KR20180107069A

KR20180107069A - 세포배양기

Info

Publication number: KR20180107069A
Application number: KR1020180113548A
Authority: KR
Inventors: 김두현
Original assignee: 김두현
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2018-10-01

Abstract

세포배양기가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 세포배양기는 담체가 수용된 베드를 배양조 내에서 임의로 가동되도록 하여 세포의 특성에 적합한 배양 환경이 제공되도록 함으로써 세포의 증식률이 증가되도록 할 수 있으며, 세포의 배양이 완료된 후 담체에 적절한 압력, 원심력 및 진동을 가하여 배양된 세포가 담체로부터 용이하게 분리될 수 있게 함으로써 배양된 세포의 수득률이 향상되도록 할 수 있다.

Description

세포배양기{CELL CULTURE BIOREACTOR}

본 발명은 세포배양기에 관한 것으로, 입자 형상의 담체를 다공성의 베드에 수용하여 세포를 배양하는 방식의 세포배양기에서 수득률 및 증식률이 향상되도록 한 세포배양기에 관한 것이다.

현재 시약이나 백신의 제조, 신약 개발, 줄기세포를 이용한 치료 및 연구와 같이 의학, 약학, 생명공학 등 매우 넓은 분야에서 세포의 배양이 행해지고 있다.

세포를 배양하는 데에 사용되는 세포배양기는 생물의 체내에서 이루어지는 물질의 분해, 합성, 화학적인 변환 등의 생화학적 반응 과정을 인공적으로 재현하는 시스템인 바이오리액터(bioreactor)에 포함된다. 그러므로 세포의 배양이 실제로 발생되는 세포배양기의 배양조 내에는 적합한 영양분, 온도, 수소이온농도지수(pH), 산소 및 이산화탄소의 농도 등의 다양한 조건이 소정의 기간 동안 유지될 수 있어야 한다.

또한, 세포는 일반적으로 자체적인 면역체계를 갖는 경우가 매우 드물기 때문에 세포배양기의 배양조 내부는 오염되지 않도록 외부와 철처히 차폐된 상태가 유지될 수 있어야 한다.

따라서, 세포배양을 시작하기 전에는 세포배양기의 배양조를 오토클레이브 또는 감마선 등으로 멸균하는 단계를 거치게 되며, 세포배양기의 배양조 내로 공급되는 모든 물질과 세포배양기를 구성하는 부품들의 소재 또한 세포의 배양에 영향을 주지 않도록 멸균처리를 하거나 유해한 물질이 포함되지 않은 것으로 검증된 것을 사용한다.

특히, 동물세포를 배양하는 경우에는 세포에 접촉될 수 있는 바이오리액터의 모든 구성요소가 동물 유래 원료 물질이 배제된(animal derived component free; ADCF) 청정상태의 소재로 제조되어야 한다.

이와 같이 세포배양에 사용되는 모든 소재와 물질은 상당히 고가인 경우가 많으므로 한 번 세포를 배양하는 데에 상당한 비용이 소요되며, 따라서 배양된 줄기세포와 같은 세포배양의 결과물 또한 가격이 매우 높다.

세포배양에 소요되는 비용이 감소되도록 하고 세포배양 결과물의 가격이 낮아지도록 하기 위해서는 배양하는 세포의 증식률과 배양된 세포의 수득률이 향상되도록 할 수 있다. 즉, 증식률을 향상시켜 세포배양에 소요되는 다양한 물질의 양과 투입되는 시간이 절약되도록 하고, 수득률을 향상시켜 세포배양 후 수확되는 세포의 양이 증가되도록 할 수 있다.

이러한 목적으로 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0043642호('특허문헌 1'이라 함) 및 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0071398호(특허문헌 2)에는 세포배양이 이루어지는 배양조를 흔들어서 배양액에 포함된 영양분이나 산소 등이 원활하게 혼합되도록 함으로써 세포의 증식률을 높이고자 하는 방안이 제안되어 있다.

그런데, 세포의 종류에 따라 배양 시 조성해야 할 환경조건이 매우 상이할 수 있다. 예를 들어, 동물의 신경세포는 배양 중에 물리적인 자극이 가해지면 증식률이 대폭 낮아지는 것이 일반적인 반면, 조골세포는 적절한 물리적인 자극에 의해 증식률이 향상되는 상반된 특성을 갖는다.

이와 같이 세포는 그 종류에 따라 배양환경을 적합하게 조절할 수 있어야 하므로, 상기 특허문헌 1과 특허문헌 2에 제안된 내용은 적용될 수 있는 세포의 종류에 제한이 있다. 따라서 배양할 세포의 특성에 따라 상이한 세포배양기를 구비하기 위해서는 상당한 비용이 소요되는 단점이 있다.

한편, 현재까지 사용되고 있는 다공성의 담체는 세포의 배양이 완료된 후 세포를 수확하는 과정에서 배양된 세포가 담체로부터 분리되는 비율이 높지 않다는 단점이 있다. 세포의 증식률을 향상시켰다고 할지라도 담체로부터 충분한 양의 세포가 분리되지 않으면 수득률이 감소되는 문제가 발생한다.

이에 수득률을 향상시키기 위하여 인력으로 배양조를 흔들거나 배양조를 지지하는 지지대가 가동되어 배양조가 진동하게 하는 등의 방법이 시도되고 있다.

이때 배양조의 용량이 작은 경우에는 상기와 같은 조작이 가능할 수 있으나, 수십 내지 수천 리터에 이르는 대용량의 세포배양을 행한 경우에는 인력으로 배양조를 흔드는 것이 불가능하거나 배양조의 파손 등의 사고가 발생될 가능성이 높다. 아울러, 가동이 가능한 지지대 등을 이용하여 배양조에 진동을 가하는 방법 또한 배양조에 연결된 각종 커넥터나 배관의 밀폐상태를 손상시켜 세포가 오염되는 등의 문제가 발생될 가능성이 높아지는 문제가 있다.

그러므로, 상술한 바와 같은 문제들을 해결하기 위하여 하나의 세포배양기로 배양할 세포의 특성에 적합한 배양 환경을 제공하여 세포의 증식률이 향상되도록 하는 동시에 배양이 완료된 세포의 수득률 또한 향상되도록 할 수 있는 세포배양기의 제공이 절실한 실정이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0043642호(발명의 명칭: 포유동물 세포 배양 공정을 조절하기 위한 시스템 및 방법, 공개일: 2011년 4월 27일) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0071398호(발명의 명칭: 요동가능한 생물 용기, 공개일: 2013년 6월 28일)

본 발명의 실시예는 세포의 증식률을 향상시킬 수 있는 세포배양기를 제공하고자 한다.

또한 본 발명의 실시예는 배양이 완료된 세포의 수득률을 향상시킬 수 있는 세포배양기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 배양할 세포가 접종된 담체를 수용하는 베드가 배양조 내에 배치되고 상기 배양조 내에 공기를 공급하는 급기수단 및 상기 배양조 내에 수용된 배양액을 교반하는 교반수단이 구비된 세포배양기로서, 상기 배양조의 상측 및 상기 베드 사이에 설치되고 그 길이가 신장 및 단축되는 가압장치와, 상기 가압장치의 신장 및 단축을 조절하는 가압구동장치를 포함하고, 상기 베드는 상측 및 하측을 연결하며 외력이 작용되면 탄성 변형되는 탄성지지대를 포함하며, 상기 베드의 상측은 상기 배양조의 하측에 고정되고 상측은 상기 배양조의 내면을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 설치된 세포배양기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 가압장치는 벨로우즈, 유압실린더 및 직선구동장치 중 어느 하나이고, 상기 가압구동장치는 급기펌프와 개폐밸브, 유압펌프 및 전력공급장치 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 배양할 세포가 접종된 담체를 수용하는 베드가 배양조 내에 배치되고 상기 배양조 내에 공기를 공급하는 급기수단 및 상기 배양조 내에 수용된 배양액을 교반하는 교반수단이 구비된 세포배양기로서, 상기 교반수단은 하측에 교반날개가 설치된 교반축 및 상기 교반축을 회전시키는 교반구동장치를 포함하고, 상기 교반축을 감싸는 형상으로 독립적으로 회전 가능하게 상기 교반축에 결합된 베드축과, 상기 베드축을 회전시키는 베드구동장치를 포함하고, 상기 베드는 베드축에 의해 중심부가 관통된 형상으로 상기 베드축의 외주면에 결합된 세포배양기가 제공될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배양할 세포가 접종된 담체를 수용하는 베드가 배양조 내에 배치되고 상기 배양조 내에 공기를 공급하는 급기수단 및 상기 배양조 내에 수용된 배양액을 교반하는 교반수단이 구비된 세포배양기로서, 상기 교반수단은 하측에 교반날개가 설치된 교반축, 상기 교반축을 회전시키는 교반구동장치, 상기 교반축의 길이가 단축되었다가 복귀되도록 하는 신축연결부, 상기 교반축의 하단부에 설치된 자성부 및 상기 배양조의 외측 저면에 설치된 자기구동부를 포함하고, 상기 교반축의 상측을 감싸는 형상으로 독립적으로 회전 가능하게 상기 교반축에 결합된 제1 베드축과, 상기 교반축의 하측을 감싸는 형상으로 독립적으로 회전 가능하게 상기 교반축에 결합된 제2 베드축 및 상기 제1 베드축을 회전시키는 베드구동장치를 포함하고, 상기 베드는 상측 및 하측을 연결하며 외력이 작용되면 탄성 변형되는 탄성지지대를 포함하며, 상기 베드의 상측 중심부는 상기 제1 베드축의 외주면에 결합되고, 상기 베드의 하측 중심부는 상기 제2 베드축에 결합된 세포배양기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 베드구동장치는 상기 베드의 하측 가장자리부분에 결합되고 복수의 영구자석을 포함하는 베드자성부 및 상기 배양조의 외부 하측 또는 외부 측면에 설치되고 상기 복수의 전자석을 포함하는 베드자기구동부를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배양할 세포가 접종된 담체를 수용하는 베드가 배양조 내에 배치되고 상기 배양조 내에 공기를 공급하는 급기수단 및 상기 배양조 내에 수용된 배양액을 교반하는 교반수단이 구비된 세포배양기로서, 상기 배양조의 상측 및 상기 베드의 상측 사이에 설치되고 그 길이가 신장 또는 단축되는 승강장치와, 상기 승강장치의 길이를 신장 또는 단축되도록 하는 승강구동수단을 포함하고, 상기 교반수단은 하측에 교반날개가 설치된 교반축 및 상기 교반축을 회전시키는 교반구동장치를 포함하며, 상기 베드는 그 상측 중심부에 배치되고 상기 교반축의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동 가능한 커버허브와 그 하측 중심부에 배치되고 상기 교반축의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동 가능하며 내주면에 체결슬릿이 형성된 하측허브를 포함하고, 상기 교반축의 하측 외주면에는 상기 체결슬릿에 상응하는 체결리브가 형성된 세포배양기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 교반축의 상기 체결슬릿의 하측에 결합되어 상기 베드가 하측방향으로 이동되는 범위를 제한하는 슬리브와, 상기 하측허브 및 상기 슬리브 사이에 개재되어 상기 하측허브를 상기 슬리브에 대하여 상방향으로 탄성 지지하는 탄성복귀수단을 더 포함할 수 있다.

또는, 상기 배양조의 저면 및 상기 베드의 하측 사이에 설치되고 그 길이가 신장 또는 단축되는 하측승강장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배양할 세포가 접종된 담체를 수용하는 베드가 배양조 내에 배치되고 상기 배양조 내에 공기를 공급하는 급기수단 및 상기 배양조 내에 수용된 배양액을 교반하는 교반수단이 구비된 세포배양기로서, 상기 배양조의 상측에는 통공이 형성되고, 상기 배양조는 상기 통공의 가장자리에 결합된 신축커버와, 상기 신축커버의 상측을 밀폐하는 밀폐커버와, 상기 밀폐커버의 저면에 결합된 베어링을 포함하며, 상기 교반수단은 하측에 교반날개가 설치되고 상단부가 상기 베어링에 회전 가능하게 결합된 교반축 및 상기 교반축을 회전시키는 교반구동장치를 포함하고, 상기 밀폐커버의 상측에 설치되어 상기 밀폐커버를 승강되도록 하는 베드구동수단을 포함하는 세포배양기가 제공될 수 있다.

여기서, 상기 베드구동수단은 상기 밀폐커버의 상면에 일단부가 결합된 영구자석 및 일단부가 상기 영구자석의 타단부에 근접하게 배치된 전자석을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 베드구동수단은 상기 밀폐커버의 상면에 일단부가 결합될 래크 및 상기 래크에 치합된 피니언을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 세포배양기에 있어서, 상기 교반수단의 하단부 및 상기 배양조의 저면 사이에 설치된 보조교반날개를 더 포함할 수 있다.

그리고 상술한 바와 같은 세포배양기는 상기 베드의 상측, 하측 또는 상측과 하측에 설치되어 상기 배양액이 순환되도록 하는 교반블레이드를 더 포함할 수 있다.

또한 상술한 바와 같은 세포배양기는 상기 베드에 분리 가능하게 부착되는 가진모듈을 더 포함할 수 있으며, 상기 가진모듈은 전동기와, 상기 전동기에 연결된 편심추와, 상기 전동기에 공급되는 전력을 조절하는 컨트롤러와 상기 베드에 분리 가능하게 부착되는 탈착수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 담체가 수용된 베드를 배양조 내에서 임의로 가동되도록 하여 세포의 특성에 적합한 배양 환경이 제공되도록 함으로써 세포의 증식률이 증가되도록 할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 세포의 배양이 완료된 후 담체에 적절한 압력, 원심력 및 진동을 가하여 배양된 세포가 담체로부터 용이하게 분리될 수 있게 함으로써 배양된 세포의 수득률이 향상되도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세포배양기가 적용될 수 있는 세포배양시스템을 설명하기 위한 계통도
도 2는 도 1에 도시된 세포배양시스템을 이용한 세포배양 과정을 예시한 흐름도
도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 베드의 분해사시도
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도
도 5는 도 4에 도시된 세포배양기의 작동을 설명하기 위한 종단면도
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도
도 7은 도 6에 A로 표시한 부분의 확대도
도 8은 본 발명의 실시예에 적용되는 베드의 제1 변형예의 사시도
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도
도 12는 도 11의 B로 표시한 부분의 확대도
도 13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도
도 14는 본 발명의 제7 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도
도 15는 본 발명의 실시예에 적용되는 베드의 제2 변형예의 사시도
도 16은 본 발명의 실시예에 적용되는 베드의 제3 변형예의 사시도
도 17은 도 16에 C로 표시한 부분의 확대도
도 18은 본 발명의 제8 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도
도 19는 도 18에 도시된 세포배양기의 작동을 설명하기 위한 종단면도
도 20은 도 18 및 도 19에 도시된 신축연결부를 설명하기 위한 도면
도 21은 본 발명의 제9 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도
도 22는 도 21에 도시된 세포배양기의 작동을 설명하기 위한 종단면도
도 23은 본 발명의 제10 실시예에 따른 세포배양기의 사시도
도 24는 도 23에 도시된 슬리브의 작동을 설명하기 위한 부분확대도
도 25는 도 24에 도시된 슬리브의 변형예를 설명하기 위한 도면
도 26은 본 발명의 제11 실시예에 따른 세포배양기의 사시도
도 27은 도 26에 D로 표시된 부분의 확대도
도 28은 본 발명의 제12 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도
도 29는 도 28에 도시된 세포배양기의 작동을 설명하기 위한 종단면도
도 30은 본 발명의 제13 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도
도 31은 도 30에 도시된 교반수단의 변형예를 설명하기 위한 도면
도 32는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 가진모듈의 사시도

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 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.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 세포배양기가 적용될 수 있는 세포배양시스템을 설명하기 위한 계통도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 세포배양시스템을 이용한 세포배양 과정을 예시한 흐름도가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 세포배양시스템(1)에는 배양조, 베드(20), 담체(29), 교반수단, 센서(40), 급기수단, 배양액(60), 공급펌프(64), 배양액공급관(65), 회수관(71) 및 회수펌프(74) 등이 포함된다.

배양조에는 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)가 포함된다.

배양조본체(10)는 상측이 개방된 용기의 형상을 가지며, 세포의 배양을 위해 필요한 물질이나 물품이 수용되어 그 내부에서 세포의 배양이 이루어진다. 배양조커버(11)는 배양조본체(10)의 개방된 상측을 밀폐하며 커버한다.

배양조커버(11)에는 세포를 배양하는 중에 필요한 물질의 교환을 위한 관로, 각종 상태를 측정하기 위한 센서 등을 설치할 수 있도록 복수의 포트가 구비될 수 있다.

담체(29)는 다공성을 갖도록 제조되어, 담체(29)에 세포를 접종한 후 배양을 행하면 증식된 세포가 담체(29) 내의 다공성 부분에 생착되도록 할 수 있다. 담체(29)는 동물세포를 배양할 때 주로 사용된다.

베드(20)는 담체(29)를 수용하는 다공성의 용기로, 타공판이나 메시(mesh)와 같이 다수의 통공이 형성된 소재로 이루어져서 통공을 통해 배양액(60)이 원활하게 순환될 수 있도록 구성된다.

교반수단에는 교반날개(30), 교반축(31) 및 교반구동장치(32)가 포함된다.

교반구동장치(32)는 전동기와 같이 회전력을 발생시키는 장치가 사용되어, 교반구동장치(32)에 연결된 교반축(31)을 회전시킨다. 교반날개(30)는 교반축(31)에 연결되고 배양조본체(10) 내에 배치되어, 교반구동장치(32)의 구동에 따라 배양조본체(10) 내의 배양액(60)이 순환되도록 한다.

급기수단에는 스파저(51), 급기관(52) 및 급기장치(53)가 포함되며, 스파저(51) 및 급기장치(53)는 급기관(52)에 의해 연결된다.

스파저(51)는 배양조본체(10)의 하측에 배치되어 급기관(52)으로부터 공급되는 공기가 배양액(60) 중으로 배출되도록 하여 기포(90)를 발생시킨다. 자세하게 도시되지는 않았으나, 스파저(51)에는 다수의 통공이 형성되는 것이 일반적이다.

급기장치(53)는 급기관(52)에 공기를 공급하는 장치로, 공기펌프가 사용될 수 있다. 급기장치(53)에 의해 급기관(52)으로 유동되는 공기는 헤파필터와 같은 고성능의 필터에 의해 여과되어 세균이나 이물질이 포함되어 있지 않도록 한다.

스파저(51)로부터 발생된 기포(90)는 회전하는 교반날개(30)에 충돌되면서 더욱 작은 직경을 갖는 동시에 더 넓은 범위로 분산될 수 있다. 이를 위하여 스파저(51)는 교반날개(30)의 하측에 배치될 수 있다. 기포(90)는 배양액(60)의 상측으로 유동되면서 배양액(60)의 순환이 촉진되도록 한다.

급기장치(53)에 의해 배양조 내로 공급된 공기는 배양조커버(11)에 설치된 벤트관(도시되지 않음)을 통하여 배양조 외부로 배출되도록 함으로써 배양조 내의 기압이 적절히 유지되도록 한다.

배양액(60)은 배양조 내를 순환하면서 배양 중인 세포에 영양분과 산소 등을 공급하고, 세포의 신진대사에 의해 발생된 노폐물을 운반하는 역할을 하는 배지를 의미한다. 따라서 배양액(60)은 배양 중인 세포에 적합한 pH, 온도, 용존산소량 등이 유지되도록 해야 한다.

상술한 바와 같은 배양액(60)에 포함된 영양분, 산소, 이산화탄소, 노폐물 등의 농도 및 pH 등은 센서(40)에 의해 측정된다.

센서(40)에 의해 측정된 결과에 따라 공급펌프(64)를 작동시켜 배양액공급관(65)을 통하여 배양조 내로 새로운 배양액(63)을 공급하거나, 도시되지 않은 투입구를 통하여 필요한 물질을 배양액(60)에 첨가하는 등의 방법으로 배양액(60)이 세포의 배양에 적합한 상태를 유지하도록 한다. 배양액(60)의 온도는 온도조절수단(도시되지 않음)이 배양조본체(10)를 감싸는 형상으로 배치되도록 한 후, 온도조절수단의 온도를 조절함으로써 구현될 수 있다.

만약, 새로운 배양액(63)을 공급할 경우에는 배양조 내에 수용되어 있던 배양액(60) 중의 일부를 수위조절기(62)에 연결된 관에 의해 배출되도록 함으로써 액면(61)이 적절한 범위 내에 있도록 조절할 수 있다.

참고로, 배양액(63)에 포함되는 물질로는 세포의 성장과 생존에 이용되는 아미노산, 세포활성 유지에 필요한 비타민, 세포의 기능발현을 조절하는 무기염류, 세포의 에너지원으로 이용되는 당류, pH를 유지하기 위한 탄산수소나트륨, 항생제 등이 있다.

세포의 배양이 완료된 후에는 회수펌프(74)를 작동시켜서 회수관(71)을 통하여 배양된 세포(70)가 회수용기(72)에 수용되도록 할 수 있다.

참고로, 본 명세서에서의 '세포배양기'는 세포배양시스템(1)에 포함된 각 구성요소들을 포함한 장치를 지칭한다. 여기서, 세포배양시스템(1)은 센서(40)로부터 수신된 신호를 분석하여 교반구동장치(32), 급기장치(53), 수위조절기(62), 공급펌프(64) 및 회수펌프(74) 등을 미리 정해진 규칙에 따라 배양할 세포에 적합한 조건에 맞도록 그 작동을 조절하는 제어부(도시되지 않음)를 더 포함한다.

상술한 바와 같이 구성된 세포배양시스템(1)을 이용하여 세포를 배양하는 방법에는 도 2에 도시된 바와 같이 접종단계(S10), 배양단계(S20) 및 회수단계(S50)가 포함될 수 있다.

접종단계(S10)는 담체(29)에 배양할 세포를 주입하는 단계이다.

접종단계(S10) 후에는 담체(29)를 베드(20)에 수용시킨 후 상술한 바와 같이 배양할 세포의 특성에 따라 배양액(60)이 정해진 시간 동안 적합한 조건을 유지하도록 하여 세포가 증식되도록 하는 배양단계(S30)가 행해진다.

배양단계(S30)가 완료된 후에는 배양된 세포(70)를 회수하는 회수단계(S50)가 행해진다. 회수단계(S50)에서 배양된 세포(70)의 수득률을 높이기 위해서는 배양이 완료된 세포가 담체(29)로부터 최대한 많은 양이 분리되도록 해야 한다.

이를 위해서, 아래에서 설명할 본 발명의 실시예에 따른 세포배양기는 베드를 유동시키는 베드 유동 단계(S51)를 행하여 담체(29)에 물리적인 외력이 적절히 가해지도록 함으로써 담체(29)로부터 최대한 많은 양의 배양 세포가 분리되도록 한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 배양하는 세포가 적절한 물리적 자극 하에서 증식률이 더 높아지는 특성을 가질 경우, 배양단계(S30) 중에도 베드(20)가 유동되도록 함으로써 세포의 증식률이 향상되도록 할 수 있다.

이를 위하여 아래에서 설명할 본 발명의 실시예는 베드(20)가 유동되도록 구성된다.

도 3에는 본 발명의 실시예에 적용되는 베드의 분해사시도가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 베드(201)에는 베드본체(210) 및 베드커버(220)가 포함된다.

베드본체(210)는 상측림(rim, 211), 상측허브(213), 하측림(rim, 214), 하측허브(215), 스포크(216), 탄성지지대(217) 및 메시(238)가 포함된다.

하측림(214)은 링의 형상을 가지며, 하측림(214) 내에는 보다 작은 직경을 갖는 링 형상의 하측허브(215)가 배치된다. 하측림(214) 및 하측허브(215)는 복수의 스포크(216)에 의해 연결된다.

하측림(214)과 하측허브(215)의 상측에는 상측림(211)과 상측허브(213)가 배치된다. 상측림(211)은 하측림(214)과 상응하는 직경을 갖는 링 형상을 가지며, 상측허브(213)도 하측허브(215)와 상응하는 직경을 갖는 링 형상을 갖는다.

상측림(211) 및 하측림(214)은 탄성소재로 이루어진 복수의 탄성지지대(217)에 의해 연결된다. 탄성을 갖는 탄성지지대(217)는 상측림(211)과 하측림(214)의 거리가 가까워지는 방향으로 외력이 가해지면 그 중간부분이 상측허브(213)의 중심점 및 하측허브(215)의 중심점을 잇는 중심선 방향으로 탄성변형 되었다가, 외력이 해제되면 원상태로 복귀된다.

메시(218)는 도시된 바와 같이 상측허브(213)를 상면으로 하고 하측허브(215)를 하면으로 하는 원기둥의 외주면과, 상측림(211)을 상면으로 하고 하측림(214)을 하면으로 하는 원기둥의 외주면과, 하측허브(215)의 외주연 및 하측림(214)의 내주연을 각각 연결하는 면을 각각 이루는 형상으로 설치된다.

한편, 상측림(211)에는 안착홈(212)이 형성되는데, 안착홈(212)은 아래에서 설명할 커버림(221)이 안착되도록 형성된다.

베드커버(220)에는 커버림(221), 커버허브(225), 스포크(226) 및 메시(228)가 포함된다.

커버림(221)은 상측림(211)에 형성된 안착홈(212)에 안착될 수 있는 직경을 갖는 링 형상을 갖는다. 커버허브(225)는 상측허브(213)에 상응하는 직경을 갖는 링 형상을 가지며, 커버림(221) 내에 배치된다. 커버림(221)과 커버허브(225)는 도시된 바와 같이 복수의 스포크(226)에 의해 연결된다.

메시(228)는 커버허브(225)의 외주연과 커버림(221)의 내주연을 연결하는 면을 이루는 형상으로 설치된다.

따라서, 커버림(221)이 안착홈(212)에 안착되면 베드본체(210)의 개방된 상측을 베드커버(220)가 커버하게 되므로, 베드(201)는 내부에 수용공간(219)이 형성되고 중간부분에는 커버허브(225), 상측허브(213) 및 하측허브(215)를 연결하는 통공이 형성된 원통형 용기의 형상을 갖게 된다. 이 통공 내에는 교반축(도 1의 31 참조)이 배치될 수 있다.

그러므로, 세포를 배양하는 과정에서 베드(201)를 사용하는 경우에는 베드커버(220)를 베드본체(210)와 분리하고 수용공간(219)에 배양할 세포가 접종된 담체(도 1의 29)를 투입한 후 베드커버(220)를 베드본체(210)에 결합시킴으로써 담체(29)가 베드(201) 내에 수용되도록 할 수 있다.

도시되지는 않았으나, 메시(228)는 평판 형상의 부재에 다수의 통공이 형성된 다공판과 같이, 배양액(도 1의 60 참조)은 원활하게 통과할 수 있지만 담체(29)의 통과는 방지할 수 있는 부재로 대체될 수 있다.

그리고, 필요에 따라서는 탄성지지대(217) 및 스포크(216)를 연결하는 형상으로 메시(218)가 추가 설치되어 수용공간(219)이 복수로 분리되거나 부분적으로 분리되도록 할 수 있다.

이는 아래에서 도 6을 참조하여 설명할 본 발명의 제2 실시예에 따른 세포배양기(102)와 같이 베드(201)가 상술한 중심축을 회전 중심으로 하여 회전될 경우 내부에 수용된 담체(29)가 베드(201)와 함께 회전되도록 하기 위한 것이다.

도 4에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 세포배양기(101)의 종단면도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4에 도시된 세포배양기(101)의 작동을 설명하기 위한 종단면도가 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 세포배양기(101)에는 베어링(33), 배양조, 베드(201), 교반수단, 급기수단, 배양액(60), 고정지지수단(295), 구름지지수단(296) 및 가압수단(410)이 포함된다.

여기서, 배양조에는 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)가 포함되고, 교반수단에는 교반날개(30), 교반축(31) 및 교반구동장치(32)가 포함되며, 급기수단에는 스파저(51), 급기관(52) 및 급기장치(53)가 포함된다. 이들과 배양액(60)은 앞에서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같으므로 더 상세한 설명은 생략한다. 그리고 내부에 수용공간(219)이 형성된 베드(201)는 도 3을 참조하여 설명한 바와 동일하므로, 이에 대한 설명도 생략한다.

베어링(33)은 교반축(31)을 배양조커버(11)에 대하여 회전 가능하게 지지하는데, 이때 교반축(31)이 배양조커버(11)를 관통한 부분을 통하여 배양조 내부 및 외부 사이에 기체 또는 액체가 유동되지 않도록 밀폐성을 갖도록 구성된다.

고정지지수단(295)은 베드(201)의 하측 가장자리부분이 배양조본체(10)의 내주면에 고정되도록 하는 수단이다. 자세하게 도시되지는 않았으나, 고정지지수단(295)으로는 배양조본체(10)의 내주면에 결합되거나 저면에 의해 지지되는 브라켓 등이 사용될 수 있다. 이때, 상술한 베드(201)의 하측 가장자리부분은 하측링(도 3의 214) 또는 스포크(도 3의 216)의 일부분이 해당될 수 있다.

구름지지수단(296)은 베드(201)의 상측 가장자리부분이 배양조본체(10)의 내주면을 따라 상하방향으로 유동될 수 있도록 지지하는 수단이다. 자세하게 도시되지는 않았으나, 구름지지수단(296)으로는 상측림(도 3의 211)의 외주연에 회전 가능하게 설치된 롤러 등이 사용될 수 있다.

가압수단(410)에는 가압장치(411) 및 가압구동장치(412)가 포함된다.

가압장치(411)는 도시된 바와 같이 배양조커버(11) 및 베드(201)의 상측 사이에 설치된다. 가압장치(411)는 가압구동장치(412)의 작동에 의해 그 길이가 신장 및 단축될 수 있는 장치이다.

여기서, 가압장치(411)로는 도시된 바와 같이 내부에 유체가 유입되면 길이가 신장되고 내부의 유체가 외부로 배출되면 길이가 단축되는 벨로우즈(bellows)가 사용되고 가압구동장치(412)로는 급기펌프 및 개폐밸브 등이 사용될 수 있다.

또는, 도시되지는 않았으나, 가압장치(411)로는 유압실린더 또는 전자석과 영구자석을 이용한 직선구동장치가 사용되고, 가압구동장치(412)로는 이들을 작동시킬 있는 유압펌프 또는 전력공급장치 등이 사용될 수 있다. 이와 같이, 가압수단(410)은 그 길이를 임의로 신장 또는 단축시킬 수 있는 수단으로 대체될 수 있다.

가압구동장치(412)에 의해 가압장치(411)의 길이가 신장되면 도 5에 도시된 바와 같이 베드(201)의 상측이 하방향으로 가압된다. 즉, 상술한 바와 같이 베드(201)는 외력에 의해 탄성변형 될 수 있고, 베드(201)의 상측 가장자리부분이 배양조본체(10)에 대하여 상하방향으로 유동될 수 있으므로, 가압구동장치(412)에 의해 베드(201)의 상측에 하방향의 외력이 가해지면 베드(201)가 탄성변형 된다.

이에 따라 베드(201) 내부의 용적이 감소하게 되며, 이에 따라 수용공간(219)에 수용된 담체(도 1의 29 참조)는 서로 근접하게 되다가 압축된다.

이때 담체(29)가 압축되는 정도가 과도할 경우에는 배양이 완료된 세포가 압력에 의해 파괴될 수 있으므로, 배양이 완료된 세포가 담체(29)로부터 분리될 정도의 압력만 담체(29)에 가해질 수 있도록 베드(201)가 가압장치(411)에 의해 탄성변형 되는 범위가 한정될 수 있어야 한다. 가압장치(411)의 탄성변형 범위는 가압구동장치(412)를 제어함으로써 구현될 수 있다.

한편, 세포배양기(101)로 세포를 배양하는 중에도 베드(201)가 적절한 범위 내에서 탄성 변형되도록 함으로써 세포에 적합한 물리적 자극이 가해지도록 할 수 있다. 이는 배양 중인 세포가 상술한 조골세포와 같이 물리적 자극 하에서 생장이 촉진되는 경우를 상정한 것으로, 세포의 증식률이 향상되도록 하기 위한 것이다.

그러므로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 세포배양기(101)는 세포의 특성에 따라 물리적 자극을 가하거나 가하지 않음으로써 세포의 증식률이 향상되도록 할 수 있고, 세포의 배양이 완료된 후에는 베드(201)를 탄성변형 되도록 하여 세포의 수득률이 향상되도록 할 수 있다.

도 6에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에 A로 표시한 부분의 확대도가 도시되어 있다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 세포배양기(102)에는 배양조, 베드(201), 교반수단, 급기수단, 배양액(60), 고정지지수단(295), 구름지지수단(296) 및 가압수단(410)이 포함된다.

배양조에는 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)가 포함되고, 교반수단에는 교반날개(301), 교반축(310) 및 교반구동장치(320)가 포함되며, 급기수단에는 급기관(520) 및 급기장치(530)가 포함된다.

배양조본체(10), 배양조커버(11), 베드(201), 배양액(60), 고정지지수단(295), 구름지지수단(296) 및 가압수단(410)은 앞에서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같으므로 더 상세한 설명은 생략한다.

교반축(310)은 내부에 길이방향을 따라 중공부(311a)가 형성된 중공축이고, 교반축(310)의 하단부에는 스파저부(330)가 형성된다.

스파저부(330)에는 도 7에 도시된 바와 같이 급기공(311b)이 형성되는데, 스파저부(330)의 내부는 중공부(311a)와 상통되는 공간이 형성된다. 교반축(310)의 상단부에는 급기관(520)이 연결되고, 급기관(520)에는 급기장치(530)가 설치된다.

급기관(520) 및 급기장치(530)는 앞에서 설명한 급기장치(도 4의 53 참조)와 같이 급기관(520)을 통하여 공기가 공급되도록 하는 장치이다. 따라서, 급기장치(530)에 의하여 급기관(520)으로 공기가 공급되면, 공급된 공기는 중공부(311a)를 거쳐 스파저부(330)에 형성된 급기공(311b)으로 배출된다.

급기공(311b)으로 배출된 공기는 배양액(60) 중에 기포(90)를 형성하게 된다.

교반구동장치(320)로는 전동기와 같이 회전력을 발생시키는 장치가 사용될 수 있으며, 교반구동장치(320)는 교반축(310)의 상측에 연결된다. 이때, 교반구동장치(320) 및 교반축(310)은 기어 또는 벨트 등의 전동장치로 연결되어, 교반구동장치(320)의 작동에 따라 교반축(310)이 정지된 상태를 유지하거나 일방향 또는 타방향으로 회전될 수 있다.

교반축(310)의 하측에는 도시된 바와 같이 교반날개(301)가 설치되므로, 교반축(310)의 회전에 따라 배양액(60)은 배양조 내에서 순환될 수 있다.

아울러, 스파저부(330)는 교반날개(301)보다 하측에 배치되도록 하여, 기포(90)가 회전하는 교반날개(301)에 의해 더욱 작은 직경을 갖는 동시에 더 넓은 범위로 분산되도록 할 수 있다.

참고로, 도시되지는 않았으나, 배양조커버(11)에는 앞에서 설명한 바와 같은 베어링(도 4의 33 참조)가 설치되어 교반축(310)이 배양조커버(11)에 대하여 회전 가능하게 지지하되 밀폐성이 유지되도록 할 수 있다.

본 실시예(102)에서는 상술한 바와 같이 급기장치(530)에 의해 공급된 공기가 교반축(310)을 통하여 배양액(60) 중으로 공급되도록 함으로써, 앞에서 설명한 급기관(도 4의 52)과 같이 배양조커버(11)를 관통하며 설치될 필요가 없다. 따라서 배양조커버(11)를 관통하며 설치되는 구성요소의 수가 증가될수록 밀폐성을 유지하기 위하여 소요되는 구성요소의 수 및 설치시간 등이 절약되는 동시에 누설 가능성 등이 낮아지는 장점이 있다.

한편, 본 실시예(102)에서도 가압수단(410)에 의해 베드(201)가 탄성변형 되도록 할 수 있으므로, 앞에서 설명한 제1 실시예(도 4 및 도 5의 101)와 마찬가지로 배양 세포의 증식률 및 배양 완료된 세포의 수득률이 향상될 수 있다.

도 8에는 본 발명의 실시예에 적용되는 베드의 제1 변형예의 사시도가 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 베드(202)에는 베드본체(230) 및 베드커버(240)가 포함된다.

베드본체(230)는 상측림(231), 하측림(234), 하측허브(235), 스포크(236), 지지대(237) 및 메시(238)가 포함된다.

하측림(234)은 링의 형상을 가지며, 하측림(234) 내에는 보다 작은 직경을 갖는 링 형상의 하측허브(235)가 배치된다. 하측림(234) 및 하측허브(235)는 복수의 스포크(236)에 의해 연결된다.

하측림(234)과 하측허브(235)의 상측에는 상측림(231)과 상측허브(233)가 배치된다. 상측림(231)은 하측림(234)과 상응하는 직경을 갖는 링 형상을 가지며, 상측허브(233)도 하측허브(235)와 상응하는 직경을 갖는 링 형상을 갖는다.

상측림(231) 및 하측림(234)은 복수의 지지대(237)에 의해 연결된다. 지지대(237)는 상측림(231)과 하측림(234) 사이를 견고하게 지지한다.

메시(238)는 도시된 바와 같이 상측림(231)을 상면으로 하고 하측림(234)을 하면으로 하는 원기둥의 외주면과, 하측허브(235)의 외주연 및 하측림(234)의 내주연을 각각 연결하는 면을 각각 이루는 형상으로 설치된다.

베드커버(240)에는 커버림(241), 커버허브(245), 스포크(246) 및 메시(248)가 포함된다.

한편, 도시되지는 않았으나, 상측림(231)에는 앞에서 설명한 상측림(도 3의 211)의 안착홈(212)과 같이 안착홈이 형성되는데, 커버림(241)은 이 안착홈에 안착될 수 있는 직경을 갖는 링 형상을 갖는다.

커버허브(245)는 하측허브(235)에 상응하는 직경을 갖는 링 형상을 가지며, 커버림(241)의 중심부에 배치된다. 커버림(241)과 커버허브(245)는 도시된 바와 같이 복수의 스포크(246)에 의해 연결된다.

메시(248)는 커버허브(245)의 외주연과 커버림(241)의 내주연을 연결하는 면을 이루는 형상으로 설치된다.

따라서, 커버림(241)이 상측림(231)에 형성된 안착홈에 안착되면 베드본체(230)의 개방된 상측을 베드커버(240)가 커버하게 되므로, 베드(202)는 내부에 수용공간(239)이 형성된다.

이때 베드(202)의 상하측 중간부분에 배치된 커버허브(245) 및 하측허브(235)의 중심부에는 통공이 각각 형성되는데, 이 통공에는 아래에서 설명할 베드축(도 9의 811, 도 10의 812 참조) 등이 관통하는 형상으로 결합될 수 있다.

그러므로, 세포를 배양하는 과정에서 베드(202)를 사용하는 경우에는 베드커버(240)를 베드본체(230)와 분리하고 수용공간(239)에 배양할 세포가 접종된 담체(도 1의 29)를 투입한 후 베드커버(240)를 베드본체(230)에 결합시킴으로써 담체(29)가 베드(201) 내에 수용되도록 할 수 있다.

참고로, 필요에 따라서는 지지대(237) 및 스포크(236)를 연결하는 형상으로 메시(238)가 추가 설치되어 수용공간(239)이 복수로 분리되거나 부분적으로 분리되도록 할 수 있다.

도 9에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 세포배양기(103)의 종단면도가 도시되어 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 세포배양기(103)에는 배양조, 베드(202), 교반수단, 베드구동수단, 급기수단 및 배양액(60)이 포함된다.

배양조에는 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)가 포함되고, 교반수단에는 교반날개(30), 교반축(311) 및 교반구동장치(321)가 포함되며, 급기수단에는 스파저(51), 급기관(52) 및 급기장치(53)가 포함된다.

배양조본체(10), 배양조커버(11), 스파저(51), 급기관(52), 급기장치(53) 및 배양액(60)은 앞에서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 구성 및 작동이 동일하고, 베드(202)는 도 8을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

베드구동수단에는 베드축(811) 및 베드구동장치(821)가 포함된다.

베드축(811)은 교반축(311)의 외주면을 감싸는 형상으로 교반축(311)에 결합되는데, 교반축(311)과 베드축(811)은 상대적으로 회전될 수 있는 이중축을 이루도록 구성된다.

이때, 교반축(311)은 도시된 바와 같이 베드축(811)보다 길이가 길게 형성되어, 교반축(311)의 상측 및 하측이 베드축(811)의 상단부 및 하단부보다 돌출되도록 형성된다.

또한, 베드축(811)은 교반축(311)에 대하여 동일한 중심축을 회전축으로 하여 상대적인 회전은 할 수 있으나, 중심축의 길이방향을 따라서는 슬라이딩 이동되지 않도록 구성된다.

이는, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 베드축(811)의 내주면 및 교반축(311)의 외주면 사이에 베어링이 개재되도록 하거나, 교반축(311)의 외주면에 베드축(811)의 상단 및 하단을 지지하는 지지턱이 각각 돌출되도록 하는 등의 방법으로 구현될 수 있다.

아울러, 베드축(811)의 내주면 및 교반축(311)의 외주면 사이는 기밀 또는 수밀이 유지되도록 하여 배양조 내부 및 외부가 차폐될 수 있어야 한다. 이를 위하여, 베드축(811)의 내주면 및 교반축(311)의 외주면 사이에는 상대적인 회전은 허용하되 기밀 또는 수밀상태가 유지되도록 하는 밀폐부재가 개재될 수 있다.

베드축(811)의 상측은 도시된 바와 같이 배양조커버(11)를 관통하는 형상으로 배치되는데, 도시가 생략되었으나, 이 부분에는 앞에서 설명한 베어링(도 4의 33)이 설치되어 배양조커버(11)에 의해 베드축(811)이 회전 가능하게 지지되는 동시에 배양조커버(11)의 밀폐상태가 유지되도록 할 수 있다.

베드구동장치(821)는 배양조커버(11)의 상측으로 돌출된 베드축(811)의 상단부에 연결된다. 베드구동장치(821)로는 전동기와 같이 회전력을 발생시키는 장치가 사용될 수 있으며, 베드구동장치(821) 및 베드축(811)은 기어 또는 벨트 등의 전동장치로 연결되어, 베드구동장치(821)의 작동에 따라 베드축(811)이 정지된 상태를 유지하거나 일방향 또는 타방향으로 회전될 수 있다.

베드축(811)의 외주면에는 도시된 바와 같이 베드(202)가 결합된다. 베드축(811)의 하측허브(도 8의 235)가 관통되는 형상으로 고정 결합됨에 따라, 베드(202)는 베드축(811)에 고정결합 될 수 있다. 따라서, 베드구동장치(821)의 작동에 따라 베드(202) 또한 정지상태를 유지하거나 일방향 또는 타방향으로 회전될 수 있게 된다.

참고로, 커버허브(도 8의 245)는 베드커버(240)가 베드본체(230)의 상측을 개폐할 수 있어야 하므로, 필요에 따라 베드축(811)에 고정 결합되지 않을 수 있다.

한편, 베드축(811)의 하단부보다 하방향으로 더 돌출된 교반축(311)의 하단부에는 교반날개(30)가 설치된다. 교반축(311)의 상측에는 교반구동장치(321)가 연결되며, 교반구동장치(321)의 작동에 따라 교반날개(30)는 정지상태를 유지하거나 일방향 또는 타방향으로 회전될 수 있다.

상술한 바와 같이 교반축(311) 및 베드축(811)은 상대적으로 회전될 수 있으므로, 교반축(311)과 베드축(811)은 각각 교반구동장치(321) 및 베드구동장치(821)의 작동에 따라 독립적으로 정지상태를 유지하거나 회전될 수 있다.

참고로, 스파저(51)는 교반날개(30)보다 하측에 배치되어, 스파저(51)로부터 배출된 공기에 의해 배양액(60) 중에 형성된 기포(도 1의 90 참조)는 교반날개(30)가 회전될 경우 더 작은 직경을 갖는 동시에 더 넓은 범위로 분산될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성에 따라, 본 실시예(103)는 수용공간(239)에 수용된 담체(도 1의 29 참조)에 접종된 세포를 배양하는 배양단계(도 2의 S30) 중에는 적합한 배양 조건을 제공할 수 있으며, 세포의 배양이 완료된 후 배양 세포를 수확하는 회수단계(도 2의 S50)에서는 수득률이 향상되도록 할 수 있다.

즉, 배양단계(S30) 중 배양하고자 하는 세포가 물리적인 자극이 가해지면 생장이 저하되는 종류일 경우에는 베드(202)가 정지된 상태를 유지하도록 베드구동장치(821)가 작동되지 않도록 하며, 이때 교반날개(30) 또한 필요한 경우에만 낮은 속도로 회전되도록 함으로써 세포에 가해지는 물리적 자극이 최소화되도록 할 수 있다.

반대로 배양하고자 하는 세포가 적절한 물리적 자극이 가해지면 생장이 촉진되는 종류일 경우에는 베드(202)가 적절한 속도로 회전되거나 일방향 또는 타방향으로 왕복하여 회전되도록 함으로써 세포에 적절한 정도의 물리적인 자극이 가해지도록 할 수 있다. 참고로, 세포에 가해지는 물리적인 자극의 크기는 실험에 의해 구할 수 있다.

아울러, 교반날개(30) 또한 충분한 속도로 회전되도록 하여 순환되는 배양액(60)에 의한 물리적 자극도 부가되도록 할 수도 있다.

한편, 회수단계(S50)에서는 베드 유동 단계(S51)가 더 행해질 수 있다.

본 실시예(103)에서의 베드 유동 단계(S51)는 베드(202)가 적절한 속도로 회전되도록 함에 따라 원심력에 의하여 베드(202)의 가장자리로 이동된 담체(29)가 적절한 힘으로 압착됨으로써 배양이 완료된 세포가 담체(29)로부터 분리되도록 할 수 있다.

또는, 베드(202)가 일방향 또는 타방향으로 왕복하여 회전되도록 하면, 즉 회전진동을 가하면, 담체(29)가 배양액(60)과의 마찰저항에 의해 베드(202)의 내주면 또는 담체(29)들끼리 충돌하게 되어 세포가 담체(29)로부터 분리되도록 할 수 있다.

이때, 도시되지는 않았으나, 앞에서 설명한 바와 같이 지지대(도 8의 237) 및 스포크(도 8의 236)를 연결하는 형상으로 메시(도 8의 238)가 추가 설치되어 수용공간(239)이 복수로 분리되거나 부분적으로 분리된 경우에는, 추가로 설치된 메시에 의해 담체(292)가 왕복 운동되거나 메시와 충돌하게 되므로, 세포가 담체(29)로부터 분리되는 것이 촉진될 수 있다.

다만, 배양액(60)과 담체(29) 사이의 마찰저항이나, 담체(29)끼리의 충돌 및 담체(29)와 상술한 메시와의 충돌이 발생되는 과정에서 세포에 과도한 힘이 가해질 경우에는 세포막이 파괴되는 등의 문제가 발생될 수 있으므로, 실험에 의해 세포막이 파괴되지 않는 범위 내에서 마찰저항이나 충돌이 발생되도록 해야 한다.

이와 같이 베드 유동 단계(S51)에 의해 담체(29)로부터 분리된 세포는 배양액(60) 중에 분산된다. 이때 회수관(도 1의 71)으로 배양액(60)이 배출되도록 함으로써 배양이 완료된 세포(도 1의 70 참조)가 회수되도록 하여 회수단계(S50)가 완료되도록 할 수 있다.

도 10에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도가 도시되어 있다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 세포배양기(104)에는 배양조, 베드(202), 교반수단, 베드구동수단, 급기수단 및 배양액(60)이 포함된다.

배양조에는 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)가 포함되고, 교반수단에는 교반날개(301), 교반축(312) 및 교반구동장치(320)가 포함되며, 급기수단에는 급기관(520) 및 급기장치(530)가 포함된다. 베드구동수단에는 베드축(812) 및 베드구동장치(822)가 포함된다.

배양조본체(10), 배양조커버(11) 및 배양액(60)은 도 4 및 도 5를 참조하여 앞에서 설명한 바와 구성 및 작동이 동일하고, 베드(202)는 도 8을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

교반축(312)은 앞에서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 교반축(310)과 같이 내부에 길이방향을 따라 중공부가 형성된 중공축이고, 교반축(312)의 하단부에는 스파저부(330)가 형성된다.

스파저부(330)에는 도 7에 도시된 바와 같이 급기공(311b)이 형성되어, 급기장치(530)에 의하여 급기관(520)으로 공기가 공급되면, 공급된 공기는 교반축(312)에 형성된 중공부(311a)를 거쳐 스파저부(330)에 형성된 급기공으로 배출되면서 배양액(60) 중에 기포(도 6의 90 참조)를 형성하게 된다.

교반구동장치(320)로는 앞에서 설명한 바와 같이 전동기 등이 사용될 수 있으며, 교반구동장치(320)는 교반축(312)의 상측에 연결된다. 교반축(312)의 하측에는 교반날개(301)가 설치되므로, 교반축(312)의 회전에 따라 배양액(60)은 배양조 내에서 순환될 수 있다.

베드축(812)은, 도 9를 참조하여 설명한 교반축(311) 및 베드축(811)과 같이, 교반축(312)의 외주면을 감싸는 형상으로 교반축(312)에 결합된다. 즉, 교반축(312)과 베드축(812)은 상대적으로 회전될 수 있는 이중축을 이루도록 구성된다.

베드구동장치(822)는 배양조커버(11)의 상측으로 돌출된 베드축(812)의 상단부에 연결된다. 베드축(811)의 외주면에는 도시된 바와 같이 베드(202)가 결합된다.

본 실시예(104)는, 상술한 바와 같은 구성에 의해, 수용공간(239)에 수용된 담체(도 1의 29 참조)에 접종된 세포를 배양하는 배양단계(도 2의 S30) 중에는 적합한 배양 조건을 제공할 수 있으며, 세포의 배양이 완료된 후 배양 세포를 수확하는 회수단계(도 2의 S50)에서는 수득률이 향상되도록 할 수 있다.

즉, 본 실시예(104)는 배양단계(도 2의 S30)에서 베드(202)가 정지상태로 유지되도록 하거나, 일방향 또는 타방향으로 회전되도록 하거나, 일방향 및 타방향으로 왕복회전되는 회전진동이 이루어지도록 하여 배양할 세포의 특성에 맞도록 세포에 물리적 자극이 가해지거나 가해지지 않도록 할 수 있다.

그리고 회수단계(도 2의 S50)에서는 베드(202)가 일방향 또는 타방향으로 회전되도록 하거나, 일방향 및 타방향으로 왕복회전되도록 하여 담체(도 1의 29 참조)로부터 배양이 완료된 세포가 용이하게 분리되도록 할 수 있다.

아울러, 본 실시예(104)에서는 상술한 바와 같이 급기장치(530)에 의해 공급된 공기가 교반축(312)을 통하여 배양액(60) 중으로 공급되도록 함으로써, 앞에서 설명한 급기관(도 4의 52)과 같이 배양조커버(11)를 관통하며 설치될 필요가 없다. 따라서 배양조커버(11)를 관통하며 설치되는 구성요소의 수가 증가될수록 밀폐성을 유지하기 위하여 소요되는 구성요소의 수 및 설치시간 등이 절약되는 동시에 누설 가능성 등이 낮아지는 효과도 얻을 수 있다.

도 11에는 본 발명의 제5 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도가 도시되어 있고, 도 12에는 도 11의 B로 표시한 부분의 확대도가 도시되어 있다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 세포배양기(105)에는 배양조, 베드(202), 교반수단, 베드구동수단, 급기수단 및 배양액(60)이 포함된다.

배양조에는 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)가 포함되고, 교반수단에는 교반날개(301), 교반축(313) 및 교반구동장치(321)가 포함되며, 급기수단에는 급기관(520) 및 급기장치(530)가 포함된다. 베드구동수단에는 베드축(812) 및 베드구동장치(822)가 포함된다.

배양조본체(10), 배양조커버(11) 및 배양액(60)은 도 4 및 도 5를 참조하여 앞에서 설명한 바와 구성 및 작동이 동일하고, 베드(202)는 도 8을 참조하여 설명한 바와 동일하며, 베드축(812) 및 베드구동장치(822)는 도 10을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

교반축(313)은 앞에서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한 교반축(310)과 같이 내부에 길이방향을 따라 중공부(313a)가 형성된 중공축이고, 교반축(313)의 하측에는 교반날개(301)가 설치되며, 교반축(313)의 하단부에는 스파저부(331)가 형성된다.

스파저부(331)에는 도 7에 도시된 바와 같이 급기공(313b)이 형성되어, 급기장치(530)에 의하여 급기관(520)으로 공기가 공급되면, 공급된 공기는 교반축(313)에 형성된 중공부(313a)를 거쳐 스파저부(331)에 형성된 급기공(313b)으로 배출되면서 배양액(60) 중에 기포(도 6의 90 참조)를 형성하게 된다.

교반구동장치(321)에는 자성부(340) 및 자기구동부(350)가 포함된다.

자성부(340)는 스파저부(331)의 하측에 형성되는데, 복수의 영구자석(341)이 교반축(313)의 중심축을 기준으로 방사상으로 배치된다. 자세하게 도시되지는 않았으나, 복수의 영구자석(341)은 이웃하게 배치된 것의 N극과 S극이 교대로 교반축(313)의 하단부 방향을 향하도록 설치된다.

자기구동부(350)는 배양조본체(10)의 하측 중 자성부(340)가 배치된 위치에 근접하도록 배치된다. 자기구동부(350)에는 영구자석(341)과 상응하는 수의 전자석(351)이 내장되며, 교반축(313)의 중심축을 기준으로 영구자석(341)과 상응하는 위치에 방사상으로 배치된다.

여기서, 자성부(340)는 배양조본체(10)의 내측에 배치되고 자기구동부(350)는 배양조본체(10)의 외측에 배치된다. 자기구동부(350)는 자성부(340)와 이격된 상태에서 전자기력을 이용하여 자성부(340)에 회전력을 발생시키는 장치이다.

즉, 전자석(351)에 전류가 흐르는 방향 및 전류의 방향이 변경되는 속도 등을 조절함에 따라 자성부(340)에 설치된 복수의 영구자석(341)에 인력 및 척력이 가해지도록 함으로써, 자성부(340)에 회전력이 가해지거나 정지상태를 유지하도록 할 수 있다. 이와 같이 자기구동부(350)에 공급되는 전류를 조절함으로써 자성부(340)가 형성된 교반축(313)의 정지, 회전, 회전방향 및 회전속도를 조절할 수 있다.

자성부(340)가 형성된 교반축(313)에는 베드(202)가 결합되어 있으므로, 자기구동부(350)를 이용하여 교반날개(301)가 정지 또는 회전되도록 하거나, 교반날개(301)의 회전방향 및 회전속도를 조절하여 배양액(60)의 순환 여부, 순환속도 및 순환방향을 조절할 수 있다.

여기서, 교반축(313) 및 베드축(812)은 상대적으로 회전될 수 있으므로, 베드구동장치(822)에 따른 베드(202)의 작동과 교반날개(301)의 회전은 독립적으로 조절이 가능하다.

상술한 바와 같은 구성에 의해, 본 실시예(105)는 도 10을 참조하여 설명한 본 발명의 제4 실시예에 따른 세포배양기(104)가 갖는 장점 외에도 세포배양기(105)의 설치 및 운전이 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.

즉, 교반축(313)의 회전을 조절하기 위한 교반구동장치(321)가 배양조본체(10)의 하측에 배치되므로 배양조커버(11) 상측에 배치되는 구성요소의 구성이 단순해지는 장점이 있다.

예를 들어, 담체(29)를 수용공간(239)에 수용시키는 등의 작업을 위해 배양조커버(11)를 개폐하는 경우, 베드구동장치(822)와 같이 배양조커버(11)의 상측에 배치된 구성요소는 배양조커버(11) 또는 별도의 지지수단으로부터 분리되었다가 다시 결합되는 과정을 거치게 되는 것이 일반적이다.

그러나 교반구동장치(321)는 배양조본체(10)의 하측에 배치되므로 배양조커버(11)의 개폐 시 이러한 작업이 생략되므로 세포배양기(105)의 설치 및 운전에 소요되는 시간 및 노력이 절약되는 효과를 얻을 수 있다.

도 13에는 본 발명의 제6 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도가 도시되어 있다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 세포배양기(106)에는 배양조, 베드(202), 교반수단, 베드구동수단, 급기수단 및 배양액(60)이 포함된다.

배양조에는 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)가 포함되고, 교반수단에는 교반날개(301), 교반축(313) 및 교반구동장치(322)가 포함되며, 급기수단에는 급기관(520) 및 급기장치(530)가 포함된다. 베드구동수단에는 베드축(812) 및 베드구동장치(823)가 포함된다.

배양조본체(10), 배양조커버(11) 및 배양액(60)은 도 4 및 도 5를 참조하여 앞에서 설명한 바와 동일하고, 베드(202)는 도 8을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

교반축(313)은 앞에서 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한 교반축(313)과 같이 내부에 길이방향을 따라 중공부가 형성된 중공축이고, 교반축(313)의 하측에는 교반날개(301)가 설치되며, 교반축(313)의 하단부에는 스파저부(331)가 형성된다.

교반축(313) 및 베드축(813)은 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한 교반축(313) 및 베드축(812)과 같이 상대적으로 회전 가능하게 결합된 이중축을 형성한다.

교반구동장치(322)에는 자성부(340) 및 자기구동부(350)가 포함된다. 자성부(340)는 스파저부(331)의 하측에 형성되는데, 자성부(340) 및 자기구동부(350)도 앞에서 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

베드구동장치(823)에는 베드자기구동부(830) 및 베드자성부(840)가 포함된다.

자세하게 도시되지는 않았으나, 베드자성부(840)는 베드(202)의 하측 외주연을 따라 설치되며, 베드자성부(840)에는 베드(202)의 회전중심축인 교반축(313)을 중심으로 하여 방사상으로 배치된 영구자석이 포함된다.

베드자기구동부(830)는 배양조본체(10)의 외부 하측에 설치되는데, 베드자성부(840)는 베드자성부(840)에 상응하는 위치에 배치된다. 베드자기구동부(830)는 전자기력에 의해 베드자성부(840)에 회전력을 발생하는데, 그 원리는 앞에서 설명한 자성부(340) 및 자기구동부(350)와 동일하다.

즉, 도시되지는 않았으나, 베드자기구동부(830) 내에는 베드자성부(840)에 포함된 영구자석에 상응하는 수의 전자석이 포함되며, 이 전자석에 전류가 인가되어 발생되는 전자기력에 의해 베드자성부(840)에 포함된 영구자석 사이에 작용되는 인력 및 척력을 이용하여 베드자성부(840)에 회전력이 발생되도록 한다.

그러므로, 베드자기구동부(830)에 포함된 복수의 전자석에 전류가 인가되는지의 여부, 전류의 방향, 전류 방향의 변화 등을 조절함으로써 베드(202)의 정지상태가 유지되도록 하거나, 베드(202)가 일방향 또는 타방향으로 회전되도록 할 수 있으며, 베드(202)의 회전속도 또한 조절되도록 할 수 있다.

참고로, 베드자기구동부(830) 및 자기구동부(840)는 도시되지 않은 지지수단 또는 배양조본체(10)의 외측 저면에 설치될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성에 의해, 본 실시예(106)는 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한 본 발명의 제5 실시예에 따른 세포배양기(105) 보다 세포배양기(106)의 설치 및 운전이 더욱 용이해지는 효과를 얻을 수 있다.

예를 들어, 교반구동장치(322) 및 베드구동장치(823)가 모두 배양조본체(10)의 하측에 배치되어 배양조커버(11)의 개폐 시 요구되는 작업 절차가 감소되므로, 세포배양기(106)의 설치 및 운전에 소요되는 시간 및 노력이 더욱 절약되는 효과를 얻을 수 있다.

도 14에는 본 발명의 제7 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도가 도시되어 있다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 세포배양기(107)에는 배양조, 베드(202), 교반수단, 베드구동수단, 급기수단 및 배양액(60)이 포함된다.

배양조에는 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)가 포함되고, 교반수단에는 교반날개(301), 교반축(313) 및 교반구동장치(322)가 포함되며, 급기수단에는 급기관(520) 및 급기장치(530)가 포함된다.

교반날개(301)는 교반축(313)의 하측에 설치되고, 교반축(313)의 하단부에는 스파저부(331)가 형성된다. 교반구동장치(322)에는 스파저부(331)의 하측에 형성된 자성부(340) 및 배양조본체(10)의 하측 외부에 설치된 자기구동부(350)가 포함된다.

베드구동수단에는 베드축(813) 및 베드구동장치(824)가 포함되며, 베드구동장치(824)에는 베드(202)의 하측 외주연에 설치된 베드자성부(841) 및 배양조본체(10)의 측면 외부 중 베드자성부(841)와 근접한 위치에 설치된 베드자기구동부(831)가 포함된다.

여기서, 배양조본체(10), 배양조커버(11), 배양액(60), 베드(202), 교반날개(301), 교반축(313), 스파저부(331), 자성부(340), 자기구동부(350) 및 베드축(813)은 도 13을 참조하여 설명한 바와 같으므로 중복되는 설명은 생략한다.

도시되지는 않았으나, 베드자성부(841) 내에는 복수의 영구자석이 포함되고, 베드자기구동부(831)에는 영구자석에 상응하는 수의 전자석이 포함된다. 베드자기구동부(831)는 전자기력에 의해 베드자성부(841)에 회전력이 발생되도록 하는데, 그 원리는 도 13을 참조하여 설명한 베드자기구동부(830) 및 베드자성부(840)와 동일하다.

다만, 도 13을 참조하여 설명한 세포배양기(106)와는 달리, 본 실시예(107)에서는 베드자기구동부(831)가 베드자성부(841)에 더욱 근접하게 배치된다. 이에 따라 베드(202)를 회전시키고자 할 경우 베드자기구동부(831) 및 베드자성부(841) 사이에 작용되는 인력 및 척력이 세포배양기(106)의 경우에 비하여 더 강하게 작용될 수 있다.

이와 같은 구성에 의해, 본 실시예(107)는 본 발명의 제6 실시예에 따른 세포배양기(106)에 비하여 베드(202)를 구동하는 데에 소요되는 전력량이 절감되거나, 베드(202)의 회전력이 증가되는 효과를 더 얻을 수 있다.

도 15에는 본 발명의 실시예에 적용되는 베드의 제2 변형예의 사시도가 도시되어 있다.

도 15를 참조하면, 베드(203)에는 베드본체(250) 및 베드커버(260)가 포함된다.

베드본체(250)에는 상측림(251), 하측림(254), 하측허브(255), 스포크(256) 및 지지대(257)가 포함되고, 베드커버(260)에는 커버림(261), 커버허브(265) 및 스포크(266)가 포함된다.

여기서, 상측림(251), 하측림(254), 하측허브(255), 스포크(256), 지지대(257), 커버림(261), 커버허브(265) 및 스포크(266)는 도 8을 참조하여 설명한 베드(202)의 상측림(231), 하측림(234), 하측허브(235), 스포크(236), 지지대(237), 커버림(241), 커버허브(245) 및 스포크(246)와 각각 동일한 형상 및 연결관계를 가지므로, 이들에 대한 설명은 생략한다.

다만, 본 도면에는 메시(도 8의 238, 248)의 도시가 생략되어 있으나, 베드(203)에도 메시가 포함되며, 이에 따라 내부에 담체(도 1의 29 참조)가 수용되는 수용공간(259)이 형성된다. 그리고, 베드(203)에 포함되는 메시 또한 도 8에서 설명한 바와 같이 다공판과 같이 배양액(도 14의 60 참조)은 원활하게 통과할 수 있지만 담체(29)의 통과는 방지할 수 있는 부재로 대체될 수 있다.

한편 베드(203)에는 교반블레이드(297, 298)가 더 포함된다.

교반블레이드(297, 298)는 베드본체(250) 및 베드커버(260)에 설치된다.

도시된 바와 같이, 베드본체(250)의 하측에 가장자리에 배치된 교반블레이드(297)의 일측은 스포크(256)에 결합되고 타측은 하방향으로 돌출되도록 설치될 수 있다. 그리고 베드커버(240)의 상측 중간부분에 배치된 교반블레이드(298)의 일측은 스포크(266)에 결합되고 타측은 베드커버(240)의 상방향으로 돌출되도록 설치될 수 있다.

베드(203)가 앞에서 설명한 베드축(도 14의 813)에 결합되어 있고 배양액(도 14의 60) 내에 배치된 상태에서 도면에 표시된 곡선 화살표 방향으로 회전된다고 가정하면 교반블레이드(297, 298)에 의해 배양액(60)이 순환하게 된다.

즉, 베드(203)가 곡선 화살표 방향으로 회전하면 베드본체(250)의 하측 가장자리에 배치된 교반블레이드(297)는 배양조본체(도 14의 10 참조)의 하측 가장자리부분의 배양액(60)이 베드(203)의 가장자리부분을 따라 상방향으로 유동되도록 하는 흐름을 유발한다. 이때 베드커버(240)의 중간부분에 배치된 교반블레이드(298)는 배양조본체(도 14의 10 참조)의 상측 중간부분의 배양액(60)이 베드(203)의 중간부분을 따라 하방향으로 유동되도록 하는 흐름을 유발한다.

베드(203)의 회전에 의해 배양액(60)이 배양조본체(10) 내에서 순환하면 수용공간(259) 내에 수용된 담체(29)는 베드(203)의 회전에 의해 배양액(60) 중에서 유동되는 효과 외에 배양액(60) 자체의 순환에 의해 담체(29)의 유동이 더 증가되는 효과를 얻을 수 있다.

따라서, 담체(29)의 전체 표면에 배양액(60)의 접촉이 촉진되므로 베드(203)의 회전속도를 적절히 조절하면 배양 중인 세포와 배양액(60) 사이의 물질 교환이 원활해질 수 있다. 그리고 배양이 완료된 후 세포를 회수하고자 할 경우에는 베드(203)의 회전속도 높여서 배양액(60)과 담체(29) 사이의 마찰저항이 높아지게 하고, 베드(203)의 회전방향을 일방향에서 타방향으로 반복하여 변경하는 등의 방법으로 배양액(60)의 순환방향을 변경함으로써 담체(29)로부터 세포가 용이하게 분리되도록 할 수도 있다.

또한, 배양액(60)을 순환시키고자 할 경우 교반날개(도 14의 301)의 작동을 베드(203)의 회전으로 대체할 수 있으며, 세포가 물리적 자극이 가해지면 생장이 촉진되는 특성을 갖는 경우 등에는 교반축(도 14의 313) 및 교반구동장치(도 14의 322)의 설치를 생략하고 베드(203)의 회전으로 배양액(60)이 순환되도록 하는 것도 가능하다.

참고로, 교반블레이드(297, 298)의 수는 필요에 따라 가감될 수 있고, 교반블레이드(297, 298)가 설치되는 위치, 그 형상 및 회전방향에 따른 배양액(60)의 흐름 유도방향 또한 필요에 따라 변경될 수 있다.

도 16에는 본 발명의 실시예에 적용되는 베드의 제3 변형예의 사시도가 도시되어 있고, 도 17에는 도 16에 C로 표시한 부분의 확대도가 도시되어 있다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 베드(204)에는 베드본체(270) 및 베드커버(280)가 포함된다.

베드본체(270)에는 상측림(271), 하측림(274), 하측허브(275), 스포크(276) 및 지지대(277)가 포함되고, 베드커버(280)에는 커버림(281), 커버허브(285) 및 스포크(286)가 포함된다.

여기서, 상측림(271), 하측림(274), 하측허브(275), 스포크(276), 지지대(277), 커버림(281), 커버허브(285) 및 스포크(286)는 도 8을 참조하여 설명한 베드(202)의 상측림(231), 하측림(234), 하측허브(235), 스포크(236), 지지대(237), 커버림(241), 커버허브(245) 및 스포크(246)와 각각 동일한 형상 및 연결관계를 가지므로, 이들에 대한 설명은 생략한다.

본 도면에는 메시(도 8의 238, 248)의 도시가 생략되어 있으나, 베드(204)에도 메시가 포함되며, 이에 따라 내부에 담체(도 1의 29 참조)가 수용되는 수용공간이 형성된다. 그리고, 베드(204)에 포함되는 메시 또한 도 8에서 설명한 바와 같이 다공판과 같이 배양액(도 14의 60 참조)은 원활하게 통과할 수 있지만 담체(29)의 통과는 방지할 수 있는 부재로 대체될 수 있다.

한편 베드(204)에는 복수의 관체(291) 및 복수의 순환블레이드(293)가 더 포함된다. 그리고 스포크(286)에는 통공(292)이 형성되며, 자세하게 도시되지는 않았으나 스포크(276)에도 상응하는 형상의 통공이 형성된다. 이때 통공(292)은 도시된 바와 같이 스포크(276, 286)의 일부에 형성될 수도 있고, 도시된 바와 달리 그 수가 가감될 수도 있다.

관체(291)는 베드본체(270)의 스포크(276)에 형성된 통공 및 베드커버(280)에 형성된 통공(292)을 연결하는 형상으로 설치된 중공관이다. 그리고 순환블레이드(293)는 스포크(276)에 설치되어 관체(291)의 하측에 배치될 수 있다. 순환블레이드(293)에의 일측에는 개구(294)가 형성된다.

따라서, 관체(291), 통공(292), 순환블레이드(293) 및 개구(294)에 의해 순환관로(290)가 형성된다.

베드(204)가 앞에서 설명한 베드축(도 14의 813)에 결합되어 있고 배양액(60) 내에 배치된 상태에서 도면에 표시된 곡선 화살표 방향으로 회전된다고 가정하면 순환관로(290)에 의해 배양액(60)이 순환하게 된다.

즉, 베드(204)가 곡선 화살표 방향으로 회전하면 베드본체(270)의 하측에 배치된 순환블레이드(293)는 배양조본체(도 14의 10 참조) 하측의 배양액(60)이 개구(294)로 유입되며, 유입된 배양액(60)은 관체(291)을 따라 상방향으로 유동되도록 하는 흐름을 유발한다.

관체(291)의 하측으로부터 상방향으로 유동되는 배양액(60)은 통공(292)으로 배출되며, 이에 따라 배양조본체(10) 상측의 배양액(60)은 통공(292)을 통하여 배출되는 만큼의 양이 배양조본체(10) 중 관체(291)를 제외한 부분을 통하여 하방향으로 유동된다.

베드(204)의 회전에 의해 배양액(60)이 배양조본체(10) 내에서 순환하면 베드(204) 내에 수용된 담체(29)는 베드(204)의 회전에 의해 배양액(60) 중에서 유동되는 효과 외에 배양액(60) 자체의 순환에 의해 담체(29)의 유동이 더 증가되는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 베드(204)는 앞에서 도 15를 참조하여 설명한 베드(203)가 갖는 효과를 가질 수 있다.

여기서, 순환관로(290)의 수는 필요에 따라 가감될 수 있고, 순환블레이드(293)가 설치되는 위치, 그 형상 및 회전방향에 따른 배양액(60)의 흐름 유도방향 또한 필요에 따라 변경될 수 있다.

아울러, 지지대(277)가 도 3을 참조하여 설명한 베드(201)의 탄성지지대(217)와 같이 탄성을 갖도록 이루어지고 관체(291)가 가요성을 갖도록 이루어지는 경우, 베드(204)는 도 3을 참조하여 설명한 베드(201)가 갖는 작용 외에 배양액(60)의 순환을 유발하는 기능을 더 가질 수 있게 된다.

도 18에는 본 발명의 제8 실시예에 따른 세포배양기(108)의 종단면도가 도시되어 있고, 도 19에는 도 18에 도시된 세포배양기(108)의 작동을 설명하기 위한 종단면도가 도시되어 있다.

도 18 및 도 19를 참조하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 세포배양기(108)에는 배양조, 베드(201), 교반수단, 베드구동수단, 급기수단 및 배양액(60)이 포함된다.

배양조에는 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)가 포함되고, 급기수단에는 스파저(51), 급기관(52) 및 급기장치(53)가 포함된다. 배양조본체(10), 배양조커버(11), 스파저(51), 급기관(52), 급기장치(53) 및 배양액(60)은 도 4 및 도 5를 참조하여 앞에서 설명한 바와 동일하고, 베드(201)는 도 3을 참조하여 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

교반수단에는 교반날개(301), 교반축(314) 및 교반구동장치(323)가 포함되고, 교반구동장치(323)에는 자성부(342) 및 자기구동부(350)가 포함된다.

교반날개(301)는 교반축(314)의 하측에 설치되고, 자성부(342)는 교반축(314)의 하단부에 형성된다. 자성부(342) 및 자기구동부(350)는 앞에서 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한 자성부(340) 및 자기구동부(350)와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

교반축(314)의 중간부분에는 신축연결부(360)가 형성된다. 신축연결부(360)는 교반축(314)에 외력이 가해졌을 때 그 길이가 신축되도록 하기 위한 것으로, 신축연결부(360)에 대해서는 도 20을 참조하여 설명한다.

도 20에는 도 18 및 도 19에 도시된 신축연결부를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

도 20을 참조하면, 신축연결부(360)에는 스플라인(361), 탄성지지부재(365) 및 보호커버(368)가 포함된다. 여기서, 설명의 편의를 위하여 교반축(314)은 신축연결부(360)를 기준으로 상측에 배치된 상교반축(314a) 및 하측에 배치된 하교반축(314b)로 구분하기로 한다.

상교반축(314a)의 하단부에는 스플라인(361)이 하방향으로 돌출 형성된다.

스플라인(361)은 상교반축(314a)보다 작은 직경을 갖는 봉형상의 로드(362)와, 교반축(314)의 길이방향을 따라 로드(362)의 외주면으로부터 방사상으로 돌출된 전동돌기(363)로 이루어진다.

스플라인(361)의 단부에는 상교반축(314a)보다는 직경이 작고 전동돌기(363)를 포함한 로드(362)보다는 직경이 큰 걸림돌기(364)가 형성된다.

하교반축(314b)의 상단부 내에는 걸림돌기(364)가 수용되어 상하측으로 유동 가능한 가동공간(366)이 형성되고, 가동공간(366)의 상측에는 걸림돌기(364)보다 직경이 작도록 교반축(314)의 중심방향을 향하여 돌출된 걸림턱(367)이 배치된다.

자세하게 도시되지는 않았으나, 걸림턱(367)에는 로드(362)와 전동돌기(363)가 길이방향으로 이동 가능하게 삽입되는 삽입공이 형성되며, 삽입공의 내주면은 로브(362) 및 전동돌기(363)의 형상에 상응하는 전동홈이 형성된다.

따라서, 하교반축(314b)으로부터 회전력이 전달되는 경우에는 걸림턱(367) 및 스플라인(361)에 의해 상교반축(314a)으로 회전력이 전달된다.

걸림돌기(364)의 하단부 및 가동공간(366)의 저면 사이에는 탄성지지부재(365)가 개재된다. 탄성지지부재(365)는 상교반축(314a) 및 하교반축(314b)에 교반축(314)의 길이가 단축되는 방향으로 외력이 가해질 경우에는 압축되었다가, 이 외력이 해제되면 교반축(314)이 본래의 길이로 복귀되도록 탄성지지한다.

보호커버(368)는 가동공간(366) 내부로 배양액(60) 또는 이에 포함된 물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 것으로, 가요성을 가지면서도 배양액(60)이 통과되지 않으며, 배양액(60)에 직접 접촉되더라도 배양액(60) 또는 담체(29)에 부착된 세포에 영향을 미치지 않는 소재로 이루어진다.

상술한 바와 같은 구성에 의해 신축연결부(360)는 교반축(314)이 외력에 의해 신축되면서도 회전력은 전달할 수 있도록 한다.

참고로, 교반축(314)의 신축 가능한 범위는 스플라인(361), 가동공간(366) 및 탄성지지부재(365)의 탄성변형 범위에 의해 결정되므로, 교반축(314)에 요구되는 신축 범위를 고려하여 스플라인(361)과 가동공간(366)의 길이를 적합하게 형성하고, 이에 적합한 탄성지지부재(365)를 선택할 수 있다.

전동돌기(363)의 수 및 형상은 교반축(314)에 의해 전달되는 회전력의 크기에 따라 변경될 수 있으며, 신축연결부(360)는 도시된 스플라인(361) 외에 세레이션과 같이 회전력은 전달할 수 있지만 신축이 가능한 구조로 대체될 수도 있다.

다시 도 18 및 도 19를 참조하여 본 발명의 제8 실시예에 따른 세포배양기(108)를 설명한다.

베드구동수단에는 제1 베드축(814), 제2 베드축(815) 및 베드구동장치(822)가 포함된다.

제1 베드축(814) 및 제2 베드축(815)은 교반축(314)에 각각 회전 가능하게 결합된다. 제1 베드축(814)은 교반축(314) 중 신축연결부(360)가 형성된 부분의 상측에 상대적으로 회전 가능하도록 결합되고, 제2 베드축(815)은 교반축(314) 중 신축연결부(360)가 형성된 부분의 하측에 상대적으로 회전 가능하도록 결합된다.

이때, 제1 베드축(814) 및 제2 베드축(815)은 교반축(314)에 대하여 상대적으로 회전은 가능하나 길이방향을 따라 슬라이딩 이동되지는 않도록 결합된다. 이는 도 9를 참조하여 설명한 베드축(811) 및 교반축(311) 사이의 결합에 대해서 설명한 바와 같다.

즉, 베드축(814, 815)은 교반축(314)에 상대적으로 회전 가능하도록 결합되어 이중축을 형성하되, 교반축(314)에 신축연결부(360)가 형성된 부분을 제외한 부분에만 결합되도록 이격부가 형성된 형상을 갖는다.

베드구동장치(822)는 제1 베드축(814)에 연결되는데, 이는 도 11을 참조하여 설명한 베드구동장치(822) 및 베드축(812)사이와 그 연결관계가 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

제1 베드축(814)의 외주면에는 베드(201)의 상측허브(도 3의 213)가 고정 결합되고, 제2 베드축(815)의 외주면에는 베드(201)의 하측허브(도 3의 215)가 고정 결합된다.

따라서, 베드구동장치(822)의 작동에 의해 제1 베드축(814)이 회전되면 그 회전력에 의해 제1 베드축(814)에 결합된 베드(201)가 회전하게 되며, 이에 따라 제2 베드축(815)도 회전된다. 여기서, 제1 베드축(814) 및 제2 베드축(815)은 교반축(314)에 회전 가능하게 결합되어 있으므로 베드(201)의 회전은 교반축(314)에 영향을 미치치 않는다.

이에 따라 본 실시예(108)는 교반축(314)의 회전과 관계없이 베드(201)를 정지상태로 유지시키거나, 일방향으로 회전시키거나, 일방향 또는 타방향으로 왕복하여 회전되도록 할 수 있다.

그러므로 본 실시예(108)는 배양 중인 세포의 특성에 따라 배양단계(도 2의 S30)에서 세포에 물리적 자극을 가하여 생장이 촉진되도록 함으로써 세포의 증식률이 향상되도록 할 수 있다. 그리고 회수단계(도 2의 S50)에서는 담체(29)로부터 배양이 완료된 세포가 용이하게 분리되도록 하는 베드 유동 단계(S51)를 실시함으로써 배양이 완료된 세포의 수득률이 향상되도록 할 수 있다.

한편, 자기구동부(350)에 포함된 복수의 전자석에 인가되는 전류의 방향을 조절함에 따라 자기구동부(350) 및 자성부(342) 사이에 회전력 대신 척력만이 작용되도록 할 수도 있다.

예를 들어, 도시되지는 않았으나, 자성부(342)에는 N극과 S극이 번갈아 자기구동부(350)를 향하도록 배치된 복수의 영구자석이 포함되는데, 자기구동부(350)의 전자석이 모두 동일한 극성을 갖도록 전류를 인가시키면 자기구동부(350) 및 자성부(342) 사이에 회전력은 발생되지 않고 척력만이 작용될 수 있다.

이와 같이 자기구동부(350) 및 자성부(342) 사이에 척력이 작용될 경우에는 자성부(342)가 자기구동부(350)에 대하여 거리가 멀어지는 방향으로 이동되는 방향을 향하는 힘이 작용하게 되는데, 이 힘은 교반축(314)의 하측으로 작용된다.

상술한 척력이 교반축(314)의 하측에 전달될 경우, 교반축(314)의 상측은 제1 베드축(814)에 의해 배양조커버(11)에 회전만 가능하도록 지지되므로, 교반축(314)을 통하여 전달된 척력은 신축연결부(360)의 길이가 단축되는 힘으로 작용하게 된다.

따라서, 상술한 바와 같이 신축연결부(360)의 길이가 단축됨에 따라 제1 베드축(814)에 고정된 베드(201)의 상측은 위치가 변경되지 않으나, 제2 베드축(815)에 고정된 베드(201)의 하측은 도 19에 화살표로 표시한 바와 같이 상방향으로 이동된다.

참고로, 베드(201)의 상측 및 하측은 탄성지지대(도 3의 217)에 의해 지지되므로, 교반축(314)의 단축에 따라 베드(201) 또한 그 높이가 단축될 수 있다.

이와 같은 베드(201)의 변형에 의해 수용공간(219) 내의 담체(29)도 상방향으로 이동된다.

이때 자기구동부(350)의 전자석에 인가되던 전류를 차단하면 자성부(342)와의 사이에 작용되던 척력이 소멸된다. 따라서, 교반축(314)에 가해지던 외력이 해제됨에 따라 신축연결부(360)는 탄성지지부재(365)의 탄성력에 의해 단축되었던 길이가 본래의 길이로 신장되고, 베드(201) 또한 탄성지지대(217)의 탄성력에 의해 본래의 형상으로 복귀된다. 이에 따라 수용공간(219) 내의 담체(29)는 하방향으로 이동된다.

자기구동부(350) 및 자성부(342) 사이에 척력이 작용되었다가 소멸되도록 하는 것을 반복할 경우, 베드(201)의 하측이 상방향으로 이동되었다가 다시 원위치로 복귀되는 동작이 반복된다.

이에 따라 담체(29)가 상하방향으로 반복해서 이동되므로, 담체(29)에는 직선왕복운동에 의해 방향이 변경되는 관성력 및 배양액(60)과의 마찰력이 가해질 수 있으며, 수용공간(219)의 감소와 복귀에 의해 담체(29)들 사이에 압력이 반복적으로 가해질 수도 있다.

그러므로 앞에서 설명한 본 발명의 다른 실시예들에 비하여, 본 실시예(108)는 베드(201)를 회전시킴으로 인해 얻을 수 있는 효과 외에 베드(201)의 반복적인 탄성변형에 의해 더욱 다양한 방향의 물리적 자극을 담체(29)에 가할 수 있으므로, 배양단계(도 2의 S30)에서 세포의 증식률이 더욱 향상되도록 할 수 있으며, 베드 유동 단계(S51)에서 세포의 수득률이 더욱 향상되도록 할 수 있다.

도 21에는 본 발명의 제9 실시예에 따른 세포배양기(109)의 종단면도가 도시되어 있고, 도 22에는 도 21에 도시된 세포배양기(109)의 작동을 설명하기 위한 종단면도가 도시되어 있다.

도 21 및 도 22를 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 세포배양기(109)에는 배양조, 베드(201), 교반수단, 베드구동수단, 급기수단 및 배양액(60)이 포함된다.

배양조에는 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)가 포함되고, 급기수단에는 스파저(51), 급기관(52) 및 급기장치(53)가 포함되며, 교반수단에는 교반날개(301), 교반축(314) 및 교반구동장치(323)가 포함되고, 교반구동장치(323)에는 자성부(342) 및 자기구동부(350)가 포함되며, 베드구동수단에는 제1 베드축(814), 제2 베드축(815) 및 베드구동장치(823)가 포함된다.

배양조본체(10), 배양조커버(11), 스파저(51), 급기관(52), 급기장치(53), 배양액(60), 베드(201), 교반날개(301), 교반축(314), 교반구동장치(323), 제1 베드축(814) 및 제2 베드축(815)은 도 18 및 도 19를 참조하여 앞에서 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다. 그리고, 신축연결부(360)는 도 20을 참조하여 설명한 바와 같으므로, 이에 대한 설명도 생략한다.

베드구동장치(823)에는 베드자성부(840) 및 베드자기구동부(830)가 포함된다. 베드자성부(840) 및 베드자기구동부(830)는 도 13을 참조하여 설명한 바와 같다. 즉, 베드자서웁(840)에는 복수의 영구자석이 포함되고, 베드자기구동부(830)에는 복수의 전자석이 포함되어, 베드자기구동부(830)의 전자석에 인가되는 전류를 조절함으로써 베드자성부(840)가 결합된 베드(201)의 회전을 조절할 수 있다.

그런데, 베드자기구동부(830)에 포함된 복수의 전자석에 인가되는 전류의 방향을 조절함에 따라 베드자기구동부(830) 및 베드자성부(840) 사이에 회전력 대신 척력만이 작용되도록 할 수도 있다. 베드자기구동부(830) 및 베드자성부(840) 사이에 척력만이 작용되도록 하는 것은 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한 자기구동부(350) 및 자성부(342)와 그 작용이 동일하므로 도 18 및 도 19의 설명을 참조하기로 한다.

베드자기구동부(830) 및 베드자성부(840) 사이에 척력이 작용되는 경우, 베드자성부(840)에는 베드자기구동부(830)로부터 멀어지는 방향의 힘이 작용된다. 이에 따라 신축연결부(360)의 길이가 단축되어 베드(201)의 하측은 도 22에 화살표로 표시한 바와 같이 이동되어 베드(201)가 탄성변형 되면서 그 하측이 상방향으로 이동된다.

이때 자성부(342) 및 자기구동부(350)에도 함께 척력이 발생되도록 하면 베드(201)의 탄성변형이 더욱 용이하게 일어날 수 있다.

베드자기구동부(830) 또한 전자석으로 인가되는 전류의 흐름을 조절함으로써 척력의 발생 및 소멸을 조절할 수 있으므로, 본 실시예(109)는 자기구동부(350) 및 베드자기구동부(830)를 이용하여 베드(201)의 회전 및 탄성변형을 조절할 수 있다.

이에 따라, 본 실시예(109)는 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한 본 발명의 제8 실시예에 따른 세포배양기(108)에 비하여 베드구동장치(822)의 지지를 위한 별도의 지지수단이 불필요함에 따른 설치 및 이용 시 편의성이 향상되는 효과를 얻을 수 있으며, 베드(201) 하측의 상하방향 유동을 더욱 원활히 행할 수 있다는 장점이 있다.

도 23에는 본 발명의 제10 실시예에 따른 세포배양기(110)의 사시도가 도시되어 있고, 도 24에는 도 23에 도시된 슬리브의 작동을 설명하기 위한 부분확대도가 도시되어 있다.

도 23 및 도 24를 참조하면, 본 발명의 제10 실시예에 따른 세포배양기(110)에는 배양조, 베드(202a), 교반수단 및 베드구동수단(430)이 포함된다.

배양조에는 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)가 포함된다. 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같으므로 설명을 생략한다.

베드(202a)의 하측허브(235a)에는 저면에 체결홈(235b)가 형성된다. 그리고 하측허브(235a)는 교반축(315)에 의해 관통되는 형상을 갖도록 배치되는데, 교반축(315)이 관통되는 부분은 교반축(315)보다 큰 직경을 갖도록 형성되어 교반축(315)의 회전력이 하측허브(235a)로는 전달되지 않도록 형성된다.

따라서 베드(202a)는 교반축(315)이 회전되더라도 그 회전력이 베드(202a)로 전달되지 않으며, 교반축(315)의 길이방향을 따라 이동될 수 있도록 구성된다.

베드(202a)는 상술한 바와 같은 구성을 제외하고는 도 8을 참조하여 설명한 베드(202)와 그 구성이 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다. 체결홈(235b)에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.

교반수단에는 교반날개(302), 교반축(315) 및 교반구동장치(324)가 포함되고, 교반구동장치(324)에는 자성부(343) 및 자기구동부(350)가 포함된다. 자성부(343)는 교반축(315)의 하단부에 설치되고 자기구동부(350)는 배양조본체(10)의 외측 하부에 설치된다.

자성부(343)에는 복수의 영구자석이 포함되고 자기구동부(350)에는 복수의 전자석(351)이 포함되어, 전자석(351)에 인가되는 전류를 조절함에 따라 자성부(343)에 회전력이 발생되어 교반축(315)의 회전을 조절할 수 있다. 자성부(343) 및 자기구동부(350)의 구성 및 작동은 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한 자성부(340) 및 자기구동부(350)와 동일하므로 더 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 실시예(110)에는 도시되지 않은 급기수단이 더 포함되는데, 급기수단은 도 1을 참조하여 설명한 스파저(51), 급기관(52) 및 급기장치(53)를 포함할 수 있다. 또는, 교반축(315)이 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이 중공축인 경우에는 급기수단으로서 중공부에 공기를 공급하는 급기관(520) 및 급기장치(530)가 포함될 수 있으며, 교반축(315)의 하단부 및 자성부(343) 사이에 스파저부(도 12의 331 참조)가 형성될 수도 있다.

교반날개(302)는 자성부(343)의 외주면에 설치될 수 있다. 이는 교반날개(302)가 설치될 수 있는 위치의 변경이 가능함을 예시한 것으로, 교반날개(302)는 도시된 자성부(343) 외에 교반축(315)에 직접 설치될 수 있으며, 도시되지는 않았으나 교반축(315)의 길이가 긴 경우에는 교반축(315) 외주면의 여러 부분에 분산 설치될 수도 있다.

베드구동수단(430)에는 슬리브(370), 탄성복귀수단(372), 승강장치(431) 및 승강구동기(432, 433)가 포함되고, 슬리브(370)의 상면에는 상방향으로 돌출된 복수의 체결돌기(371)가 분산 배치된다. 이때 체결돌기(371)는 허브(235a)의 저면에 형성된 체결홈(235b)과 치합될 수 있도록 상응하는 수 및 상응하는 형상을 갖도록 형성된다.

슬리브(370)는 도시된 바와 같이 교반축(315)의 외주면보다 큰 직경을 갖도록 형성되며, 교반축(315)의 하측부분 중 하측허브(235a) 및 자성부(343) 사이의 위치에 배치된다. 슬리브(370)는 교반축(315)에 고정 결합된다.

탄성복귀수단(372)은 하측허브(235a) 및 슬리브(370) 사이에 개재되며, 하측허브(235a) 및 슬리브(370) 사이에 외력이 가해지지 않는 경우 슬리브(370)에 대하여 하측허브(235a)를 상방향으로 탄성 지지한다.

승강장치(431)로는 도시된 바와 같이 내부에 유체가 유입되면 길이가 신장되고 내부의 유체가 외부로 배출되면 길이가 단축되는 벨로우즈가 사용되고 승강구동기(432, 433)로는 급기펌프(432) 및 개폐밸브(433)가 사용될 수 있다.

승강장치(431)는 커버허브(245)가 회전될 경우, 커버허브(245)의 회전에 저항력이 발생되지 않도록 설치된다. 예를 들어, 승강장치(431)의 상단부는 배양조커버(11)의 저면에 결합되고, 승강장치(431)의 하단부는 커버허브(245)의 상면에 근접하게 배치되도록 설치될 수 있다. 또는 승강장치(431)의 하단부 및 커버허브(245)의 상면 사이에 상대적인 회전을 지지하는 베어링(도시되지 않음)이 개재될 수도 있다.

그리고 승강장치(431)는 교반축(315)에 의해 관통되는 형상을 갖는데, 이 관통되는 부분의 직경은 교반축(315)의 직경보다 크게 형성되어 승강장치(431)가 교반축(315)의 회전에 영향을 미치지 않도록 형성될 수 있다.

급기펌프(432)에 의해 승강장치(431) 내로 공기가 공급되면 승강장치(431)의 길이가 신장된다. 이때 승강장치(431)의 상단부는 배양조커버(11)의 저면에 결합되어 있으므로, 승강장치(431)의 하단부가 하측으로 이동된다.

이에 따라 커버허브(245)는 교반축(315)의 길이방향을 따라 하방향으로 이동되며, 이에 따라 베드(202a) 전체가 교반축(315)을 따라 하방향으로 이동된다. 이때, 베드(202a)는 탄성복귀수단(372)에 의해 탄성 지지되고 있으므로, 승강장치(431)의 신장에 의해 베드(202a)가 교반축(315)을 따라 하방향으로 이동되기 위해서는 승강장치(431)가 신장되는 힘이 탄성복귀수단(372)의 탄성력보다 크도록 설정되어야 한다.

승강장치(431)의 신장에 의해 베드(202a)는 하측허브(235a)의 저면이 슬리브(370)의 상면에 접할 때까지 하강된다. 즉, 슬리브(370)는 베드(202a)의 하강범위를 제한하는 기능을 행할 수 있다.

하측허브(235a)의 저면과 슬리브(370)의 상면이 접할 경우 체결돌기(371)는 체결홈(235b)에 삽입되어, 하측허브(235a) 및 슬리브(370)가 치합된다.

이때, 자세하게 도시되지는 않았으나, 체결돌기(371)는 원활한 치합을 위하여 상측으로 갈수록 직경이 작아지는 원추형상을 갖도록 형성되고 체결돌기(371)가 서로 근접하게 배치되도록 할 수 있다. 이에 따라 체결돌기(371) 및 체결홈(235b)이 서로 어긋난 위치로 근접되더라도 원추형상 면에 의해 체결돌기(371)가 체결홈(235b) 내로 가이드 되어 치합이 원활하게 이루어질 수 있다.

체결돌기(371) 및 체결홈(235b)이 치합되면, 교반축(315)의 회전력이 슬리브(370)를 거쳐 하측허브(235a)로 전달될 수 있다. 즉, 교반구동장치(324)의 작동에 의해 교반축(315)이 회전될 경우 승강장치(431)가 신장되어 하측허브(235a)와 슬리브(370)가 결합되면 베드(202a)가 교반축(315)과 함께 회전된다.

반대로, 개폐밸브(433)가 개방되어 승강장치(431)의 길이가 다시 단축되면 베드(202a)는 탄성복귀수단(372)의 탄성력에 의해 원위치로 상승되며, 이 과정에서 하측허브(235a)가 슬리브(370)로부터 분리되므로 베드(202a)에는 교반축(315)의 회전력이 전달되지 않게 된다.

상술한 바와 같은 구성에 의해, 본 실시예(110)는 베드(202a)를 상승 또는 하강시키는 동작을 반복하여 수용공간(239)에 수용된 담체(도 1의 29 참조)가 배양액(도 1의 60 참조) 중에서 상하방향으로 이동되도록 할 수 있다. 또한, 본 실시예(110)는 베드(202a)가 교반축(315)의 회전력을 선택적으로 전달받도록 할 수 있으므로 베드(202a)의 회전을 조절할 수 있다.

그러므로 본 실시예(110)는 베드(202a)를 상하로 진동시킴에 따라 담체(29)에 부착된 세포에 직선왕복운동에 따른 진동을 가할 수 있고, 필요에 따라서는 베드(202a)를 회전시켜 원심력이나 왕복회전에 따른 회전진동을 가할 수 있다.

따라서 본 실시예(110)는 다양한 방향의 물리적 자극을 담체(29)에 가할 수 있으므로, 배양단계(도 2의 S30)에서 세포의 증식률이 더욱 향상되도록 할 수 있으며, 베드 유동 단계(S51)에서 세포의 수득률이 더욱 향상되도록 할 수 있다.

참고로, 배양하는 세포가 물리적 자극 중 진동에 의해 생장이 촉진되는 특성을 가진 것일 경우에는 베드(202a)의 상하방향 이동 주기를 매우 짧게 하여 상하진동이 더욱 강해지도록 할 수 있다.

이를 위해서 승강구동기(432, 433) 중 급기펌프(432)는 지속적으로 승강장치(431)에 공기를 공급하고 개폐밸브(433)로는 솔레노이드 밸브 등을 사용하여 매우 짧은 주기로 개폐가 반복되도록 함으로써 승강장치(431)의 신장 및 단축의 주기가 짧아지게 할 수 있다.

도시되지는 않았으나, 승강장치(431)로는 유압실린더 또는 전자석과 영구자석을 이용한 직선구동장치가 사용되고, 승강구동기(432, 433)로는 이들을 작동시킬 있는 유압펌프 또는 전력조절장치 등이 사용될 수도 있다. 이와 같이, 베드구동수단(430)으로는 그 길이를 임의로 신장 또는 단축시킬 수 있는 다양한 수단이 사용될 수 있다.

도 25에는 도 24에 도시된 슬리브의 변형예를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도 23 및 도 24를 함께 참조하여 비교 설명한다.

도 25를 참조하면, 교반축(315a)에는 슬리브(375)가 고정 결합되고, 교반축(351a)의 외주면 중 슬리브(375)의 상측에는 체결리브(315b)가 교반축(315a)의 길이방향을 따라 돌출 형성된다.

하측허브(235c)의 교반축(315a)에 의해 관통된 부분의 내주면에는 체결리브(315b)에 상응하는 수 및 형상을 갖는 체결슬릿(235d)이 형성된다.

따라서, 상술한 바와 같이 승강장치(431)의 길이가 신장되어 베드(202a)가 하강되면, 슬리브(375)의 저면이 하측허브(235c)의 상면에 접하면서 베드(202a)의 하강이 제한되며, 이때 체결리브(315b)가 체결슬릿(235d)에 삽입되면서 교반축(315a)과 하측허브(235c)가 치합된다.

반대로 승강장치(431)의 길이가 다시 단축되어 베드(202a)를 하강시키는 방향의 가해지는 외력이 해제되면, 탄성복귀수단(372)의 탄성력에 의해 하측허브(235c)가 교반축(315a)을 따라 다시 상승되며, 이 과정에서 체결리브(315b)는 체결슬릿(235d)으로부터 이탈되어 교반축(315a)과 하측허브(235c)의 결합상태가 해제된다.

도 26에는 본 발명의 제11 실시예에 따른 세포배양기(111)의 사시도가 도시되어 있고, 도 27에는 도 26에 D로 표시된 부분의 확대도가 도시되어 있다.

도 26 및 도 27을 참조하면, 본 발명의 제11 실시예에 따른 세포배양기(111)에는 배양조, 베드(202b), 교반수단 및 베드구동수단(440)이 포함된다.

베드(202b)에는 회전지지레일(443, 444)이 더 포함되고, 허브(235b)에 체결슬릿(235d)이 형성되는 차이를 제외하고는 도 8을 참조하여 설명한 베드(202)와 동일하므로 베드(202b)와 베드(202) 사이의 차이가 있는 부분만 설명하기로 한다.

베드(202b)의 상측에 배치된 회전지지레일(443)은 스포크(246)의 중간부분을 서로 연결하는 형상으로 결합되고, 베드(202b)의 하측에 배치된 회전지지레일(444)은 스포크(236)의 중간부분을 서로 연결하는 형상으로 결합된다.

하측허브(235c)는 교반축(316)에 의해 관통되는 형상을 갖도록 배치되는데, 교반축(316)이 관통되는 부분은 교반축(316)보다 큰 직경을 갖도록 형성되어 교반축(316)의 회전력이 하측허브(235c)로는 전달되지 않도록 형성된다. 따라서 베드(202b)는 교반축(316)이 회전되더라도 그 회전력이 베드(202b)로 전달되지 않으며, 교반축(316)의 길이방향을 따라 이동될 수 있도록 구성된다.

그리고, 하측허브(235c)의 교반축(316)에 의해 관통되는 부분의 내주면에는 방사상으로 체결슬릿(235d)이 형성된다. 체결슬릿(235d)에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.

교반수단에는 교반날개(303), 교반축(316) 및 교반구동장치(도시되지 않음)가 포함된다.

도시되지 않은 교반구동장치로는 도 4를 참조하여 설명한 교반구동장치(32)가 적용될 수 있다. 즉, 교반축(316)의 상단부에 교반구동장치(32)가 연결되어, 교반구동장치(32)의 작동에 따라 교반축(316)의 회전이 조절될 수 있다.

교반날개(303)는 도시된 바와 같이 교반축(316)의 하단부에 결합된다.

교반축(316)에는 그 길이방향을 따라 외주면으로부터 돌출된 체결리브(316a)가 배치된다. 체결리브(316a)는 체결슬릿(235d)과 상응하는 수 및 형상으로 형성된다.

한편, 본 실시예(111)에는 도시되지 않은 급기수단이 더 포함되는데, 급기수단은 도 1을 참조하여 설명한 스파저(51), 급기관(52) 및 급기장치(53)를 포함할 수 있다. 또는, 교반축(316)이 도 11을 참조하여 설명한 바와 같이 중공축인 경우에는 급기수단으로서 중공부에 공기를 공급하는 급기관(520) 및 급기장치(530)가 포함될 수 있으며, 교반축(316)의 하단부의 교반날개(303)보다 하측에 스파저부(도 12의 331 참조)가 형성될 수도 있다.

베드구동수단(440)에는 상측승강장치(441) 및 하측승강장치(442)가 포함된다.

상측승강장치(441) 및 하측승강장치(442)로는 내부에 유체가 유입되면 길이가 신장되고 내부의 유체가 외부로 배출되면 길이가 단축되는 벨로우즈가 사용될 수 있다.

그리고, 상측승강장치(441) 및 하측승강장치(442)에는 도 23을 참조하여 설명한 승강구동기(432, 433)와 같은 급기펌프 및 개폐밸브가 각각 연결되어, 상측승강장치(441) 및 하측승강장치(442)의 신축이 각각 조절되도록 할 수 있다.

상측승강장치(441)는 도시된 바와 같이 베드(202b)의 상측에 배치되고, 하측승강장치(442)는 베드(202b)의 하측에 배치된다.

상측승강장치(441)의 상단부는 배양조커버(11)의 저면에 결합되고, 그 하단부는 회전지지레일(443)의 상면에 근접하게 배치될 수 있다. 그리고 하측승강장치(442)의 하단부는 배양조본체(10)의 저면에 결합되고, 그 상단부는 회전지지레일(444)의 저면을 슬라이딩 가능하게 지지하도록 설치될 수 있다.

이를 위하여, 하측승강장치(442)의 상단부와 회전지지레일(444)의 저면 사이에는 베어링 또는 롤러볼 등이 설치되어 슬라이딩 시 마찰력이 최소화되도록 할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성에 따라, 상측승강장치(441)의 길이가 신장되고 하측승강장치(442)의 길이는 단축될 경우, 상측승강장치(441)의 하단부에 의해 회전지지레일(443)이 하방향으로 가압되므로 베드(202b)는 도시된 바와 같은 위치에 배치된다.

이때, 체결리브(316a)는 체결슬릿(235d)로부터 이탈된 상태이므로, 교반날개(313)를 회전시키기 위하여 교반축(316)이 회전하더라도 베드(202b)는 회전하지 않는다.

반대로, 도시되지는 않았으나, 상측승강장치(441)의 길이가 단축되고 하측승강장치(442)의 길이가 신장될 경우, 하측승강장치(442)의 상단부에 의해 회전지지레일(444)이 상방향으로 가압되므로 베드(202b)는 교반축(316)의 길이방향을 따라 상방향으로 이동된다.

이때, 하측허브(235c)가 교반축(316)의 길이방향을 따라 상방향으로 이동됨에 따라 체결리브(316a)는 체결슬릿(235d)에 치합된다. 따라서, 교반축(316)의 회전력이 하측허브(235c)로 전달되므로 교반축(316)이 회전하는 경우 베드(202b)도 회전된다.

베드(202b)가 회전될 경우, 하측승강장치(442)의 상단부는 상술한 바와 같이 회전지지레일(444)의 저면을 슬라이딩 가능하게 지지하므로, 베드(202b)는 원활하게 회전될 수 있다.

베드(202b)의 승강 시 체결리브(316a) 및 체결슬릿(235d)의 치합 및 이탈, 즉 결합과 분리를 위하여, 베드(202b)의 승강범위를 고려하여 교반축(316)에 체결리브(316a)가 형성되는 위치 및 체결리브(316a)의 교반축(316) 방향 길이를 설정해야 한다.

상술한 바와 같은 구성에 의해, 본 실시예(111)는 베드(202b)를 상승 또는 하강시키는 동작을 반복하여 수용공간(239)에 수용된 담체(도 1의 29 참조)가 배양액(도 1의 60 참조) 중에서 상하방향으로 이동되도록 할 수 있다. 또한, 본 실시예(111)는 베드(202b)가 교반축(316)의 회전력을 선택적으로 전달받도록 할 수 있으므로 베드(202b)의 회전을 조절할 수 있다.

그러므로 본 실시예(111)는 앞에서 도 23 및 도 24를 참조하여 설명한 본 발명의 제10 실시예에 따른 세포배양기(110)에 의해 얻을 수 있는 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 아울러, 본 실시예(111)는 베드(202b)를 상승시킬 때 하측승강장치(442)의 신장에 의해 베드(202b)가 직접적인 힘을 전달받게 되므로, 세포배양기(111)가 대용량이어서 베드(202b)의 자체 하중이 매우 클 경우에도 원활하게 베드(202b)를 상승시킬 수 있다는 장점이 있다.

참고로, 상측승강장치(441) 및 하측승강장치(442)로는 유압실린더 또는 전자석과 영구자석을 이용한 직선구동장치에 유압펌프 또는 전력조절장치가 연결된 것 등이 사용될 수도 있다. 즉, 베드구동수단(440)으로는 그 길이를 임의로 신장 또는 단축시킬 수 있는 다양한 수단이 사용될 수 있다.

도 28에는 본 발명의 제12 실시예에 따른 세포배양기(112)의 종단면도가 도시되어 있고, 도 29에는 도 28에 도시된 세포배양기(112)의 작동을 설명하기 위한 종단면도가 도시되어 있다.

도 28 및 도 29를 참조하면, 본 발명의 제12 실시예에 따른 세포배양기(112)에는 배양조, 승강헤드(16), 베드(202), 교반수단 및 배양액(60)이 포함된다.

배양조에는 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)가 포함된다. 여기서, 배양조본체(10) 및 배양액(60)은 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같고, 베드(202)는 도 8을 참조하여 설명한 바와 같으므로 설명을 생략한다. 단, 베드(202)는 아래에서 설명할 교반축(317)에 고정 결합되어, 교반축(317)이 회전할 경우 베드(202)도 회전되도록 구성된다.

배양조커버(11)에는 신축커버(13), 밀폐커버(14) 및 베어링(15)이 포함된다.

배양조커버(11)는 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 배양조본체(10)의 개방된 상측을 밀폐하며 커버하는데, 배양조커버(11)의 중간부분에는 통공(12)이 형성된다.

통공(12)의 가장자리부분에는 신축커버(13)의 하측이 결합되고 신축커버(13)의 상측에는 밀폐커버(14)가 결합된다. 여기서, 신축커버(13) 및 밀폐커버(14)는 통공(12)을 밀폐하도록 결합된다.

신축커버(13)는 그 길이가 신장 및 단축 가능하도록 가요성을 갖는 소재로 제조되는데, 멸균처리 시 그 성능이 저하되지 않도록 고온이나 방사선에 견딜 수 있는 소재로 이루어질 수 있다.

베어링(15)은 밀폐커버(14)의 저면에 결합되는데, 베어링(15)은 아래에서 설명할 교반축(317)의 상단부를 회전 가능하게 지지한다.

승강헤드(16)에는 헤드하우징(17) 및 베드구동수단(450)이 포함되고, 베드구동수단(450)에는 영구자석(451) 및 복수의 전자석(452)이 포함된다.

헤드하우징(17)은 도시된 바와 같이 배양조커버(11)의 상면에 분리 가능하게 결합되는데, 이를 위하여 승강헤드(16)에는 체결부재(18)가 더 포함될 수 있다. 여기서, 헤드하우징(17)이 배양조커버(11)에 분리 가능하게 구성된 것은 배양조를 멸균할 경우 헤드하우징(17)은 분리되도록 하기 위한 것이다.

즉, 오토클레이브와 같이 고온 및 고압의 조건 하에서 배양조와 함께 헤드하우징(17)을 멸균할 경우 전자석(452)을 구성하는 코일이 손상될 가능성이 있기 때문이다. 배양조는 상술한 바와 같이 신축커버(13) 및 밀폐커버(14)에 의해 밀폐된 상태이므로 헤드하우징(17)의 멸균 처리는 불필요하다.

영구자석(451) 및 전자석(452)은 헤드하우징(17)의 내부에 배치된다.

이중 영구자석(451)은 도시된 바와 같이 일단부가 밀폐커버(14)에 고정 결합된다. 전자석(452)은 일단부가 헤드하우징(17)의 내면에 고정 결합되고 타단부는 영구자석(451)에 근접하게 배치된다.

교반수단에는 교반날개(302), 교반축(317) 및 교반구동장치(324)가 포함되고, 교반구동장치(324)에는 자성부(343) 및 자기구동부(350)가 포함된다.

교반축(317)의 상단부는 상술한 바와 같이 베어링(15)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 교반축(317)의 하단부에는 자성부(343)가 설치된다. 자기구동부(350)는 배양조본체(10)의 외측 하부에 설치된다. 교반날개(302)는 자성부(343)의 외주면에 방사상으로 설치된다.

여기서, 자성부(343) 및 자기구동부(350)는 앞에서 도 12를 참조하여 설명한 자성부(340) 및 자기구동부(350)와 구성 및 작동이 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

그리고, 도시되지는 않았으나, 본 실시예(112)에는 급기수단이 더 포함된다. 급기수단에는 도 1을 참조하여 설명한 스파저(51), 급기관(52) 및 급기장치(53)가 포함될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 실시예(112)는 아래와 같이 작동될 수 있다.

자기구동부(350)의 작동에 의해 자성부(343)가 회전되면, 이 회전력은 교반축(317)으로 전달되며, 이에 따라 베드(202)가 회전된다. 따라서 수용공간(239)에 수용된 담체(도 1의 29 참조)는 베드(202)의 회전에 의해 원심력을 받게 되거나, 베드(202)의 왕복회전에 의해 회전진동에 의한 힘을 받게 될 수 있다.

한편, 밀폐커버(14)에 결합된 영구자석(451)의 일단부가 S극이고 타단부가 N극이라고 하면, 전자석(452)에 인가되는 전류를 조절하여 전자석(452)의 양단부 중 영구자석(451)과 근접하게 배치된 부분에 S극이 형성되도록 할 경우 도 28에 도시된 바와 같은 상태가 유지된다.

반면, 전자석(452)에 인가되는 전류를 조절하여 영구자석(451)과 근접하게 배치된 부분에 N극이 형성되도록 할 경우에는 영구자석(451)의 N극과는 척력이 작용되고 S극과 인력이 작용됨에 따라 도 29에 도시된 바와 같이 영구자석(451)이 상방향으로 이동된다.

영구자석(451)이 상방향으로 이동되면 여기에 결합된 밀폐커버(14)도 상승하게 되며, 이에 따라 신축커버(13)가 도 29에 도시된 바와 같이 신장된다. 따라서 밀폐커버(14)에 결합된 베어링(15)과, 베어링(15)에 결합된 교반축(317)과, 교반축(317)에 결합된 베드(202) 또한 도시된 바와 같이 상방향으로 이동된다.

이때 전자석(452)에 인가되는 전류를 조절하여 그 극성이 반대 방향을 향하도록 변경하면, 밀폐커버(14), 베어링(15), 교반축(317) 및 베드(202)는 도 28에 도시된 바와 같이 하방향으로 이동된다.

이와 같이 전자석(452)에 인가되는 전류를 조절함에 따라 베드(202)의 상승 및 하강을 조절할 수 있다.

한편, 베드(202)가 상승 및 하강될 경우 자기구동부(350) 및 자성부(343) 사이의 거리 또한 변경되는데, 자기구동부(350)에서 발생되는 전자기력이 충분히 크도록 전류의 양을 조절하면 베드(202)가 상승되었을 경우에도 자성부(343)에 회전력이 발생되도록 할 수 있다.

따라서 본 실시예(112)는 베드(202)가 상하방향으로 왕복 이동되도록 하는 동안에도 필요에 따라 베드(202)를 회전시킬 수 있다.

그러므로 본 실시예(112)는 베드(202)에 수용된 담체(29)에 상하진동, 회전진동 및 회전에 의한 원심력 등 다양한 방향의 물리적 자극을 가할 수 있으므로, 세포를 배양하는 배양단계(도 2의 S30)에서 세포의 증식률이 향상되도록 할 수 있고, 베드 유동 단계(S51)에서 세포의 수득률이 증가되도록 할 수 있다.

아울러, 본 실시예(112)는 앞에서 도 23을 참조하여 설명한 본 발명의 제10 실시예에 따른 세포배양기(110) 및 도 26을 참조하여 설명한 본 발명의 제11 실시예(111)에 비하여 배양조 내에 배치되는 구성요소의 수가 적고 연결관계가 단순하므로, 설치 및 운전에 소요되는 노력이 더욱 절감되는 효과가 있다.

도 30에는 본 발명의 제13 실시예에 따른 세포배양기의 종단면도가 도시되어 있다.

도 30을 참조하면, 본 발명의 제13 실시예에 따른 세포배양기(113)에는 배양조, 승강헤드(16), 베드(202), 교반수단 및 배양액(60)이 포함된다.

배양조에는 배양조본체(10) 및 배양조커버(11)가 포함되고, 배양조커버(11)에는 신축커버(13), 밀폐커버(14) 및 베어링(15)이 포함되며, 승강헤드(16)에는 헤드하우징(17), 체결부재(18) 및 베드구동수단(460)이 포함된다.

여기서, 배양조본체(10), 신축커버(13), 밀폐커버(14), 베어링(15), 헤드하우징(17), 체결부재(18), 배양액(60), 베드(202), 교반날개(302), 교반축(317), 자성부(343) 및 자기구동부(350)는 앞에서 도 28 및 도 29를 참조하여 설명한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

베드구동수단(460)에는 래크(461) 및 피니언(462)이 포함된다.

래크(461)의 일단부는 밀폐커버(14)의 상단부에 고정 결합된다. 자세하게 도시되지는 않았으나, 래크(461)는 헤드하우징(17)에 상방향 또는 하방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 지지된다.

그리고 피니언(462)은 래크(461)에 치합된 상태로 회전 가능하도록 헤드하우징(17) 내에 설치된다. 여기서, 도시되지는 않았으나, 헤드하우징(17) 내에는 피니언(462)에 회전력을 전달하는 피니언축 및 피니언축에 연결된 피니언구동장치가 더 포함된다. 피니언구동장치로는 전동기 등이 사용될 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 본 실시예(112)에는 급기수단이 더 포함된다. 급기수단에는 도 1을 참조하여 설명한 스파저(51), 급기관(52) 및 급기장치(53)가 포함될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 실시예(113)는 아래와 같이 작동될 수 있다.

또한, 피니언구동장치의 작동에 의해 피니언(462)이 회전되면, 피니언(462)에 치합된 래크(461)가 상방향 또는 하방향으로 이동된다. 래크(461)가 상방향 또는 하방향으로 이동될 경우 래크(461)에 결합된 밀폐커버(14)와, 밀폐커버(14)의 저면에 결합된 베어링(15)과, 베어링(15)에 상단부가 회전 가능하게 결합된 교반축(317)과, 교반축(317)에 고정 결합된 베드(202)가 함께 이동된다.

따라서, 피니언(462)의 회전방향에 따라 베드(202)는 배양조 내에서 상방향 또는 하방향으로 이동된다.

이와 같이 본 실시예(113)는 베드(202)가 상하방향으로 왕복 이동되도록 하는 동안에도 필요에 따라 베드(202)를 회전시킬 수 있다.

그러므로 본 실시예(113)는 베드(202)에 수용된 담체(29)에 상하진동, 회전진동 및 회전에 의한 원심력 등 다양한 방향의 물리적 자극을 가할 수 있으므로, 세포를 배양하는 배양단계(도 2의 S30)에서 세포의 증식률이 향상되도록 할 수 있고, 베드 유동 단계(S51)에서 세포의 수득률이 증가되도록 할 수 있다.

도 31에는 도 30에 도시된 교반수단 변형예를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

도 31을 참조하면, 교반수단에는 도 30을 참조하여 설명한 교반수단에 보조교반날개(304)가 더 포함된다.

자성부(343)의 저면은 자기구동부(350)로부터 자성부(343)로 전달되는 전자기력의 손실을 최소화하기 위하여 배양조본체(10)의 내측 저면에 근접하게 배치된다. 이때 자기구동부(350)의 저면은 평면 형상인 경우가 일반적이므로, 자기구동부(350)의 저면 및 배양조본체(10)의 내측 저면 사이에는 배양액(60)의 순환이 잘 이루어지지 않게 된다.

이에 따라, 배양액(60)에 포함된 고형물, 즉 배양액(60)에 용해되지 않은 물질 또는 사멸된 세포 등이 자기구동부(350)의 저면 및 배양조본체(10)의 내측 저면 사이로 유입되면 배양액(60)과 함께 순환되지 않고 누적될 수 있다. 이와 같은 누적물질(70)이 축적될 경우 산화 또는 부패 등이 발생되어 배양액(60)에 악영향을 끼칠 수 있다.

이를 방지하기 위하여 보조교반날개(304)는 자성부(343)의 저면에 설치될 수 있으며, 자성부(343)의 회전에 따라 배양조본체(10)의 내측 저면에 누적된 누적물질(70)이 보조교반날개(304)에 의해 배양액(60) 중으로 분산되도록 할 수 있다.

또는, 도시되지는 않았으나, 도 26을 참조하여 설명한 교반날개(303)와 같이 자성부가 형성되지 않은 교반수단에도 보조교반날개(304)가 설치될 수 있다.

도 32에는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 가진모듈의 사시도가 도시되어 있다.

도 32를 참조하면, 가진모듈(480)에는 전동기(481), 편심추(482), 컨트롤러(483), 배터리(484), 가진모듈하우징(485), 단열재(486) 및 탈착수단(487)이 포함된다. 그리고 도시되지는 않았으나 컨트롤러(483)에는 수신기 및 전동기구동회로가 포함된다.

전동기(481)에는 편심추(482)가 연결되어 전동기(481)에 배터리(484)로부터 전력이 공급되어 전동기(481)가 회전하면 편심추(482)의 회전에 의해 진동이 발생된다.

컨트롤러(483)는 수신기로 수신되는 신호에 따라 배터리(484)의 전력을 전동기(481)로 공급 또는 차단한다.

전동기(481), 편심추(482), 컨트롤러(483) 및 배터리(484)는 가진모듈하우징(485)에 의해 커버되며, 가진모듈하우징(485)는 액체 또는 기체가 내부 및 외부로 유동되지 않도록 밀폐성을 갖는다. 아울러, 가진모듈하우징(485)은 배양액(도 1의 60 참조)이나 배양 중인 세포에 직접 접촉되더라도 영향을 주지 않으면서 고온에 견딜 수 있는 스테인리스 스틸과 같은 소재로 이루어진다.

가진모듈하우징(485)의 내부에는 단열재(486)가 충전되어 가진모듈하우징(485)의 외부로부터 전달되는 열을 차단함으로써 전동기(481), 컨트롤러(483) 및 배터리(484)가 손상되는 것을 방지한다.

탈착수단(487)은 가진모듈하우징(485)이 상술한 바와 같은 베드(도 3의 201, 도 8의 202, 도 15의 203, 도 16의 204, 도 23의 202a, 도 26의 202b)에 분리 가능하게 결합되도록 하기 위한 것으로, 자성체, 클램프, 볼트와 너트 등 다양한 체결수단이 사용될 수 있다.

상술한 바와 같은 가진모듈(480)이 베드(201, 202, 202a, 202b, 203, 204)에 결합된 후 배양조 외부에 설치된 무선조종장치(도시되지 않음)를 이용하여 컨트롤러(483)에 작동신호를 송신하면, 컨트롤러(483)가 전동기(481)를 작동시켜 가진모듈(480)이 진동을 하게 된다.

이 진동에 의해 베드(201, 202, 202a, 202b, 203, 204)가 진동하게 되면 그 내부에 수용된 담체(도 1의 29)로 진동이 전달된다.

이에 따라 세포가 물리적인 자극에 의해 생장이 촉진되는 특성을 가진 경우에는 세포의 증식률이 향상될 수 있으며, 배양이 완료된 세포가 담체(29)로부터 용이하게 분리되도록 할 수 있다.

한편, 가진모듈(480)은 베드(201, 202, 202a, 202b, 203, 204)에 부착된 상태로 멸균이 행해질 수 있다. 만약 열에 의한 멸균이 행해질 경우에도 상술한 바와 같이 전동기(481), 컨트롤러(483) 및 배터리(484)는 단열재(486)에 의해 보호되므로 가진모듈(480)은 배양단계(도 2의 S30) 및 회수단계(S50)에서도 정상적으로 작동될 수 있다.

아울러, 베드 유동 단계(S51)에서 가진모듈(480)이 작동되도록 하면 세포가 담체(29)로부터 더욱 용이하게 분리될 수 있으므로 본 발명의 실시예들에 따른 세포배양기는 가진모듈(480)에 의해 수득률이 더 향상될 수 있다.

참고로, 세포 중에는 초음파진동에 의해 생장이 촉진되는 특성을 갖는 종류가 있는 것으로 알려져 있으므로, 전동기(481)와 편심추(482)는 배터리(484)의 전력이 인가되면 초음파진동을 발하는 초음파진동자(도시되지 않음)로 대체될 수도 있다.

이상에서 설명한 본 실시예에 따른 세포배양기의 배양조는 세포 배양에 한 번 사용하고 폐기할 수 있는 일회용인 것이 사용될 수 있다. 이러한 일회용 배양조로는 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0017493호(발명의 명칭: 대규모 폐기 가능한 바이오리액터, 공개일: 2010년 2월 16일) 및 본 출원인이 출원한 대한민국 특허출원번호 제10-2015-0028733호(발명의 명칭: 바이오리액터의 일회용 컨테이너, 출원일: 2015년 2월 28일) 등을 들 수 있다.

여기서, 일회용 배양조는 배양액(60) 및 배양 중인 세포에 직접 접촉되더라도 영향을 주지 않는 99% 이상의 폴리에틸렌과 같은 소재로 이루어진 내측 필름과, 내측 필름을 보강하기 위하여 높은 인장강도를 갖는 나일론과 같은 소재로 이루어진 외측 필름 등이 적층되어 형성된 가요성의 막으로 이루어진 백 형상을 갖는 것이 일반적이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 세포배양기에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1: 세포배양시스템
10: 배양조본체
11: 배양조커버
101 내지 113: 세포배양기
20, 201, 202, 202a, 202b, 203, 204: 베드
21, 219, 239, 259: 수용공간
210, 230, 250, 270: 베드본체
220, 240, 260, 280: 베드커버
29: 담체
30, 301, 302, 303: 교반날개
304: 보조교반날개
31, 310, 311, 312, 313, 314, 315, 315a, 316, 317: 교반축
32, 320, 321, 322, 323, 324: 교반구동장치
330, 331:스파저부
340, 342: 자성부
350: 자기구동부
360: 신축연결부
40: 센서
430, 440, 450, 460: 베드구동수단
51: 스파저
52, 520: 급기관
53, 530: 급기장치
60: 배양액
61: 액면
62: 수위조절기
63: 배양액
64: 공급펌프
65: 배양액공급관
70: 배양세포
71: 수확관
72: 회수용기
74: 회수펌프
811, 812, 813, 814, 815: 베드축
821, 822, 823, 824: 베드구동장치
830, 831: 베드자기구동부
840, 841: 베드자성부
90: 기포

Claims

배양할 세포가 접종된 담체를 수용하는 베드가 배양조 내에 배치되고, 상기 배양조 내에 공기를 공급하는 급기수단 및 상기 배양조 내에 수용된 배양액을 교반하는 교반수단이 구비된 세포배양기로서,
상기 배양조의 상측 및 상기 베드 사이에 설치되고, 그 길이가 신장 및 단축되는 가압장치; 및
상기 가압장치의 신장 및 단축을 조절하는 가압구동장치;를 포함하고,
상기 베드는 상기 베드의 상측 및 상기 베드의 하측을 연결하며 상하방향의 외력이 작용되면 탄성 변형되는 탄성지지대를 포함하며,
상기 베드의 하측은 상기 배양조의 하측에 고정되고 상기 베드의 상측은 상기 배양조의 내면을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 설치된
세포배양기.
제1항에 있어서,
상기 교반수단은
상기 배양조에 회전 가능하게 연결되고, 그 상측은 상기 배양조의 외부에 배치되고 그 나머지 부분은 상기 배양조의 내부에 배치되며, 길이방향을 따라 중공부가 형성된 교반축; 및
상기 교반축의 하측에 배치되고 급기공이 형성된 스파저부;
를 포함하고,
상기 급기수단은 상기 중공부에 연결된
세포배양기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가압장치는 벨로우즈, 유압실린더 및 직선구동장치 중 어느 하나이고, 상기 가압구동장치는 급기펌프와 개폐밸브, 유압펌프 및 전력공급장치 중 어느 하나인
세포배양기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 베드는
내부에 수용공간이 형성되고 상측이 개방된 베드본체; 및
상기 베드본체의 상측을 커버하며 상기 베드본체에 분리 가능하게 결합되는 베드커버;
를 포함하고,
상기 베드본체는
상기 베드의 하측에 배치된 링 형상의 하측링;
상기 하측링보다 작은 직경을 갖고 상기 하측링의 중간 부분에 배치된 하측허브;
상기 하측링 및 상기 하측허브를 연결하는 스포크;
상기 베드의 상측에 배치되고 상기 하측링과 상응하는 직경을 갖는 링 형상의 상측링;
상기 상측링보다 작은 직경을 갖고 상기 상측링의 중간 부분에 배치된 상측허브; 및
상기 상측링의 외주연과 상기 하측링의 외주연을 연결하는 면, 상기 하측허브의 내주연과 상기 상측허브의 내주연을 연결하는 면 및 상기 하측허브의 외주연과 상기 하측링의 내주연을 연결하는 면에 설치된 다공성의 메시;
를 포함하며,
상기 하측링 및 상기 상측링은 상기 탄성지지대에 의해 연결된
세포배양기.
제4항에 있어서,
상기 수용공간이 복수로 분리되거나 부분적으로 분리되도록 상기 메시가 상기 탄성지지대 및 상기 스포크를 연결하는 형상으로 더 설치된
세포배양기.
배양할 세포가 접종된 담체를 수용하는 베드가 배양조 내에 배치되고, 상기 배양조 내에 공기를 공급하는 급기수단 및 상기 배양조 내에 수용된 배양액을 교반하는 교반수단이 구비된 세포배양기로서,
상기 교반수단은 하측에 교반날개가 설치된 교반축 및 상기 교반축을 회전시키는 교반구동장치를 포함하고,
상기 교반축을 감싸는 형상으로 독립적으로 회전 가능하게 상기 교반축에 결합된 베드축; 및
상기 베드축을 회전시키는 베드구동장치;를 포함하며,
상기 베드는
내부에 수용공간이 형성되고 상측이 개방된 베드본체; 및
상기 베드본체의 상측을 커버하며 상기 베드본체에 분리 가능하게 결합되는 베드커버;를 포함하고,
상기 베드본체는
상기 베드의 하측에 배치된 링 형상의 하측링;
상기 하측링보다 작은 직경을 갖고 상기 하측링의 중간 부분에 배치되며, 상기 베드축의 외주연에 연결된 하측허브;
상기 하측링 및 상기 하측허브를 연결하는 스포크;
상기 베드의 상측에 배치되고 상기 하측링과 상응하는 직경을 갖는 링 형상의 상측링;
상기 하측링 및 상기 상측링을 연결하는 지지대; 및
상기 베드본체의 저면 및 외주면에 설치된 다공성의 메시;를 포함하고,
상기 베드는 상기 베드축에 의해 중심부가 관통된 형상으로 상기 베드축의 외주면에 결합된
세포배양기.
제6항에 있어서,
상기 교반축에는 길이방향을 따라 중공부가 형성되고,
상기 교반축의 하측에는 스파저부가 형성되며,
상기 스파저부에는 급기공이 형성되고,
상기 급기수단은 상기 중공부에 연결된
세포배양기.
제7항에 있어서,
상기 수용공간이 복수로 분리되거나 부분적으로 분리되도록 상기 메시가 상기 지지대 및 상기 스포크를 연결하는 형상으로 더 설치된
세포배양기.
배양할 세포가 접종된 담체를 수용하는 베드가 배양조 내에 배치되고, 상기 배양조 내에 공기를 공급하는 급기수단 및 상기 배양조 내에 수용된 배양액을 교반하는 교반수단이 구비된 세포배양기로서,
상기 교반수단은 하측에 교반날개가 설치된 교반축, 상기 교반축을 회전시키는 교반구동장치, 상기 교반축의 회전력은 전달하되 그 길이가 단축되었다가 복귀되도록 하는 신축연결부, 상기 교반축의 하단부에 설치된 자성부 및 상기 배양조의 외측 저면에 설치된 자기구동부를 포함하고,
상기 교반축의 상측을 감싸는 형상으로 독립적으로 회전 가능하게 상기 교반축에 결합된 제1 베드축;
상기 교반축의 하측을 감싸는 형상으로 독립적으로 회전 가능하게 상기 교반축에 결합된 제2 베드축; 및
상기 제1 베드축을 회전시키는 베드구동장치;를 포함하고,
상기 베드는 상기 베드의 상측 및 상기 베드의 하측을 연결하며 상하방향의 외력이 작용되면 탄성 변형되는 탄성지지대를 포함하며,
상기 베드의 상측 중심부는 상기 제1 베드축에 결합되고, 상기 베드의 하측 중심부는 상기 제2 베드축에 결합된
세포배양기.
제9항에 있어서,
상기 베드구동장치는
상기 베드의 하측 가장자리부분에 결합되고 복수의 영구자석을 포함하는 베드자성부; 및
상기 배양조의 외부 하측 또는 외부 측면에 설치되고, 상기 복수의 전자석을 포함하는 베드자기구동부;
를 포함하는
세포배양기.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 베드는
내부에 수용공간이 형성되고 상측이 개방된 베드본체; 및
상기 베드본체의 상측을 커버하며 상기 베드본체에 분리 가능하게 결합되며, 상기 제1 베드축에 결합된 베드커버;
를 포함하고,
상기 베드본체는
상기 베드의 하측에 배치된 링 형상의 하측링;
상기 하측링보다 작은 직경을 갖고 상기 하측링의 중간 부분에 배치되며, 상기 제2 베드축에 결합된 하측허브;
상기 하측링 및 상기 하측허브를 연결하는 스포크;
상기 베드의 상측에 배치되고 상기 하측링과 상응하는 직경을 갖는 링 형상의 상측링;
상기 상측링보다 작은 직경을 갖고 상기 상측링의 중간 부분에 배치된 상측허브;
상기 하측링 및 상기 상측링을 연결하는 탄성지지대; 및
상기 상측링의 외주연과 상기 하측링의 외주연을 연결하는 면, 상기 하측허브의 내주연과 상기 상측허브의 내주연을 연결하는 면 및 상기 하측허브의 외주연과 상기 하측링의 내주연을 연결하는 면에 설치된 다공성의 메시;를 포함하는
세포배양기.
제11항에 있어서,
상기 수용공간이 복수로 분리되거나 부분적으로 분리되도록 상기 메시가 상기 탄성지지대 및 상기 스포크를 연결하는 형상으로 더 설치된
세포배양기.
배양할 세포가 접종된 담체를 수용하는 베드가 배양조 내에 배치되고, 상기 배양조 내에 공기를 공급하는 급기수단 및 상기 배양조 내에 수용된 배양액을 교반하는 교반수단이 구비된 세포배양기로서,
상기 배양조의 상측 및 상기 베드의 상측 사이에 설치되고 그 길이가 신장 또는 단축되는 승강장치; 및;
상기 승강장치의 길이를 신장 또는 단축되도록 하는 승강구동수단;을 포함하고,
상기 교반수단은 하측에 교반날개가 설치된 교반축 및 상기 교반축을 회전시키는 교반구동장치를 포함하며,
상기 베드는
상기 베드의 상측 중심부에 배치되고 상기 교반축의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동 가능한 커버허브;
상기 베드의 하측 중심부에 배치되고 상기 교반축의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동 가능한 하측허브; 및
상기 교반축에 결합되고 상기 베드보다 하측에 배치되어 상기 베드가 상기 승강장치의 신장에 의해 하측방향으로 이동되는 범위를 제한하는 슬리브;
를 포함하는
세포배양기.
제13항에 있어서,
상기 하측허브 및 상기 슬리브 사이에 개재되어 상기 하측허브를 상기 슬리브에 대하여 상방향으로 탄성 지지하는 탄성복귀수단;을 더 포함하고,
상기 하측허브의 내주면에는 체결슬릿이 형성되고 상기 교반축의 하측 외주면에는 상기 체결슬릿에 상응하는 체결리브가 형성되거나, 상기 하측허브의 저면에는 체결홈이 형성되고 상기 슬리브의 상면에는 상기 체결홈에 상응하는 체결돌기가 형성된
세포배양기.
제13항 또는 제14항에 있어서,
상기 배양조의 저면 및 상기 베드의 하측 사이에 설치되고 그 길이가 신장 또는 단축되는 하측승강장치;를 더 포함하는
세포배양기.
배양할 세포가 접종된 담체를 수용하는 베드가 배양조 내에 배치되고, 상기 배양조 내에 공기를 공급하는 급기수단 및 상기 배양조 내에 수용된 배양액을 교반하는 교반수단이 구비된 세포배양기로서,
상기 배양조의 상측에는 통공이 형성되고, 상기 배양조는 상기 통공의 가장자리에 결합된 신축커버와, 상기 신축커버의 상측을 밀폐하는 밀폐커버와, 상기 밀폐커버의 저면에 결합된 베어링을 포함하며,
상기 교반수단은 하측에 교반날개가 설치되고 상단부가 상기 베어링에 회전 가능하게 결합된 교반축 및 상기 교반축을 회전시키는 교반구동장치를 포함하고,
상기 밀폐커버의 상측에 설치되어 상기 밀폐커버를 승강되도록 하는 베드구동수단;을 포함하는
세포배양기.
제16항에 있어서,
상기 베드구동수단은
상기 밀폐커버의 상면에 일단부가 결합된 영구자석; 및
일단부가 상기 영구자석의 타단부에 근접하게 배치된 전자석;을 포함하는
세포배양기.
제16항에 있어서,
상기 베드구동수단은
상기 밀폐커버의 상면에 일단부가 결합된 래크; 및
상기 래크에 치합된 피니언;을 포함하는
세포배양기.