함되는 미세한 먼지를 제거할 수 있도록 되어 있다. 또한 인큐베이터실(101)의 내부에는, 세포배양 환경을 양호하게 하기 위하여 CO ₂ 가스를 공급할 수 있도록 되어 있다. 상기 샬레(104)와 윗뚜껑(105)은 세포배양 디쉬(細胞培養 dish)라고도 불리고, 본 발명의 세포배양장치에서는, 60mm 디쉬에서는 8매∼최대 32매(1단당 8매), 100mm 디쉬에서는 6매∼최대 24매(1단당 6매)를 상정하고 있다.

상기 구동실(102)의 내부에는, 상기 제2축체(115)를 회전하도록 구동하는 구동모터(111), 상기 제1축체(114)를 승강하도록 구동하는 리니어 액추에이터(112), 상기 배양액 교환수단(13)을 승강하도록 구동하는 리니어 액추에이터(128) 등의 구동부가 수용되어 있지만, 이들 기구는 상기 인큐베이터실(101)을 구성하는 분리벽(103)의 상면에 설치된 베이스판(base板)(191)의 위에 설치되어 있다. 한편 도17 및 도18에서는 상기 분리벽(103)은 생략하고 있다. 상기 제2축체(115)의 회전위치를 모니터하기 위해서, 상기 제2축체(115)의 상측끝에 고정된 마커 부착 원판(192)과, 상기 원판(192)의 외주부의 마커부를 광학적으로 읽어내는 광학센서(193)를 고정부에 설치하고 있다. 또한 상기 제1축체(114)의 승강끝 위치를 모니터하기 위해서, 상기 리니어 액추에이터(112)의 구동부(132)에 연결되고 연직방향으로 리니어 가이드(linear guide)(194)에 의하여 안내된 가동편(195)의 위치를, 상하로 배치된 광학센서(196, 196) 혹은 리미트 스위치(limit switch)로 확인하여 리니어 액추에이터(112)를 정지시키는 신호를 발생시킨다. 또한 상기 제1축체(114)의 회전위치도 모니터할 필요가 있어서, 상기 제1축체(114)의 상측끝부에 마커 부착 원판(197)을 고정하고, 상기 리니어 가이드(194)에 상기 원판(197)의 외주부의 마커부를 광학적으로 읽어내는 광학센서(198)를 설치하고 있다.

또한 도15∼도17에 나타나 있는 바와 같이 상기 베이스판(191)의 위에는, 상기 배양액 교환수단(113)을 구동하는 리니어 액추에이터(128)가 설치되어 있다. 상기 리니어 액추에이터(128)는 이송량(移送量)이 커지게 되기 때문에, 스텝핑 모터(199)로 구동되는 이송 나사기구(200)에 의하여 연직방향으로 배치된 리니어 가이드(201)의 가동부(202)를 구동하는 구조로 했다. 이들 리니어 액추에이터(128)를 구성하는 기기는, 상기 베이스판(191) 위에 세워진 고정구조체(203)에 부착되고, 상기 고정구조체(203)가 존재하지 않는 위치에 굴곡되어 형성된 경계판(204)을 설치하고 있다. 그리고 상기 리니어 가이드(201)의 하방위치에 있는 상기 분리벽(103) 및 베이스판(191)에, 상기 흡인관(126)과 토출관(127)을 인큐베이터실(1)로 도입하는 관통공(205)을 형성하고, 상기 구동실(102)에 설치된 리니어 액추에이터(128)에 의하여 상하로 구동하는 가동부(202)의 일부를 상기 고정구조체(203)에 형성된 세로 슬릿(206)을 관통시켜서, 상기 고정구조체(203) 및 경계판(204)과 그 대향(對向)하는 프레임의 측면에 형성된 조작문(207)에 의하여 구획된 작업공간(208)과 면(面)하게 하고, 상기 작업공간(208)내에 연직방향으로 배치된 상기 흡인관(126)과 토출관(127)의 상측끝부를 상기 가동부(202)의 일부에서 지지한다. 상기 고정구조체(203)와 경계판(204) 사이의 간격으로부터는, 상기 가동편(195)과 광학센서(196)를 점검할 수 있다.

그리고 상기 분리벽(103)의 관통공(205)에 설치된 도입부재(導入部材)(209)에, 상기 흡인관(126)과 토출관(127)의 중간부를 안내하는 가이드 구멍(210)을 형성하고, 상기 리니어 액추에이터(128)를 구동함으로써 상기 가이드 구멍(210)에 삽입된 상기 흡인관(126)과 토출관(127)의 하측끝부를 상기 샬레(104)의 내부로 인도하는 것이다. 또한 상기 흡인관(126)에는 상기 구동실(102)의 측벽 외면에 설치된 흡인펌프(211)가 접속되어, 외부에 있어서 도면에 나타나 있지 않은 폐액 탱크로 오래된 배양액을 배출한다. 한편 상기 토출관(127)에는 마찬가지로 상기 구동실(102)의 측벽 외면에 설치된 토출펌프(212)가 접속되어, 외부의 배양액 탱크로부터 새로운 배양액을 공급한다. 여기에서 상기 흡인펌프(211)와 토출펌프(212)에는 독립된 페리스타 펌프(perista pump)를 사용한다. 한편 상기 흡인관(126) 및 토출관(127)과 가이드 구멍(210) 사이는 기밀성을 높이는 가스 밀봉을 형성하고 있다. 상기 흡인관(126)과 토출관(127)의 하측끝의 높이위치를 정확하게 제어하기 위해서, 상기 가동부(202)에 고정된 가동편(213)의 위치를 상기 고정구조체(203)에 부착된 광학센서(214, 214) 혹은 리미트 스위치로 검출한다. 상기 흡인관(126)과 토출관(127)은 상기 작업공간(208)내에서 교환할 수 있도록 되어 있다. 또한 상기 작업공간(208)내의 경계판(204)에는 제어반(制御盤)(215)이 구비되어 기본설정을 할 수 있도록 되어 있다. 또한 각종 모터를 제어하는 드라이버류(driver類)(216)를 상기 경계판(204)의 뒷면에 부착한다. 한편 본 발명의 세포배양장치는 퍼스널 컴퓨터(personal computer)에 의하여 상세하게 제어할 수 있도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 세포배양장치는, 샬레(104)를 지지하는 하측원판(106)과 상기 샬레(104)의 윗뚜껑(105)을 지지하는 상측원판(107)을 1조로 하여 그것을 상하로 2조 이상 다단으로 배치하고, 각 단의 하측원판(106)을 상기 제2축체(115)의 하부에 직접 또는 간접적으로 고정함과 아울러 각 단의 상측원판(107)을 상기 제1축체(114)의 하부에 직접 또는 간접적으로 고정하고, 각 단의 모든 하측원판(106, …)은 상기 제2축체(115)에 의하여 동조회전수단이 기능하여 일체로서 회전하도록 구동하고, 각 단의 모든 상측원판(107, …)은 상기 제1축체(114)에 의하여 일체로서 승강하도록 구동하여 예를 들면 상측원판(107)을 상승시켰을 때에는, 회전규제수단이 기능하여 상측원판(107)을 정지시킨 상태에서 하측원판(106)을 소정의 회전각도만큼 회전하도록 구동하여 윗뚜껑(105)을 옆으로 비켜 놓고 샬레(104)의 일부를 노출시키는 것이다. 여기에서 각 단에 지지된 샬레(104)와 윗뚜껑(105)은 최상단으로부터 최하단에 순차적으로 1회전방향으로 일정한 각도만큼 변위된 위치에 지지되어, 윗뚜껑(105)을 비켜 놓았을 때에 평면에서 볼 때 모든 샬레(104)의 일부가 노출되도록 설정함과 아울러, 각 단의 상측원판(107)에는 그 하방의 샬레(104)의 노출부분에 대응하는 위치에 상기 삽입공(124)을 형성함과 아울러, 적어도 최하단을 제외한 각 단의 하측원판(106)에는 하단측의 샬레(104)의 노출부분에 대응하는 위치에 관통공(172)을 형성하고, 최상단의 샬레(104)에는 최상단의 상측원판(107)의 삽입공(124)을 통하여 상기 배양액 교환수단(113)을 삽입하여 배양액을 교환하고, 그 이외의 하단의 샬레(104)에는 그 상방에 위치하는 각 상측원판(107)의 상기 삽입공(124) 및 각 하측원판(106)의 관통공(172)을 통하여 상기 배양액 교환수단(113)을 삽입하여 배양액을 교환하는 것이다. 이 기본구성이 유지된다면 각종 변경을 가하더라도 본 발명의 범주이다.

1 ; 인큐베이터실, 2 ; 구동실,
3 ; 분리벽, 3A ; 관통공,
4 ; 샬레, 5 ; 윗뚜껑,
6 ; 상측샬레, 7 ; 윗뚜껑,
8 ; 회전축체, 9 ; 베어링부,
10 ; 홀더, 11 ; 구동모터,
12 ; 리니어 액추에이터, 13 ; 배양액 교환수단,
14 ; 회전통(제1축체), 15 ; 중심축(제2축체),
16 ; 축공, 17 ; 타이밍 벨트,
18 ; 하단하측원판(하측원판), 19 ; 하단상측원판(상측원판),
20 ; 지지부, 21 ; 돌기,
22 ; 개구, 23 ; 윗뚜껑지지부,
24 ; 삽입공, 25 ; 계지폴,
26 ; 흡인관, 27 ; 토출관,
28 ; 리니어 액추에이터, 29 ; 상단하측원판,
30 ; 상단상측원판, 31 ; 연결로드,
32 ; 대피공, 33 ; 제2지지부,
34 ; 돌기, 35 ; 개구,
36 ; 윗뚜껑지지부, 37 ; 삽입공,
38 ; 계지폴, 39 ; 관통공,
40 ; 지지로드, 41 ; 플랜지판,
42 ; 흡인펌프, 43 ; 토출펌프,
44 ; 가이드홈, 44A ; 수직부(동조회전수단),
44B ; 수평부, 45 ; 핀(동조회전수단),
46 ; 개폐문, 47, 48, 49, 50 ; 노치부,
101 ; 인큐베이터실, 102 ; 구동실,
103 ; 분리벽, 104 ; 샬레,
105 ; 윗뚜껑, 106 ; 하측원판,
107 ; 상측원판, 108 ; 회전축체,
109 ; 베어링부, 110 ; 홀더,
111 ; 구동모터, 112 ; 리니어 액추에이터,
113 ; 배양액 교환수단, 114 ; 제1축체,
115 ; 제2축체, 116 ; 축공,
117 ; 타이밍 벨트, 118 ; 부시,
119 ; 베어링, 120 ; 지지부,
122 ; 개구, 123 ; 윗뚜껑지지부,
124 ; 삽입공, 125 ; 노치부,
126 ; 흡인관, 127 ; 토출관,
128 ; 리니어 액추에이터, 129 ; 풀리,
130 ; 풀리, 131 ; 로터리 조인트,
132 ; 구동부, 133 ; 연결부,
134 ; 외측축부, 135 ; 내측축부,
136 ; 고정편, 137 ; 개구부,
138 ; 고정편, 139 ; 고정원판,
140 ; 중심축, 141 ; 구동축,
142 ; 외내변환부재, 143 ; 원형구멍,
144 ; 원통부, 145 ; 개구,
146 ; 내외변환부재, 147 ; 연결편,
148 ; 내측연결부재, 148A ; 상측부,
148B ; 하측부, 149 ; 외측연결부재,
149A ; 상측부, 149B ; 하측부,
150 ; 연결나사, 151 ; 연결나사,
152 ; 노치 , 153 ; 스페이서통,
154 ; 상측고정부재, 155 ; 링부,
156 ; 결합단부, 157 ; 고정나사,
158 ; 연결축, 159 ; 스페이서축,
160 ; 하측고정부재, 161 ; 삽입공,
162 ; 고정나사, 163 ; 결합구멍,
164 ; 중심구멍, 165 ; 중심원판,
166 ; 중심구멍, 167 ; 고정나사,
168 ; 노치부, 169 ; 오목단부,
170 ; 장착개구, 171 ; 체결나사,
172 ; 관통공, 173 ; 계지폴,
174 ; 장착개구, 175 ; 체결나사,
176 ; 핀(동조회전수단), 177 ; 결합구멍(동조회전수단),
178 ; 연장부분, 179 ; 핀(회전제어수단),
180 ; 제어판, 181 ; 결합구멍(회전제어수단),
182 ; 개폐문, 183 ; 가이드 유닛,
184 ; 베이스, 185 ; 가이드홈,
186 ; 제한부재, 187 ; 인장코일스프링,
188 ; 해제레버, 189 ; 경사폴부,
190 ; 공기청정기, 191 ; 베이스판,
192 ; 원판, 193 ; 광학센서,
194 ; 리니어 가이드, 195 ; 가동편,
196 ; 광학센서, 197 ; 원판,
198 ; 광학센서, 199 ; 스텝핑 모터,
200 ; 나사기구, 201 ; 리니어 가이드,
202 ; 가동부, 203 ; 고정구조체,
204 ; 경계판, 205 ; 관통공,
206 ; 세로 슬릿, 207 ; 조작문,
208 ; 작업공간, 209 ; 도입부재,
210 ; 가이드 구멍, 211 ; 흡인펌프,
212 ; 토출펌프, 213 ; 가동편,
214 ; 광학센서, 215 ; 제어반,
216 ; 드라이버류.

Claims

인큐베이터실(incubator室)의 내부에 각각 회전 가능한 축(軸)에 고정된 적어도 상하 1조의 원판(圓板)을 수평으로 배치하고,
세포(細胞)와 배양액(培養液)을 넣은 샬레(schale;petri dish)를 하측원판에 지지함과 아울러 윗뚜껑을 상측원판에 지지하고,
상기 윗뚜껑의 하방은 개방되어 있고, 상기 하측원판과 상기 상측원판을 상하로 접근시켜서 상기 샬레에 윗뚜껑이 덮인 상태와, 상기 하측원판과 상기 상측원판을 상하로 이격시키고 또한 일방(一方)을 소정의 각도로 회전시켜서 상기 샬레로부터 윗뚜껑을 옆으로 비켜 놓고 일부 노출된 상태를 실현할 수 있고,
이때에 상기 상측원판에 형성된 삽입공(揷入孔)에 상방으로부터 배양액 교환수단(培養液交換手段)을 상기 샬레의 노출부분에 삽입하고, 배양액을 교환한 후에 상기 배양액 교환수단을 대피시키고,
상기 하측원판과 상기 상측원판을 회전이동시키고 상하로 이동시켜서 상기 샬레에 윗뚜껑을 덮어 세포배양을 계속하는 것을
특징으로 하는 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치(細胞培養裝置).
제1항에 있어서,
인큐베이터실과 그 상부(上部)에 구동실(驅動室)을 분리벽(分離壁)을 사이에 두고 배치하고,
동일한 회전중심을 가지는 제1축체와 제2축체를 동축(同軸)으로 배치하고, 제1축체는 제2축체에 대하여 축방향으로 슬라이드 가능하고 또한 제1축체와 제2축체는 소정의 각도만큼 상대적으로 회전 가능하게 된 회전축체를, 상기 분리벽에 형성된 축공(軸孔)을 연직방향으로 관통시켜 베어링부(bearing部)에서 지지하고,
상기 회전축체의 제2축체는 일정한 위치에 회전 가능하게 지지되어 상기 구동실의 내부에 배치된 모터(motor)에 의하여 회전하도록 구동되고, 상기 회전축체의 제1축체는 상기 구동실의 내부에 배치된 리니어 액추에이터(linear actuator)에 의하여 연직방향으로 상하로 구동되고,
상기 인큐베이터실의 내부에서, 상기 제2축체의 하부(下部)에 샬레를 지지하는 하측원판을 동심모양으로 직접 또는 간접적으로 고정함과 아울러, 상기 제1축체의 하부에 샬레의 윗뚜껑을 지지하는 상측원판을 동심모양으로 직접 또는 간접적으로 고정하고,
상기 하측원판에는, 동일한 원주상에 샬레를 재치(載置)하여 지지하는 지지부(支持部)를 일정한 회전각도마다 복수개 형성하고,
상기 상측원판에는, 상기 지지부와 중심을 동일한 위치로 하여 샬레를 받아 들이는 개구(開口)를 형성함과 아울러, 상기 개구의 주연부(周緣部)에 샬레의 윗뚜껑의 외주부(外周部)를 지지하는 윗뚜껑지지부를 설치하고 또한 상기 윗뚜껑지지부에 지지된 윗뚜껑의 일측(一側)에서 근접한 위치에 상기 상측원판을 관통하는 삽입공을 형성하고,
상기 배양액 교환수단을 구성하는 배양액의 흡인관(吸引管)과 토출관(吐出管)을, 상기 분리벽을 관통시켜 인큐베이터실로 늘어뜨림과 아울러 상기 구동실의 내부에 설치된 리니어 액추에이터에 의하여 상하로 구동하고,
상기 상측원판과 하측원판의 상대적 회전각도가 제로이고 상측원판이 강하하여 샬레에 윗뚜껑을 덮은 상태에서 세포배양을 한 후에, 상측원판을 상승시키고 또한 상측원판에 대하여 하측원판을 소정의 각도만큼 회전변위시켜서 샬레로부터 윗뚜껑을 비켜 놓은 상태에서 상기 흡인관과 토출관을 강하시켜서 상기 상측원판의 삽입공을 통하여 앞쪽끝을 상기 샬레의 내부에 위치시켜서 오래된 배양액을 흡인관으로 배출한 후에, 토출관으로부터 새로운 배양액을 주입하여 배양액을 자동교환하도록 이루어지는 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치.
제2항에 있어서,
샬레를 지지하는 하측원판과 상기 샬레의 윗뚜껑을 지지하는 상측원판을 1조로 하여 그것을 상하로 2조 이상 다단(多段)으로 배치하고, 각 단의 하측원판을 상기 제2축체의 하부에 직접 또는 간접적으로 고정함과 아울러 각 단의 상측원판을 상기 제1축체의 하부에 직접 또는 간접적으로 고정하고, 각 단의 모든 하측원판은 상기 제2축체에 의하여 일체로서 회전하도록 구동하고, 각 단의 모든 상측원판은 상기 제1축체에 의하여 일체로서 승강하도록 구동하고, 각 단에 지지된 샬레와 윗뚜껑은 최상단(最上段)으로부터 최하단(最下段)에 순차적으로 1회전방향으로 일정한 각도만큼 변위된 위치에 지지되어 윗뚜껑을 비켜 놓았을 때에 평면에서 볼 때 모든 샬레의 일부가 노출되도록 설정함과 아울러, 각 단의 상측원판에는 그 하방의 샬레의 노출부분에 대응하는 위치에 상기 삽입공을 형성함과 아울러, 적어도 최하단을 제외한 각 단의 하측원판에는 하단측의 샬레의 노출부분에 대응하는 위치에 관통공(貫通孔)을 형성하고, 최상단의 샬레에는 최상단의 상측원판의 삽입공을 통하여 상기 배양액 교환수단을 삽입하여 배양액을 교환하고, 그 이외의 하단의 샬레에는 그 상방에 위치하는 각 상측원판의 상기 삽입공 및 각 하측원판의 관통공을 통하여 상기 배양액 교환수단을 삽입하여 배양액을 교환하도록 이루어지는 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 상측원판과 하측원판의 상대적 회전각도가 제로이고 상측원판이 강하하여 샬레에 윗뚜껑을 덮은 상태에서 기능하고, 상기 상측원판과 하측원판을 회전에 대하여 일체화시키는 동조회전수단(同調回轉手段)과,
상기 상측원판을 상승시켜서 샬레로부터 윗뚜껑을 벗긴 상태에서 기능하고, 상기 상측원판의 회전을 저지하는 회전규제수단(回轉規制手段)을
구비하여 이루어지는 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치.
제2항 내지 제4항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
상기 인큐베이터실의 내부에 위치하는 상기 회전축체의 하부는, 상기 제1축체와 제2축체 중의 일방이 원통상의 외측축부(外側軸部)이고 타방(他方)이 그 내부에 위치하는 내측축부(內側軸部)로 되어 있고, 외측축부의 외주(外周)에 돌출하도록 형성된 복수개의 고정편(固定片)에 상기 상측원판과 하측원판의 일방을 고정하고, 내측축부의 외주에 돌출하도록 형성되어 상기 외측축부에 형성된 복수개의 개구부로부터 반경방향 외측으로 출현한 복수개의 고정편에 상기 상측원판과 하측원판의 타방을 고정하고, 상기 개구부는 윗뚜껑의 개방동작시에 그 내부에서 상기 내측축부의 고정편에 대한 상대적인 상승과 소정의 회전각도의 변위를 허용하는 크기를 구비하고 있는 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치.
제2항 내지 제5항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
상기 인큐베이터실의 내부에 위치하는 상기 회전축체는, 최상단의 상측원판의 상위(上位)에 상기 제1축체와 제2축체를 각각 상하로 분리, 연결 가능한 연결부(連結部)를 구비하여 이루어지는 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치.
제2항 내지 제6항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
상기 분리벽에 상기 흡인관과 토출관을 인큐베이터실로 도입(導入)하는 관통공을 형성하고, 상기 구동실에 설치한 리니어 액추에이터에 의하여 상하로 구동하는 지지로드(支持rod)를 상기 관통공을 통하여 연직으로 배치함과 아울러, 상기 지지로드의 하측끝에 고정되어 인큐베이터실의 내부에 위치하는 플랜지판(flange板)에 상기 흡인관과 토출관을 관통시켜 고정하고, 상기 지지로드를 상승시켰을 때에 상기 플랜지판으로 상기 관통공을 기밀상태로 폐쇄하고, 상기 지지로드를 하강시켜서 상기 흡인관과 토출관의 앞쪽끝을 상기 샬레의 내부로 인도하도록 이루어지는 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치.
제2항 내지 제7항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
상기 회전축체를 상기 분리벽에 회전 가능하게 지지하는 베어링부 및 상기 회전축체는, 상기 인큐베이터실을 기밀상태로 유지하는 가스밀봉기능을 구비하고 있는 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치.
제2항 내지 제8항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
상기 인큐베이터실의 정면에 개폐문(開閉門)을 설치함과 아울러, 상기 하측원판의 지지부와 상기 상측원판의 윗뚜껑지지부를 상하로 위치를 맞춘 상태에서 각각 외주부로부터 지지부 및 윗뚜껑지지부에 걸쳐서 손가락이 통과 가능한 노치부(notch部)를 형성하고, 상기 상측원판의 노치부는 상기 개구와 통하게 되도록 하여 이루어지는 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치.
제2항 내지 제9항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
상기 하측원판의 지지부는, 상기 노치부의 주위 상면에 형성된 샬레의 바닥부를 받아 들이는 오목단부(凹段部)인 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치.
제2항 내지 제10항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
상기 상측원판의 윗뚜껑지지부는, 샬레의 윗뚜껑의 외주면에 접하여 멈추게 함과 아울러 상기 윗뚜껑 하측끝 가장자리를 재치하여 지지하는 3개 이상의 계지폴(係止pawl)을 상기 개구의 주연부에 배치하여 이루어지는 배양액 교환기능을 구비한 세포배양장치.