KR20150001202A - 균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오븐 내부에 별도의 항온 박스를 추가로 형성하여 시료의 균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치에 관한 것으로, 본 발명은, 일정 공간의 오븐 내부가 형성되는 본체; 상기 오븐 내부에 형성되고, 시료가 보관되는 항온 박스; 상기 오븐 내부를 가열하도록 온풍을 발생시키는 온풍 발생 장치; 상기 오븐 내부의 온풍을 본체 외부로 배출하는 본체 공기 배출구; 및 상기 본체 공기 배출구와 상기 항온 박스를 연결하고, 상기 본체 공기 배출구에서 배출되는 온풍을 상기 항온 박스에 공급하는 튜브를 포함한다.

Description

균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치{Apparatus for cell incubator of drying oven to maintain a uniform temperature}

본 발명은 세포 인큐베이터 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오븐 내부에 별도의 항온 박스를 추가로 형성하여 시료의 균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치에 관한 것이다.

세포에 열 자극을 가한 뒤 세포의 분화나 생존 정도를 알아보는 실험은 1990년대부터 다방면으로 연구가 진행되어 왔다. 세포에 가해지는 온도의 범위와 가하는 목적에 따라 경미한 열 자극(mild heat stress), 심한 열 자극(severe heat stress), 열 충격 단백질(heat shock protein), 온열치료(mild hyperthermia) 등과 같은 연구가 현재도 활발히 진행 중이다.

이러한 연구를 통해 세포에 체온과 1~2℃의 차이로 열이 가해지면(fever-like temperature) 세포의 증식과 분화가 활발히 진행된다는 연구 결과가 보고되었다. 또한, 생체가 외부로부터 심한 열 자극에 노출되면 세포 자멸사가 일어나는 반면, 경미한 열 자극에 노출되면 열 충격 단백질의 발현이 촉진되어 손상된 단백질을 안정화시키는 기전을 밝히는 연구도 진행 중이다.

이러한 열에 의한 세포 대사 변화를 측정하기 위해 여러 가지 열 자극원이 쓰이고 있다. 이러한 열원들은 크게 물에 의한 습식 온도 자극원과 공기에 의한 건식 온도 자극원으로 나뉠 수 있다.

가해지는 온도 값의 차이가 크지 않고 외부 온도의 안정성 또한 습식 자극원이 건식 자극원보다 좋은 이유 때문에 습식 자극원이 열 자극 실험에서 주로 쓰이고 있다.

하지만, 습식 자극원과 건식 자극원은 그 자극원 자체의 환경이 달라 독립적인 실험이라고 봐도 무방하다. 두 자극원 모두 열 전달방법이 대류로 동일 하지만 습식 자극원은 주 열 전달체가 물이고 건식 자극원은 주 열 전달체가 공기로 이루어져 있다. 열 전달체에 의한 차이로 두 열 자극원은 시료 외부의 습도, 열 전달속도 같은 요인들의 차이가 난다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0005886호(2012년01월17일)에는 종래의 세포배양용 인큐베이터가 개시되어 있다. 종래기술에 따른 세포배양용 인큐베이터는 세포를 배양할 수 있도록 내부에 배양실이 형성되는 챔버, 챔버 내부의 배양실을 가열하도록 챔버에 설치되는 히터, 챔버 내부의 배양실의 온도를 탐지하는 온도센서 및 챔버 내부의 배양실에 플라즈마를 발생시켜 챔버의 내부를 살균하기 위한 플라즈마 발생기를 구비하는 것에 특징이 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 세포배양용 인큐베이터는, 오븐 내의 위치에 따른 세포 시료별 받는 열 자극이 균일하지 않기 때문에 세포 열 자극 실험에서 설정한 온도로의 정확한 열 자극이 어렵고, 이로 인해 하나의 샘플 내에서도 온도 차이 때문에 실험의 결과가 상이하게 나올 수 있는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0005886호(2012년01월17일)

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 오븐 내부에 별도의 항온 박스를 추가로 형성하여 시료의 균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 일정 공간의 오븐 내부가 형성되는 본체; 상기 오븐 내부에 형성되고, 시료가 보관되는 항온 박스; 상기 오븐 내부를 가열하도록 온풍을 발생시키는 온풍 발생 장치; 상기 오븐 내부의 온풍을 본체 외부로 배출하는 본체 공기 배출구; 및 상기 본체 공기 배출구와 상기 항온 박스를 연결하고, 상기 본체 공기 배출구에서 배출되는 온풍을 상기 항온 박스에 공급하는 튜브를 포함한다.

상기 항온 박스는, 그 내부에 설치되어 상기 시료를 바닥으로부터 일정 높이에 위치되도록 하는 지지대를 포함한다.

상기 항온 박스는, 스티로폼 또는 우레탄 재질로 단열 처리된다.

상기 항온 박스는, 상기 시료를 넣고 빼낼 수 있도록 밀폐 공간의 상부에 덮개가 형성된다.

상기 튜브는, 상기 본체 공기 배출구 쪽의 직경이 상기 항온 박스 쪽의 직경보다 크고, 그 외주면이 단열재로 감싸여 있는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치에 의하면, 오븐 내부에 별도의 항온 박스를 추가로 형성하여 시료에 지속적으로 일정한 온도를 가해줄 수 있으며, 종래의 건식 오븐에서는 샘플 내에서도 위치에 따른 온도 변화가 심하여 정확한 세포 실험을 위한 장치로는 적합하지 않았으나, 본 발명으로 인해 장치 내의 대류 공기의 부피가 작아지면서 시료 주위의 공기 온도가 상승하는 시간이 종래의 건식 오븐보다 줄어들었고 시료 외부 온도의 균일도 또한 향상되는 효과가 있다.

이에 따라 시료 외부 온도의 균일도가 향상됨으로써 시료 내에서도 온도의 차이가 줄어들었으며, 종래의 건식 오븐은 시료 내의 온도 차이가 최대 ±3℃ 정도의 균일한 온도 분포를 가졌지만 본 발명에 이용하면 시료 내의 온도 차이가 최대 ±1℃ 이내의 차이를 가질 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치의 측단면도,
도 2는 도 1의 정단면도,
도 3은 도 1의 항온 박스를 상세히 나타낸 평단면도,
도 4는 도 3의 정단면도,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치의 실 사용상태를 나타낸 도면,
도 6은 종래 건식 오븐에서 인체 모사 모델에 대한 5군데의 온도 측정 위치를 나타낸 도면,
도 7은 도 6의 종래 건식 오븐에서 인체모사 모델에 대한 모델 내에서의 위치별 온도를 나타낸 그래프,
도 8은 도 6의 건식 오븐의 설정 온도를 37℃로 설정한 뒤 2시간 동안 시편의 위치별 온도 변화를 시간에 따라 나타낸 그래프,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치의 설정 온도를 각 37 ℃, 39 ℃, 41 ℃, 43 ℃, 45℃에 대해 시편 내 5군데 위치의 온도를 측정한 그래프,
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치의 온도 변화를 4채널의 온도 측정 기기를 통해 측정한 그래프이다.

본 발명은 다양한 변형 및 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 특정한 실시 형태를 한정하는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변형, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에 개시된 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안되며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

따라서, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 또한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

공간적으로 상대적인 용어인 아래(below, beneath, lower), 위(above, upper) 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관 관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.

예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 아래(below, beneath)로 기술된 소자는 다른 소자의 위(above, upper)에 놓일 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 아래는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치의 측단면도이고, 도 2는 도 1의 정단면도이며, 도 3은 도 1의 항온 박스를 상세히 나타낸 평단면도이고, 도 4는 도 3의 정단면도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치의 실 사용상태를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치는, 본체(10), 도어(11), 본체 공기 배출구(12), 거치대(13), 오븐 내부(14), 항온 박스(20), 덮개(21), 지지대(22), 항온 박스 공기 배출구(23), 튜브(30) 및 온풍 발생 장치(40)를 포함한다.

본체(10)는 세포를 배양할 수 있도록 일정 공간의 오븐 내부(14)가 형성된다.

항온 박스(20)는 상기 오븐 내부(14)에 형성되어 그 내부에 시료가 보관된다.

온풍 발생 장치(40)는 상기 오븐 내부(14)를 가열하도록 온풍을 발생시킨다.

본체 공기 배출구(12)는 상기 오븐 내부(14) 내부의 온풍을 본체(10)외부로 배출한다.

튜브(30)는 상기 본체 공기 배출구(12)와 상기 항온 박스(20)를 연결하고, 상기 본체 공기 배출구(12)에서 배출되는 온풍을 상기 항온 박스(20)에 공급한다.

상기 항온 박스(20)는 그 내부에 설치되어 상기 시료를 바닥으로부터 일정 높이에 위치되도록 하는 지지대(22)를 포함한다.

상기 항온 박스(20)는 스티로폼 또는 우레탄 재질로 단열 처리된다.

상기 항온 박스(20)는 상기 시료를 넣고 빼낼 수 있도록 밀폐 공간의 상부에 덮개(21)가 형성된다.

상기 튜브(30)는 상기 본체 공기 배출구(12) 쪽의 직경이 상기 항온 박스(20) 쪽의 직경보다 크고, 그 외주면이 단열재로 감싸여 있다.

또한, 상기 본체(10) 일측에는 상기 오븐 내부(14)를 개폐하는 도어(11)가 형성되고, 상기 오븐 내부(14)에는 상기 항온 박스(20)를 거치하기 위한 거치대(13)가 형성된다.

본 발명은 상온의 온도를 가지는 공기의 대류 면적을 감소시키고 가열된 공기가 불필요한 부분으로 흐르지 않게 건식 오븐 본체(10)에 형성된 본체 공기 배출구(12)로부터 공기가 흐를 수 있는 튜브(30)를 시료가 위치한 곳으로 연결시켰다. 또한, 건식 오븐의 본체(10) 내에 단열재로 둘러싸인 정사각형 모양의 항온 박스(20)를 삽입하여 온도의 확산을 방지할 수 있다.

건식 오븐의 본체 공기 배출구(12)로부터 시료가 위치한 항온 박스(20)까지 연결하기 위한 관은 일반적인 튜브(30)를 사용할 수 있다. 이때 건식 오븐의 본체 공기 배출구(12)와 연결된 튜브(30)의 내경은 충분히 큰 것을 써야 한다. 이는 항온 박스(20) 내부로 유입되는 온풍의 양을 늘리기 위함이다. 작은 관을 쓸 경우 시료가 위치한 장치로 유입되는 공기의 양이 적어 온도가 상승하는데 시간이 오래 걸릴 수 있다. 또한, 건식 오븐 본체(10)에서 공기가 배출되어 시료가 위치한 장치로 이동하는 동안 온도가 변하는 것을 최대한 방지하기 위해 튜브(30) 외부를 단열 처리한다.

시료가 위치한 항온 박스(20)는 육면체 모양의 단열재로 이루어져 있다. 사용되는 단열재는 주로 스티로폼으로 이루어져 있으며, 우레탄 박스로 제작될 수도 있다. 이때 항온 박스(20)의 크기는 시료의 크기에 따라 변경될 수 있다.

항온 박스(20)의 양 측면에 연결된 튜브(30)는 건식 오븐 본체(10)의 공기 배출구(12)와 이어져 공기를 유입한다. 또한, 유입된 공기가 외부로 유출되기 위한 항온 박스 공기 배출구(23)는 항온 박스(20)의 하단부에 위치하며 시료를 넣고 뺄 수 있도록 상단부에 덮개(21)를 설치한다. 덮개(21)를 열고 닫을 때, 덮개(21)와 항온 박스(20) 본체 간의 틈으로 공기가 배출되는 것을 방지하기 위해 덮개(21)는 항온 박스(20)를 밀폐할 수 있도록 해야 한다.

항온 박스(20) 내부에는 시료가 위치할 수 있는 지지대(22)가 있다. 이는 지지대(22) 위에 위치한 시료가 여러 방면으로 온도 자극을 골고루 받기 위해 항온 박스(20) 내부의 바닥에서 일정 수준 높이를 가지도록 해야 한다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 정면의 하단부에 건식 오븐 본체(10)의 공기 배출구(12)로부터 들어온 공기가 나갈 수 있는 항온 박스 공기 배출구(23)가 위치할 수 있다. 이 항온 박스 공기 배출구(23)의 위치는 장치 내부의 바닥에서 0.1cm 떨어진 곳에서 0.5cm의 크기를 가지는 원형 모양으로 설계될 수 있다.

도 3 및 4를 참고하면, 항온 박스(20)와 박스 외부에 건식 오븐 본체(10)와 연결된 튜브(30)가 나타나 있다. 항온 박스(20) 내에는 약간의 높이를 가지는 시료 지지대(22)가 설치될 수 있다. 이 시료 지지대(22)는 시료가 앞, 뒤, 좌, 우, 아래, 위 6방향에서 열 자극을 받을 수 있는 환경을 만들어 주기 위해 그물망 구조로 설계될 수 있다.

도 6은 종래 건식 오븐에서 인체 모사 모델에 대한 5군데 온도 측정 센서의 각 채널 위치를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 종래 건식 오븐에서 인체모사 모델에 대한 모델 내에서의 위치별 온도를 나타낸 그래프이며, 도 8은 도 6의 종래 건식 오븐의 설정 온도를 37℃로 설정한 뒤 2시간 동안 시편의 위치별 온도 변화를 시간에 따라 나타낸 그래프이다. 도면부호 51~55는 제1 내지 제5 시료 위치에서의 온도 센서의 각 채널을 나타낸다.

도 6에 도시된 바와 같이, 100ml의 비커에 인체 모사 모델(2% agarose gel) 80ml를 넣은 뒤 37℃로 온도 자극을 주고, 동일 시료의 5군데 위치에서의 온도를 측정하였다.

도 7에 도시된 바와 같이, 1번 ~ 5번 시료를 바꾸어 온도측정을 5번 반복한 결과를 도 7에 도시하였다. 상기의 실험 조건에서 2시간 동안 시편의 온도 변화를 측정한 결과로서, 가로 축은 시료 내에서의 각 온도측정센서의 위치를 나타내고 세로 축은 측정된 온도를 나타낸다. 그래프를 보면 5번 시료의 경우 같은 시료 내에서도 3번 위치와 4번 위치의 온도는 2℃ 이상의 차이가 발생하는 것을 알 수 있다.

도 8에 나타난 바와 같이, 가로 축으로 넓은 24 웰 플레이트(well plate)에서 상기 실험을 실시하였을 때의 결과로서, 이 결과는 1초마다 총 7200개의 데이터를 획득하였고 분석을 위해 5분의 간격을 두고 300개의 데이터씩 노멀라이즈(normailze)시켰다. 그 결과로 5분마다 획득한 데이터를 연속적으로 나타내었다. 향후 도표에 표기 시 1:5min이라고 표기하여 가로축의 1이 5분에 해당한다고 표기하였다. 데이터의 분석 결과 같은 시료 내에서의 온도가 약 5의 차이가 발생함을 알 수 있다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치의 설정 온도를 각 37 ℃, 39 ℃, 41 ℃, 43 ℃, 45℃에 대해 시편 내 5군데 위치의 온도를 측정한 그래프이다.

도 9를 참고하면 발명된 장치를 건식 오븐에 설치한 뒤 각각의 설정 온도마다 시료의 5군데 온도를 측정한 그래프로서, 가로 축은 설정온도이고 세로 축은 측정된 온도 값이다. 각 설정 온도군 마다 5 개의 온도 측정값을 보면 장치를 설치했을 시 시료 내의 온도 분포의 편차가 줄어든 것을 알 수 있다.

도 10 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치의 온도 변화를 4채널의 온도 측정 기기를 통해 측정한 그래프이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치의 설정 온도를 39℃로 설정한 뒤 2 시간 동안 하나의 시편 내에서 4군데의 위치에 대한 온도 변화를 4채널의 온도 측정 기기를 통해 측정한 결과를 나타내었다.

또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치의 설정 온도를 41℃로 설정한 뒤 2 시간 동안 하나의 시편 내에서 4군데의 위치에 대한 온도 변화를 4채널의 온도 측정 기기를 통해 측정한 결과를 나타내었다.

또한, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치의 설정 온도를 43℃로 설정한 뒤 2 시간 동안 하나의 시편 내에서 4군데의 위치에 대한 온도 변화를 4채널의 온도 측정 기기를 통해 측정한 결과를 나타내었다.

상기 도 10 내지 도 12에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실험의 결과에 의하면, 세포의 열 자극과 같은 실험을 수행할 때 본 발명의 건식 오븐을 사용하면 정확한 온도 자극을 가해줄 수 있음을 기대할 수 있다.

본 명세서에 기재된 본 발명의 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 관한 것이고, 발명의 기술적 사상을 모두 포괄하는 것은 아니므로, 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 권리범위 내에 있게 된다.

10 : 본체 11 : 도어
12 : 본체 공기 배출구 13 : 거치대
14 : 오븐 내부 20 : 항온 박스
21 : 덮개 22 : 지지대
23 : 항온 박스 공기 배출구 30 : 튜브
40 : 온풍 발생 장치 51~55 : 제1 내지 제5 시료온도센서채널

Claims (5)

1. 일정 공간의 오븐 내부가 형성되는 본체;
   상기 오븐 내부에 형성되고, 시료가 보관되는 항온 박스;
   상기 오븐 내부를 가열하도록 온풍을 발생시키는 온풍 발생 장치;
   상기 오븐 내부의 온풍을 본체 외부로 배출하는 본체 공기 배출구; 및
   상기 본체 공기 배출구와 상기 항온 박스를 연결하고, 상기 본체 공기 배출구에서 배출되는 온풍을 상기 항온 박스에 공급하는 튜브;를 포함하는 균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 항온 박스는,
   그 내부에 설치되어 상기 시료를 바닥으로부터 일정 높이에 위치되도록 하는 지지대를 포함하는 균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 항온 박스는,
   스티로폼 또는 우레탄 재질로 단열 처리된 균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 항온 박스는,
   상기 시료를 넣고 빼낼 수 있도록 밀폐 공간의 상부에 덮개가 형성된 균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 튜브는,
   상기 본체 공기 배출구 쪽의 직경이 상기 항온 박스 쪽의 직경보다 크고, 그 외주면이 단열재로 감싸여 있는 균일한 온도를 유지하기 위한 건식 오븐 방식의 세포 인큐베이터 장치.

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