KR20190006844A - An apparatus for cell culture - Google Patents

An apparatus for cell culture Download PDF

Info

Publication number
KR20190006844A
KR20190006844A KR1020170088070A KR20170088070A KR20190006844A KR 20190006844 A KR20190006844 A KR 20190006844A KR 1020170088070 A KR1020170088070 A KR 1020170088070A KR 20170088070 A KR20170088070 A KR 20170088070A KR 20190006844 A KR20190006844 A KR 20190006844A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cell culture
channel
oxygen
oxygen concentration
microfluidic device
Prior art date
Application number
KR1020170088070A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101941023B1 (en
Inventor
양성
이승엽
Original Assignee
광주과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광주과학기술원 filed Critical 광주과학기술원
Priority to KR1020170088070A priority Critical patent/KR101941023B1/en
Publication of KR20190006844A publication Critical patent/KR20190006844A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101941023B1 publication Critical patent/KR101941023B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/20—Material Coatings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/24—Gas permeable parts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
    • C12M41/34—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of gas

Abstract

A cell culture apparatus for culturing cells in a specific oxygen concentration environment is disclosed. The cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention includes: a cell culture container in which cells to be cultured are provided; and a microfluidic device provided in a cover form on the cell culture container. The microfluidic device includes: a glass cover provided in a plate shape; and a polymer material provided in close contact with a lower portion of the glass cover and configured to have a single layer or a plurality of layers. The polymer material comprises: a first channel for oxygen consuming chemicals; and a second channel for injecting a culture medium, a reagent or a gas into the cell culture container. The cell culture apparatus can perform cell culture at a specific oxygen concentration in the form of a cover, and can also reduce the oxygen concentration of the injected liquid, thereby minimizing the oxygen exposure of the cultured cells.

Description

세포배양장치{An apparatus for cell culture}[0001] The present invention relates to an apparatus for cell culture,

본 발명의 세포배양장치에 관한 것이다. 구체적으로, 특정 산소 농도에서 세포를 배양하기 위한 세포배양장치에 관한 것이다.To a cell culture apparatus of the present invention. More specifically, the present invention relates to a cell culture apparatus for culturing cells at a specific oxygen concentration.

생체는 생리적 저산소 상태인 조직 및 기관이 있어, 세포배양 시 저산소 상태를 구축하는 것은 연구 및 진단에 있어 의의를 가진다. 현재 주로 사용되는 저산소 세포배양 방식은 크게 저산소 배양 챔버(hypoxia incubator chamber) 혹은 산소 조절 글로브 박스(oxygen control glove box) 등이 있다.Since the living body has tissues and organs that are physiologically hypoxic, establishing a hypoxic state during cell culture has significance in research and diagnosis. Currently, hypoxic cell cultivation methods used mainly include a hypoxia incubator chamber or an oxygen control glove box.

먼저, 저산소 배양 챔버는 세포배양용기를 저산소 배양 챔버 내부에 넣고 챔버를 잠근 후 챔버 내부로 통해 있는 가스 주입구를 통해 특정 산소 농도의 혼합 가스를 주입하여 세포를 배양한다.First, the hypoxic culture chamber puts the cell culture container into the hypoxic culture chamber, locks the chamber, and then the cell is cultured by injecting a gas mixture having a specific oxygen concentration through the gas inlet opening into the chamber.

두번째로, 산소 조절 글로브 박스는 밀폐된 박스 내부에 특정 산소 농도의 혼합 가스를 주입하고, 박스를 열지 않은 상태로 외부에서 접근 가능한 글로브를 이용해 내부를 조작하는 방식으로, 내부에 배양기가 있는 경우 특정 산소 농도에서 세포배양이 가능하다.Secondly, the oxygen control glove box is a system in which a mixed gas of a specific oxygen concentration is injected into a sealed box and the inside is operated using an globe accessible from the outside without opening the box. Cell culture is possible at oxygen concentration.

저산소 배양 챔버의 경우, 세포 배양 배지를 교체하거나, 혹은 세포 회수를 위한 시약 전처리 과정 동안 챔버를 열어야 하므로 세포가 특정 산소 농도에서 배양되었더라도 다시 대기 산소 농도에 노출되는 문제점이 발생한다. 이는 산소 농도 특이적 물질에 관한 연구 및 진단에 오류를 줄 수 있다.In the case of the hypoxic culture chamber, since the chamber must be opened during the pretreatment of the reagent for replacing the cell culture medium or for cell recovery, there arises a problem that the cell is exposed again to the atmospheric oxygen concentration even if it is cultured at the specific oxygen concentration. This can lead to errors in the study and diagnosis of oxygen-concentration-specific substances.

또한, 산소 조절 글로브 박스의 경우, 특정 산소 농도의 박스 내부에서 세포 배양 배지를 교체하거나 세포 회수를 위한 시약 전처리가 가능한 대신, 이를 구현하기 위해서 매우 큰 공간을 차지하는 장비가 필요하고 구축 비용이 높은 문제점이 있다.In addition, in the case of the oxygen control glove box, it is necessary to replace the cell culture medium inside the box with a specific oxygen concentration or pretreat the reagent for cell recovery, .

세포 배양 배지를 교체하거나, 세포 회수를 위한 시약 전처리 과정 동안 세포의 산소 노출을 최소화할 수 있는 세포배양장치를 제안 한다.We propose a cell culture device that can replace cell culture medium or minimize the oxygen exposure of cells during reagent pretreatment for cell recovery.

또한, 상대적으로 적은 공간을 차지하고, 구축비용이 상대적으로 적은 산소 농도 조절 세포배양장치를 제안 한다. 더하여, 기존 세포배양장치에 비해 사용하기 편리한 방식의 장치를 제안 한다.In addition, the present invention proposes an oxygen concentration-regulated cell culture apparatus which occupies a relatively small space and has a relatively small construction cost. In addition, we propose a device that is easier to use than existing cell culture devices.

본 발명의 일 실시 예에 따른 세포배양장치는 배양하고자 하는 세포가 마련되는 세포배양용기 및 상기 세포배양용기에 덮개 형태로 제공되는 미세유체장치를 포함하고, 상기 미세유체장치는, 판 형상으로 제공되는 글래스 덮개 및 상기 글래스 덮개의 하부에 밀착하여 제공되고, 단층 혹은 복수의 얇은 층으로 구성되는 고분자 물질을 포함하고, 상기 고분자 물질은, 산소소모화학물질을 위한 제1 채널 및 배지 혹은 시약 또는 공기 혹은 기타 기체를 상기 세포배양용기로 주입하기 위한 제2 채널을 포함한다.A cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention includes a cell culture container provided with cells to be cultured and a microfluidic device provided in a cover form in the cell culture container, And a polymeric material provided in close contact with the bottom of the glass lid and consisting of a single layer or a plurality of thin layers, the polymeric material comprising a first channel for oxygen consuming chemicals and a first channel for the oxygen consuming chemical and a reagent or air Or a second channel for introducing the other gas into the cell culture container.

본 발명의 일 실시 예에 따른 세포배양장치는 세포 배양 배지를 교체하거나, 세포 회수를 위한 시약 전처리 과정 동안 세포의 산소 노출을 최소화할 수 있다.The cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention can minimize the oxygen exposure of the cells during the pretreatment of the reagent for cell replacement or replacement of the cell culture medium.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포배양장치는 기존의 산소 농도 조절 세포배양장치에 비해 상대적으로 적은 공간을 차지하고, 상대적으로 적은 비용으로 구축할 수 있다.In addition, the cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention occupies a relatively small space and can be constructed at a relatively low cost as compared with the conventional oxygen concentration control cell culture apparatus.

더하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포배양장치는 덮개 형태로 제공되어 산소소모화학물질 및 대기를 이용해 세포배양장치 내부를 특정 산소 농도로 변경 및 유지할 수 있다.In addition, the cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention is provided in the form of a lid, and the inside of the cell culture apparatus can be changed and maintained at a specific oxygen concentration by using oxygen consumption chemicals and the atmosphere.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포배양 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 앞서 설명한 미세유체장치의 제작 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 제어 장치를 통해 세포배양장치로 주입되는 대기, 산소 소모 화학물질, 질소 등의 농도를 조절함으로써 목표 산소 농도로의 변경 및 유지가 가능함을 나타내는 도면이다.
도 4는 미세유체장치를 통해 주입된 액체의 산소 농도 감소를 나타내는 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 5는 미세유체장치를 사용하는 경우와 사용하지 않는 경우에서의 세포배양용기 내부로 들어오는 액체의 산소 농도를 비교한 그래프이다.1 is a conceptual diagram showing a cell culture system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a manufacturing process of the microfluidic device described above.
FIG. 3 is a diagram showing that it is possible to change and maintain the target oxygen concentration by controlling concentrations of air, oxygen-consuming chemicals, nitrogen and the like injected into a cell culture apparatus through a control device.
Fig. 4 shows the simulation results showing the oxygen concentration reduction of the liquid injected through the microfluidic device.
FIG. 5 is a graph comparing oxygen concentrations of liquids entering the cell culture container in the case of using the microfluidic device and in the case of not using the microfluidic device.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 사상은 이하의 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be understood, however, that there is no intention to limit the invention to the embodiments described below, and that those skilled in the art, upon reading and understanding the spirit of the invention, It is to be understood that this is also included within the scope of the present invention.

첨부 도면은 발명의 사상을 이해하기 쉽게 표현하기 위하여 전체적인 구조를 설명함에 있어서는 미소한 부분은 구체적으로 표현하지 않을 수도 있고, 미소한 부분을 설명함에 있어서는 전체적인 구조는 구체적으로 반영되지 않을 수도 있다. 또한, 설치 위치 등 구체적인 부분이 다르더라도 그 작용이 동일한 경우에는 동일한 명칭을 부여함으로써, 이해의 편의를 높일 수 있도록 한다. 또한, 동일한 구성이 복수 개가 있을 때에는 어느 하나의 구성에 대해서만 설명하고 다른 구성에 대해서는 동일한 설명이 적용되는 것으로 하고 그 설명을 생략한다. The accompanying drawings are merely exemplary and are not to be construed as limiting the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Further, even if specific parts such as installation positions are different, the same names are given when the functions are the same, so that the convenience of understanding can be improved. When there are a plurality of identical configurations, only one configuration will be described, and the same description will be applied to the other configurations, and a description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포배양 시스템을 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a cell culture system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포배양 시스템(1)은 세포배양장치(100), 산소 농도 측정기(200), 제어 장치(300) 및 주사 펌프(400)을 포함한다.1, the cell culture system 1 according to an embodiment of the present invention includes a cell culture apparatus 100, an oxygen concentration measuring apparatus 200, a control apparatus 300, and a scanning pump 400 do.

산소 농도 측정기(200)는 광학적 방법으로 세포배양장치(100) 내 산소 농도를 측정한다. 구체적으로 세포배양장치(100)는 산소 센서를 포함하고 있으며, 산소 농도 측정기(200)는 산소 센서를 광학적으로 자극하여 그에 대한 반응 값을 측정한다.The oxygen concentration measuring device 200 measures the oxygen concentration in the cell culture apparatus 100 by an optical method. Specifically, the cell culture apparatus 100 includes an oxygen sensor, and the oxygen concentration measuring apparatus 200 optically stimulates the oxygen sensor and measures a reaction value therefor.

제어 장치(300)는 세포배양 시스템의 전반적인 동작을 제어한다. 일 실시 예에서, 제어 장치(300)는 산소 농도 측정기(200)로부터 전달 받은 측정 값에 기초하여 현재 세포배양장치(100) 내 산소 농도를 판단할 수 있다. 또 다른 실시 예에서 제어 장치(300)는 판단된 현재 산소 농도에 기초하여 추가적인 산소 소모 화학 물질의 투입량 또는 공기 혹은 기타 기체 투입량을 결정할 수 있다. 또 다른 실시 예에서 제어 장치(300)는 결정된 산소 소모 화학 물질의 투입량 또는 공기 혹은 기타 기체 투입량에 기초하여 주사 펌프 혹은 기타 주입 장치의 동작을 제어할 수 있다.The control device 300 controls the overall operation of the cell culture system. In one embodiment, the control device 300 may determine the oxygen concentration in the cell culture apparatus 100 based on the measurement value transmitted from the oxygen concentration meter 200. In yet another embodiment, the controller 300 may determine the amount of additional oxygen consuming chemical or air or other gas input based on the determined current oxygen concentration. In yet another embodiment, controller 300 may control the operation of the injection pump or other injection device based on the determined amount of oxygen consumed chemical or air or other gas input.

제어 장치(300)에는 상술한 동작을 제어하기 위한 알고리즘이 프로그램화 되어 있을 수 있으며, 여기에서 제어 장치(300)는 프로그램 자체를 의미하거나, 프로그램이 설치된 연산 장치를 의미할 수 도 있다.The control device 300 may be programmed with an algorithm for controlling the above-described operations. Herein, the control device 300 may refer to the program itself or may mean a computing device provided with a program.

주사 펌프(400)는 제어 장치(300)의 제어 명령에 따라 산소 소모 화학 물질 또는 공기를 세포배양장치(100)로 주입한다.The injection pump 400 injects oxygen-depleting chemicals or air into the cell culture apparatus 100 according to a control command of the controller 300.

세포배양장치(100)는 글래스 덮개(110), 고분자물질(120), 제1 채널(130), 제2 채널(140), 제3 채널(150), 산소 센서(160) 및 세포배양용기(170)을 포함할 수 있다. 여기에서 글래스 덮개(110)와 고분자물질(120) 그리고 제1 채널(130), 제2 채널(140), 제3 채널(150)의 조합을 미세유체장치라고 지칭할 수 있다.The cell culture apparatus 100 includes a glass cover 110, a polymer material 120, a first channel 130, a second channel 140, a third channel 150, an oxygen sensor 160, 170). The combination of the glass cover 110 and the polymeric material 120 and the first channel 130, the second channel 140, and the third channel 150 may be referred to as a microfluidic device.

세포배양용기(170)는 일반적인 상용 세포배양용기가 사용될 수 있다. 세포배양용기(170)에 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세유체장치를 덮개 형태로 씌워 특정 산소 농도 상태에서 세포배양을 수행할 수 있다.The cell culture container 170 may be a conventional commercial cell culture container. The microfluidic device according to one embodiment of the present invention may be covered in the cell culture container 170 in the form of a lid to perform cell culture at a specific oxygen concentration.

도 1에 도시된 바와 같이 실시 예에서 세포배양용기(170)에는 배양하고자 하는 세포배양배지(A)가 마련된다.As shown in FIG. 1, a cell culture medium (A) to be cultured is provided in the cell culture container 170 in the embodiment.

글래스 덮개(110)는 미세유체장치의 가장 상단에 마련된다. 글래스 덮개는 산소 혹은 기타 기체 투과도가 상대적으로 매우 낮거나 산소 혹은 기타 기체가 투과되지 않는 소재로 구성되며, 일 예로 글래스 덮개는 유리로 구성될 수 있다. 글래스 덮개(100)는 판 형상을 가지며, 이하 설명할 고분자물질(120)의 상단에 밀착된다.The glass cover 110 is provided at the uppermost end of the microfluidic device. The glass cover is composed of a material that has a relatively low oxygen or other gas permeability or is not permeable to oxygen or other gases. For example, the glass cover may be made of glass. The glass cover 100 has a plate shape and is in close contact with the upper end of the polymer material 120 to be described below.

고분자물질(120)은 산소 혹은 기타 기체 투과도가 글래스 덮개(110)에 비해 상대적으로 매우 높은 물질이다. 다시 말해서 고분자물질(120)은 산소 혹은 기타 기체 고투과성 물질로 구성된다. 그리고 고분자물질(120)은 글래스 덮개(110)의 하부에 마련된다. The polymer material 120 has a relatively high oxygen or other gas permeability than the glass cover 110. In other words, the polymer material 120 is composed of oxygen or other gas-permeable material. The polymeric material 120 is provided under the glass cover 110.

그리고 고분자물질(120)은 세포배양용기(170)를 실질적으로 덮는 형태로 마련된다. 고분자물질은 일 예로 PDMS(polydimethylsiloxane)로 구성될 수 있다. 고분자 물질은 단층 혹은 복수의 층으로 구성될 수 있으며, 각각의 층은 soft lithography와 산소 플라즈마 접합 기법 혹은 유사 기법을 이용하여 제작할 수 있다.The polymeric material 120 is provided to substantially cover the cell culture container 170. The polymer material may be composed of, for example, polydimethylsiloxane (PDMS). The polymer material can be composed of a single layer or a plurality of layers, and each layer can be fabricated using soft lithography, oxygen plasma bonding or similar techniques.

그리고 고분자물질(120)에는 제1 채널(130), 제2 채널(140), 제3 채널(150)이 각각 마련될 수 있다.The first channel 130, the second channel 140, and the third channel 150 may be provided in the polymer material 120, respectively.

제1 채널(130)은 산소소모화학물질(oxygen scavenger)을 위한 채널일 수 있다. 일 예로 산소소모화학물질은 sodium sulfite와 cobalt 촉매일 수 있다. 제1 채널(130)을 통해 주입되는 산소소모화학물질은 미세유체장치를 통해 세포배양용기로 공급되는 산소의 양을 조절한다. 예를 들어, 현재 세포배양용기 내 산소 농도가 실험자가 원하는 수준 이하인 경우, 산소소모화학물질의 주입량이 줄어들거나, 주입이 중지될 수 있다. 반대의 경우, 제1 채널(130)을 통해 주입되는 산소소모화학물질의 주입량이 늘어날 수 있다. 주입된 산소소모화학물질은 주위 고분자물질을 통해 확산하는 산소를 화학결합 혹은 촉매반응으로 소모할 수 있다. 산소소모화학물질은 액체 혹은 기체일 수 있고 화학 반응 혹은 확산 반응에 의해 세포배양장치의 산소를 소모할 수 있다.The first channel 130 may be a channel for an oxygen scavenger. For example, the oxygen depleting chemicals may be sodium sulfite and cobalt catalysts. The oxygen consuming chemical injected through the first channel 130 regulates the amount of oxygen supplied to the cell culture vessel through the microfluidic device. For example, if the oxygen concentration in the cell culture vessel is below the level desired by the experimenter, the amount of oxygen consuming chemical may be reduced or the infusion may be stopped. Conversely, the amount of oxygen consuming chemical injected through the first channel 130 may be increased. The injected oxygen consuming chemical can consume oxygen diffusing through the surrounding polymeric material as a chemical bond or catalytic reaction. Oxygen consumption chemicals can be liquids or gases and can consume oxygen in the cell culture system by chemical or diffusion reactions.

제2 채널(140)은 배양 배지(culture media) 혹은 시약 또는 공기 혹은 기타 기체를 세포배양용기 내부로 주입하기 위한 롱 채널일 수 있다. 제2 채널(140)은 제1 채널(130)과 달리 세포배양용기 내부와 통할 수 있다. 사용자는 배양 목적에 따라 제2 채널(140)을 통해 배양 배지 혹은 시약 또는 공기 혹은 기타 기체를 직접 주입할 수 있다. 주입되는 배양 배지 혹은 시약 또는 공기 혹은 기타 기체에 포함된 산소는 주위 고분자 물질을 통해 확산되어 제1 채널(130)의 산소소모화학물질로 인해 소모될 수 있다.The second channel 140 may be a long channel for injecting culture media or reagents or air or other gas into the cell culture vessel. Unlike the first channel 130, the second channel 140 can communicate with the inside of the cell culture container. The user can directly inject the culture medium or reagent or air or other gas through the second channel 140 depending on the culture purpose. The culture medium or reagent to be injected or the oxygen contained in the air or other gas may diffuse through the surrounding polymeric material and be consumed by the oxygen consuming chemicals of the first channel 130.

제3 채널(150)은 배양 물질 또는 공기를 세포배양용기 내부로 주입하기 위한 숏 채널일 수 있다. 제3 채널(150)은 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 채널(140)에 비해 상대적으로 짧은 채널일 수 있다. 사용자는 실험 목적 및 주입하고자 하는 물질에 따라 제2 채널(140) 또는 제3 채널 중 어느 하나를 선택하여 주입하고자 하는 물질을 세포배양용기 내부로 주입할 수 있다. 제3 채널은 제2 채널(140)을 통해 물질이 주입될 때 세포배양용기 내부 압력을 유지하기 위해 기존 내부 물질이 배출되는 데 사용될 수 있고, 그 반대의 경우도 가능하다.The third channel 150 may be a short channel for injecting the culture material or air into the cell culture container. The third channel 150 may be a relatively short channel as compared to the second channel 140, as shown in FIG. The user may select one of the second channel 140 or the third channel according to the purpose of the experiment and the substance to be injected, and inject the substance to be injected into the cell culture container. The third channel may be used to discharge the existing internal material to maintain the pressure inside the cell culture vessel when the material is injected through the second channel 140, and vice versa.

산소 센서(160)는 세포배양용기 내 산소 농도를 측정하기 위한 장치이다. 산소 센서(160)는 광투과성 고분자물질(120)의 하단에 부착된 형태로 제공될 수 있다. 이때, 산소 센서(160)는 비침습식 산소 센서일 수 있으며, 산소 농도 측정기(200)로부터 광학적 자극을 받아 그에 대한 반응 신호를 전달할 수 있다. 산소 센서는 침습식 혹은 비광학식으로도 구성할 수 있다.The oxygen sensor 160 is a device for measuring the oxygen concentration in the cell culture container. The oxygen sensor 160 may be provided in a form attached to the lower end of the light-transmitting polymer material 120. At this time, the oxygen sensor 160 may be an non-humidified oxygen sensor, and may receive an optical stimulus from the oxygen concentration meter 200 to transmit a response signal thereto. The oxygen sensor can also be configured to be invasive or non-optic.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 세포배양장치는 상술한 미세유체장치를 통해 세포배양용기 내 목표 산소 농도를 산소 소모 화학 물질과 대기 주입만으로 일정하게 유지할 수 있다. 더하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 채널은 세포배양용기 내부와 통하지 않는 바, 산소 소모 화학 물질과 배양 물질이 직접 닿지 않아 세포에 유해한 영향이 발생할 우려도 없다. 또한, 대기를 사용하는 바, 산소 농도 유지를 위해 가스 탱크를 필수적으로 비치할 필요도 없다.Therefore, the cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention can maintain the target oxygen concentration in the cell culture vessel constantly through only the oxygen consumption chemical and the atmospheric injection through the above-described microfluidic device. In addition, as shown in FIG. 1, since the first channel does not communicate with the inside of the cell culture container, there is no possibility that harmful influence to the cells occurs because the oxygen consuming chemical does not directly contact the culture material. Also, since the atmosphere is used, it is not necessary to provide a gas tank in order to maintain the oxygen concentration.

또한, 필요 시 미세유체장치에 마련된 제2 채널(140) 또는 제3 채널(150)을 통해 특정 가스를 주입할 수도 있다. 구체적으로, 산소 뿐 아니라 혼합가스의 형태로 원하는 가스 조성을 세포배양용기 내부로 주입할 수 있다. 그리고, 고농도 산소 가스를 주입할 경우 저산소 뿐 아니라 고농도 산소 세포배양 환경 또한 구성할 수 있다.If necessary, a specific gas may be injected through the second channel 140 or the third channel 150 provided in the microfluidic device. Specifically, a desired gas composition can be injected into the cell culture container in the form of a mixed gas as well as oxygen. In addition, when a high-concentration oxygen gas is injected, not only hypoxic but also high-concentration oxygen cell culture environment can be constituted.

더하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 미세유체장치는 완전한 밀폐 구조가 아닌바, 이산화탄소 농도 및 습도를 또 다른 세포배양장치의 그것과 일치시킬 수 있다. 다시 말해서, 복수의 세포배양장치가 있고, 각각의 세포배양장치에 대하여 산소 농도만을 변화시키면서 이산화탄소 농도 및 습도는 일치시켜야 할 경우 특히 유용하다. In addition, the microfluidic device according to an embodiment of the present invention is not a completely closed structure, but can make the concentration and humidity of the carbon dioxide coincide with that of another cell culture device. In other words, there is a plurality of cell culture apparatuses, and it is particularly useful when the concentration of carbon dioxide and the humidity need to be coincident with each other while changing only the oxygen concentration for each cell culture apparatus.

기존 방식의 경우, 밀폐된 용기에 혼합 가스를 직접 분사하는 방식으로, 항상 똑같은 비율로 혼합 가스의 농도를 조절하는 것이 어려운 점이 있다. 그러나, 본 발명의 세포배양장치의 경우, 미세유체장치가 완전한 밀폐구조가 아니므로, 실험실 환경이 모든 배양장치에 동일하게 적용될 수 있다. 그리고, 산소 소모 화학 물질을 통해 세포배양용기 내부 산소 농도만을 각 배양장치마다 조절할 수 있다. 구체적으로 미세유체장치가 밀폐구조가 아니므로, 외부의 산소 및 기타 기체가 세포배양장치 내부로 확산될 수 있다. 이때, 산소 소모 화학물질이 산소만을 선택적으로 소모함으로써 내부의 산소 농도를 낮게 유지할 수 있다. 반대로 산소 농도를 높이고자 하는 경우 배양장치로 대기 혹은 특정 기체 조합의 가스를 주입하는 방식으로 가능하다.In the conventional method, it is difficult to always adjust the concentration of the mixed gas at the same ratio by directly injecting the mixed gas into the closed container. However, in the case of the cell culture apparatus of the present invention, since the microfluidic device is not a completely closed structure, the laboratory environment can be equally applied to all culture apparatuses. Only the oxygen concentration inside the cell culture container can be adjusted for each culture device through the oxygen consumption chemical. Specifically, since the microfluidic device is not a closed structure, external oxygen and other gases can diffuse into the cell culture apparatus. At this time, the oxygen consumption chemical selectively consumes only oxygen, so that the internal oxygen concentration can be kept low. Conversely, if the oxygen concentration is to be increased, it is possible to inject the atmosphere or specific gas combination gas into the incubator.

더하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 산소 농도 조절 세포배양장치의 경우, 큰 공간을 차지하거나 구축비용이 높은 장비가 필요하지 않으며, 상용화된 배양장치에 덮개형태로 제공되어, 덮개를 열지 않고도 주입 채널을 통해 세포 배양 배지를 교체하거나 세포 회수를 위한 전처리 시약을 주입할 수 있어 세포의 산소 노출을 최소화할 수 있다. In addition, in the case of the oxygen concentration-controlling cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention, equipment having a large space or a high construction cost is not required, and is provided in the form of a lid to a commercialized culture apparatus, The channel can be used to replace the cell culture medium or inject a pretreatment reagent for cell recovery, thereby minimizing the oxygen exposure of the cells.

개념적으로, 본 발명의 세포배양장치는 산소 소모 화학물질 뿐 아니라 산소 생성 화학물질을 사용하여 세포배양장치의 산소 농도를 높일 수 있고, 반대로 저산소 농도 기체를 주입하여 세포배양장치 내부 산소 농도를 낮출 수 있다. 또한, 산소 이외의 특정 기체 관련 화학물질 혹은 특정 기체 및 특정 기체 센서를 이용해 특정 기체 농도 조절 세포배양장치를 구성할 수 있다.Conceptually, the cell culture apparatus of the present invention can increase the oxygen concentration of the cell culture apparatus by using an oxygen-producing chemical substance as well as the oxygen-consuming chemical substance. Conversely, the oxygen concentration in the cell culture apparatus can be lowered by injecting a low- have. In addition, a specific gas concentration-regulating cell culture device can be constructed using specific gas-related chemicals other than oxygen or specific gases and specific gas sensors.

도 2는 앞서 설명한 미세유체장치의 제작 과정을 나타내는 도면이다.2 is a view showing a manufacturing process of the microfluidic device described above.

도 2에 도시된 바와 같이, 미세유체장치의 최상단에 글래스 덮개(110)가 마련되며, 그 아래로 단층 혹은 복수의 고분자물질 층(120)이 결합되어 미세유체장치가 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고분자물질층은 각각 채널 구성을 위한 형상이 마련될 수 있다. As shown in FIG. 2, a glass cover 110 is provided at the uppermost end of the microfluidic device, and a single layer or a plurality of polymeric substance layers 120 are coupled under the microfluidic device. As shown in FIG. 2, the polymeric material layers may each have a shape for channel formation.

도 3은 제어 장치를 통해 세포배양장치로 주입되는 대기, 산소 소모 화학물질, 질소 등의 농도를 조절함으로써 목표 산소 농도로의 변경 및 유지가 가능함을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a diagram showing that it is possible to change and maintain the target oxygen concentration by controlling concentrations of air, oxygen-consuming chemicals, nitrogen and the like injected into a cell culture apparatus through a control device.

도 3에 도시된 바와 같이, 산소 농도(상단 그래프)가 제어 장치를 통한 변수 조절(하단 그래프)에 따라 일정하게 목표 농도로 변경/유지되는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 3, it can be confirmed that the oxygen concentration (upper graph) is constantly changed / maintained to the target concentration according to the variable control (lower graph) through the control device.

도 3에 제시된 변수 조절 및 목표 산소 농도 변경/유지는 컴퓨터 프로그램에 의해 자동화할 수 있다.The variable control and target oxygen concentration change / maintenance shown in FIG. 3 can be automated by a computer program.

도 4는 미세유체장치를 통해 주입된 액체의 산소 농도 감소를 나타내는 시뮬레이션 결과를 나타낸다.Fig. 4 shows the simulation results showing the oxygen concentration reduction of the liquid injected through the microfluidic device.

도 4(a)에 도시된 바와 같이, 미세유체장치를 통해 산소가 포함된 액체를 주입하는 경우, 세포배양장치 내부에 구성된 저산소 상태 및 산소 소모 화학 물질에 의해 산소 농도가 감소하는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 4 (a), when the liquid containing oxygen is injected through the microfluidic device, it can be confirmed that the oxygen concentration is reduced by the hypoxic state and the oxygen consuming chemical constituted inside the cell culture apparatus .

도 4(b)는 산소가 포함된 액체가 통과하는 채널의 출구 쪽에서의 주입된 액체의 산소 농도를 나타낸다. 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 세포배양용기 내부로 들어오는 액체의 산소 농도가 낮고 일정한 수준으로 유지됨을 확인할 수 있다.4 (b) shows the oxygen concentration of the injected liquid at the outlet side of the channel through which the oxygen-containing liquid passes. As shown in FIG. 4 (b), it can be seen that the oxygen concentration of the liquid entering the cell culture vessel is kept low and constant.

도 5는 미세유체장치를 사용하는 경우와 사용하지 않는 경우에서의 세포배양용기 내부로 들어오는 산소 농도를 실험적으로 비교한 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing an experimental comparison between the oxygen concentration entering the cell culture vessel in the case of using the microfluidic device and the case of not using the microfluidic device.

도 5에 도시된 바와 같이, 미세유체장치 없이 주입된 액체에 비하여 미세유체장치를 통과하는 경우 유입되는 산소 농도가 1/10 수준임을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5, it can be confirmed that the concentration of oxygen introduced into the microfluidic device through the microfluidic device is about 1/10 that of the liquid injected without the microfluidic device.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The present invention described above can be embodied as computer-readable codes on a medium on which a program is recorded. The computer readable medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer readable medium include a hard disk drive (HDD), a solid state disk (SSD), a silicon disk drive (SDD), a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, . Accordingly, the above description should not be construed in a limiting sense in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.

Claims (12)

세포배양을 위한 세포배양장치에 있어서,
배양하고자하는 세포가 마련되는 세포배양용기; 및
상기 세포배양용기에 덮개 형태로 제공되는 미세유체장치를 포함하고,
상기 미세유체장치는,
판 형상으로 제공되는 글래스 덮개 및
상기 글래스 덮개의 하부에 밀착하여 제공되고, 단층 혹은 복수의 층으로 구성되는 고분자 물질을 포함하고,
상기 고분자 물질은, 산소소모화학물질을 위한 제1 채널 및 배양 배지 혹은 시약 또는 기체를 상기 세포배양용기로 주입하기 위한 제2 채널을 포함하는
세포배양장치.In a cell culture apparatus for cell culture,
A cell culture container provided with cells to be cultured; And
And a microfluidic device provided in the form of a lid on the cell culture container,
The microfluidic device includes:
A glass cover provided in a plate shape and
And a polymer material provided in close contact with a lower portion of the glass cover and composed of a single layer or a plurality of layers,
The polymeric material comprises a first channel for oxygen consuming chemicals and a second channel for introducing a culture medium or reagent or gas into the cell culture vessel
Cell culture device. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 채널은 세포배양장치 내부와 외부를 연결하지 않는 채널이고,
상기 제2 채널은 세포배양장치 내부와 외부를 연결하는 채널인
세포배양장치.The method according to claim 1,
The first channel is a channel that does not connect the inside and the outside of the cell culture apparatus,
The second channel is a channel connecting the inside and the outside of the cell culture apparatus
Cell culture device. 제 1 항에 있어서,
상기 제2 채널은 상대적으로 짧은 길이로 형성되는 숏 채널과, 상기 숏 채널에 비해 상대적으로 긴 길이로 형성되는 롱 채널을 포함하는
세포배양장치.The method according to claim 1,
The second channel includes a short channel formed in a relatively short length and a long channel formed in a relatively long length in comparison with the short channel,
Cell culture device. 제 1 항에 있어서,
상기 고분자 물질 하단에 마련되어 세포배양용기 내부의 산소 농도를 센싱하는 산소 센서를 더 포함하는
세포배양장치.The method according to claim 1,
And an oxygen sensor provided at the lower end of the polymer material for sensing an oxygen concentration inside the cell culture container
Cell culture device. 제 4 항에 있어서,
상기 산소 센서는 비침습식 산소 센서인
세포배양장치.5. The method of claim 4,
The oxygen sensor is a non-wetting oxygen sensor
Cell culture device. 제 1 항에 있어서,
상기 글래스 덮개는 산소를 포함하는 기체를 투과하지 않는 물질로 구성되고,
상기 고분자 물질은 산소를 포함하는 기체를 투과하는 물질로 구성되는
세포배양장치.The method according to claim 1,
Wherein the glass cover is made of a material which does not transmit a gas containing oxygen,
Wherein the polymer material comprises a material permeable to oxygen-containing gas
Cell culture device. 제 6 항에 있어서,
상기 고분자 물질은 PDMS(polydimethylsiloxane)인
세포배양장치.The method according to claim 6,
The polymer material may be PDMS (polydimethylsiloxane)
Cell culture device. 세포배양을 위한 세포배양시스템에 있어서,
배양하고자 하는 세포가 마련되는 세포배양용기;
상기 세포배양용기에 덮개 형태로 제공되는 미세유체장치;
상기 미세유체장치의 하단에 마련되어 상기 세포배양용기의 산소 농도를 감지하는 산소 센서;
상기 산소 센서에 광자극을 전달하여 광학적 방법으로 세포배양용기 내부의 산소 농도 값을 측정하는 산소 농도 측정기;
상기 산소 농도 측정기로부터 세포배양용기 내부의 산소 농도 값을 전달받고, 전달 받은 산소 농도 값에 기초하여 상기 미세유체장치를 통해 주입하는 산소소모화학물질 또는 기체 투입량을 결정하는 제어장치; 및
상기 제어장치의 제어 명령에 따라 상기 미세유체장치로 산소소모화학물질 또는 기체를 투입하는 펌프를 포함하는
세포배양시스템.A cell culture system for cell culture,
A cell culture container provided with cells to be cultured;
A microfluidic device provided in the form of a lid on the cell culture container;
An oxygen sensor provided at a lower end of the microfluidic device for sensing an oxygen concentration of the cell culture container;
An oxygen concentration meter for measuring an oxygen concentration value inside the cell culture container by an optical method by transmitting a light stimulus to the oxygen sensor;
A control device for receiving an oxygen concentration value inside the cell culture container from the oxygen concentration measuring device and determining an amount of oxygen consumption chemical or gas to be injected through the microfluidic device based on the oxygen concentration value; And
And a pump for introducing an oxygen-consuming chemical or gas into the microfluidic device in accordance with a control command of the control device
Cell culture system. 제 8 항에 있어서,
상기 미세유체장치는,
판 형상으로 제공되는 글래스 덮개 및
상기 글래스 덮개의 하부에 밀착하여 제공되고, 단층 혹은 복수의 층으로 구성되는 고분자 물질을 포함하고,
상기 고분자 물질은, 산소소모화학물질을 위한 제1 채널 및 배양 배지 혹은 시약 또는 기체를 상기 세포배양용기로 주입하기 위한 제2 채널을 포함하는
세포배양시스템.9. The method of claim 8,
The microfluidic device includes:
A glass cover provided in a plate shape and
And a polymer material provided in close contact with a lower portion of the glass cover and composed of a single layer or a plurality of layers,
The polymeric material comprises a first channel for oxygen consuming chemicals and a second channel for introducing a culture medium or reagent or gas into the cell culture vessel
Cell culture system. 제 9 항에 있어서,
상기 제1 채널은 세포배양장치 내부와 외부를 연결하지 않는 채널이고,
상기 제2 채널은 세포배양장치 내부와 외부를 연결하는 채널인
세포배양시스템.10. The method of claim 9,
The first channel is a channel that does not connect the inside and the outside of the cell culture apparatus,
The second channel is a channel connecting the inside and the outside of the cell culture apparatus
Cell culture system. 제 9 항에 있어서,
상기 제2 채널은 상대적으로 짧은 길이로 형성되는 숏 채널과, 상기 숏 채널에 비해 상대적으로 긴 길이로 형성되는 롱 채널을 포함하는
세포배양시스템.10. The method of claim 9,
The second channel includes a short channel formed in a relatively short length and a long channel formed in a relatively long length in comparison with the short channel,
Cell culture system. 제 9 항에 있어서,
상기 글래스 덮개는 산소를 포함하는 기체를 투과하지 않는 물질로 구성되고,
상기 고분자 물질은 산소를 포함하는 기체를 투과하는 물질로 구성되는
세포배양시스템.10. The method of claim 9,
Wherein the glass cover is made of a material which does not transmit a gas containing oxygen,
Wherein the polymer material comprises a material permeable to oxygen-containing gas
Cell culture system.
KR1020170088070A 2017-07-11 2017-07-11 An apparatus for cell culture KR101941023B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170088070A KR101941023B1 (en) 2017-07-11 2017-07-11 An apparatus for cell culture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170088070A KR101941023B1 (en) 2017-07-11 2017-07-11 An apparatus for cell culture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190006844A true KR20190006844A (en) 2019-01-21
KR101941023B1 KR101941023B1 (en) 2019-01-22

Family

ID=65277801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170088070A KR101941023B1 (en) 2017-07-11 2017-07-11 An apparatus for cell culture

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101941023B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090059448A (en) * 2007-12-06 2009-06-11 한국전자통신연구원 Micro-scaled animal cell incubator and a production method thereof
KR20150048958A (en) * 2013-10-28 2015-05-11 인하대학교 산학협력단 Microfludic chip, reproducing method of ischemia reperfusion injury and ischemia reperfusion injury immunoassay system using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090059448A (en) * 2007-12-06 2009-06-11 한국전자통신연구원 Micro-scaled animal cell incubator and a production method thereof
KR20150048958A (en) * 2013-10-28 2015-05-11 인하대학교 산학협력단 Microfludic chip, reproducing method of ischemia reperfusion injury and ischemia reperfusion injury immunoassay system using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR101941023B1 (en) 2019-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kieninger et al. Microsensor systems for cell metabolism–from 2D culture to organ-on-chip
CN101506643B (en) Cell analysis apparatus and method
US9494577B2 (en) Apparatus and methods for three-dimensional tissue measurements based on controlled media flow
Brennan et al. Oxygen control with microfluidics
Zanzotto et al. Membrane‐aerated microbioreactor for high‐throughput bioprocessing
US8202702B2 (en) Method and device for measuring extracellular acidification and oxygen consumption rate with higher precision
Revsbech et al. Amperometic microsensor for measurement of gaseous and dissolved CO2
Kloke et al. A versatile miniature bioreactor and its application to bioelectrochemistry studies
Lladó Maldonado et al. A fully online sensor‐equipped, disposable multiphase microbioreactor as a screening platform for biotechnological applications
US20150010994A1 (en) Non-invasive sensing of bioprocess parameters
Dinger et al. Device for respiration activity measurement enables the determination of oxygen transfer rates of microbial cultures in shaken 96‐deepwell microtiter plates
JP2000500580A (en) Microsensor and method of using the microsensor
KR101941023B1 (en) An apparatus for cell culture
Bussooa et al. Real-time monitoring of oxygen levels within thermoplastic Organ-on-Chip devices
JP2023516465A (en) Cell processing bioreactor
KR20200019021A (en) Cell culture apparatus and cell culture system using the same
CN217127433U (en) Soil fluctuation anaerobic culture device
US20120157349A1 (en) Cell chip package
JPH0424444Y2 (en)
CN212770762U (en) Organ chip system for biological reaction
Dornhof et al. Microfluidic organ-on-chip system for monitoring 3D breast cancer stem cell cultures
WO2023107879A1 (en) Method and apparatus for sterile and noninvasive measurements of substances in bioreactors and other sterile environments
US10240118B2 (en) System for monitoring growth media
KR20150120669A (en) Pressure control device comprising multi chamber
Gorenflo et al. Optical analysis of perfusion bioreactor cell concentration in an acoustic separator

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant