KR20210045796A

KR20210045796A - 세포배양장치

Info

Publication number: KR20210045796A
Application number: KR1020190129252A
Authority: KR
Inventors: 서인용; 이승훈; 장선호; 박희성; 이수연; 김지영; 이효정
Original assignee: 주식회사 아모그린텍
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2021-04-27
Also published as: KR102441836B1; CN114585725A; US20220389362A1; WO2021075808A1

Abstract

세포배양장치가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 세포배양장치는 세포배양을 위한 복수 개의 지지체가 수용공간에 배치된 세포배양부; 상기 세포배양부 측으로 공급되는 배지가 일정량 저장되고, 가스공급구를 통하여 외부로부터 유입되는 이산화탄소를 이용하여 내부의 이산화탄소 농도가 일정하게 유지되는 배지공급부; 및 상기 세포배양부 및 배지공급부를 상호 연결하여 상기 배지공급부에 저장된 배지를 상기 세포배양부로 순환시키는 펌프;를 포함한다.

Description

세포배양장치{Cell culture device}

본 발명은 세포배양장치에 관한 것이다.

세포배양은 다세포생물의 개체로부터 조직편을 떼내어 여기에 영양을 주고 용기 내에서 배양, 증식시키는 방법이다.

1980년대 이후 급속하게 발전하고 있는 생명공학분야에서 생물의약품의 산업화와 관련하여 동물세포배양기술이 중요한 역할을 차지하면서 1980년대 중반부터 동물세포 대량배양 기술의 중요성이 부각되기 시작하였다.

인간 혹은 동물의 조직으로부터 유래된 동물세포들은 배지 내에서 부유시키거나 또는 담체에 부착시켜 키울 수 있다. 주로 혈구유래의 세포들(조혈줄기세포 포함)이 부유성 세포이고, 피부, 간 또는 폐 같은 조직 유래의 세포들과 배아줄기세포 또는 중간엽 줄기세포 등은 부착성 세포이다. 부유성 세포는 세포가 단독으로 배지 중에 부유한 상태에서 증식할 수 있으나, 부착성 세포는 지지체의 표면에 부착된 상태에서만 증식이 가능하다.

이에 따라, scale-up 할 때 단위 부피당 최고의 세포밀도를 유지하기 위해서는 부유성 세포가 유리하므로 대량 배양 방법의 개발은 주로 부유성 세포를 대상으로 이루어져 왔을 뿐, 부착성 세포를 대량으로 배양하기 위한 장치의 개발은 미흡한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 소형화 및 모듈화가 가능하면서도 부착성 세포를 한 번의 공정을 통해 대량으로 배양할 수 있는 세포배양장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 세포배양을 위한 복수 개의 지지체가 수용공간에 배치된 세포배양부; 상기 세포배양부 측으로 공급되는 배지가 일정량 저장되고, 가스공급구를 통하여 외부로부터 유입되는 이산화탄소를 이용하여 내부의 이산화탄소 농도가 일정하게 유지되는 배지공급부; 및 상기 세포배양부 및 배지공급부를 상호 연결하여 상기 배지공급부에 저장된 배지를 상기 세포배양부로 순환시키는 펌프;를 포함하는 세포배양장치를 제공한다.

일례로, 상기 지지체는 모티프 코팅된 판상의 나노섬유 멤브레인을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 지지체는, 모티프 코팅된 판상의 나노섬유 멤브레인과, 상기 나노섬유 멤브레인을 지지할 수 있도록 상기 나노섬유 멤브레인의 일면에 접착층을 매개로 부착된 지지부재를 포함할 수 있다.

다른 예로써, 상기 지지체는 플라즈마 처리된 판상의 필름부재일 수 있다.

또한, 상기 세포배양부는, 수용공간을 갖는 함체형상의 배양하우징과, 세포 배양을 위하여 상기 수용공간에 서로 간격을 두고 다단으로 배치되며 소정의 면적을 갖는 판상으로 구비되는 복수 개의 지지체 및 상기 펌프를 통해 순환되는 배지가 유출입될 수 있도록 상기 배양하우징에 각각 구비되는 배지유입구 및 배지유출구를 포함할 수 있다.

또한, 상기 배지공급부는, 상기 배지가 일정량 저장되는 내부공간이 형성된 배지하우징과, 상기 배지를 상기 내부공간 측으로 회수하거나 상기 세포배양부 측으로 공급할 수 있도록 상기 배지하우징에 구비되는 회수구 및 토출구와, 외부로부터 공급되는 이산화탄소가 유입될 수 있도록 상기 배지하우징에 구비되는 가스공급구를 포함할 수 있고, 상기 내부공간은 상기 배지가 저장되는 제1공간과, 상기 제1공간의 상측에 형성되어 이산화탄소를 포함하는 기체가 채워지는 제2공간으로 구분될 수 있으며, 상기 가스공급구는 상기 제2공간과 연통되도록 상기 배지하우징에 구비될 수 있다.

이때, 상기 배지공급부는 상기 내부공간에 채워진 배지로부터 일정간격 이격될 수 있도록 상기 제2공간에 배치되는 필터부재를 포함할 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 필터부재는 나노섬유 멤브레인이거나 가스투과성 필름부재일 수 있다.

한편, 상기 배지공급부는 상기 제2공간의 이산화탄소 농도를 감지하기 위한 가스센서를 더 포함할 수 있고, 상기 배지공급부는 상기 가스공급구를 통해 유입된 이산화탄소를 상기 제2공간에서 순환시키기 위한 순환팬을 더 포함할 수 있으며, 상기 세포배양부의 온도를 일정하게 유지하기 위한 항온유지수단을 더 포함할 수 있다.

이와 같은 경우, 상기 가스공급구는 솔밸브일 수 있고, 상기 항온유지수단은 히팅 자켓(heating jacket)일 수 있다.

본 발명에 의하면, 한 번의 공정을 통해 대량의 세포 배양이 가능하면서도 배지의 소모량을 줄일 수 있으므로 원가절감을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 온도 및 이산화탄소의 농도를 일정하게 유지하기 위한 별도의 인큐베이터가 불필요하므로 장비의 소형화가 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치를 나타낸 개략도,
도 2는 도 1에서 주요구성이 분리된 상태를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치에 적용될 수 있는 세포배양부를 나타낸 도면,
도 4는 도 3의 분리도,
도 5는 도 3의 A-A 방향단면도,
도 6은 도 3의 B-B 방향단면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양부에 적용될 수 있는 분산판을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치에 적용될 수 있는 지지체가 나노섬유 멤브레인을 포함하는 경우를 나타낸 도면, 그리고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치에 적용될 수 있는 배지공급부를 개략적으로 나타낸 도면,
도 10은 도 9의 C-C 방향단면도,
도 11은 도 9에 적용될 수 있는 배지하우징의 다른 형태를 나타낸 도면, 그리고,
도 12는 도 11의 평면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 배양될 세포들이 복수 개의 지지체(116)에 부착된 상태에서 일정한 PH로 유지된 배지가 순환을 통해 상기 복수 개의 지지체(116) 측으로 공급됨으로써 각각의 지지체(116)에 부착된 세포들이 배지로부터 공급되는 영양분을 통해 원활하게 배양될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 소형화된 모듈 형태로 구현되면서도 복수 개의 지지체(116)를 이용하여 세포를 배양할 수 있음으로써 전체사이즈를 줄이면서도 한 번의 공정을 통해 대량의 세포를 배양할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 이동성 및 작업편의성을 확보하면서도 전체설비의 사이즈를 줄여 생산원가를 절감시킬 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 세포배양부(110), 배지공급부(120) 및 펌프(130)를 포함한다.

상기 세포배양부(110)는 세포배양을 위한 복수 개의 지지체(116)가 내부에 장착됨으로써 상기 복수 개의 지지체(116)에 부착된 세포들이 배양되는 공간을 제공할 수 있다.

또한, 상기 세포배양부(110)는 상기 펌프(130)를 매개로 상기 배지공급부(120)와 연결되어 상기 배지공급부(120)에 저장된 배지가 순환됨으로써 세포의 배양시 필요한 배지가 공급될 수 있다.

즉, 상기 복수 개의 지지체(116)는 배양될 세포들이 부착될 수 있으며, 상기 지지체(116)에 부착된 세포들은 상기 배지공급부(120)로부터 공급되는 배지를 통해 영양분을 공급받아 배양될 수 있다.

이때, 상기 복수 개의 지지체(116)는 소정의 면적을 갖는 판상으로 구비될 수 있으며, 상기 세포배양부(110)의 내부에서 일정간격 이격된 상태로 다단으로 적층될 수 있다.

이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 상기 세포배양부(110)에 장착된 복수 개의 지지체(116)들의 집적도를 높일 수 있음으로써 한 번의 공정을 통해 대량의 세포배양이 가능할 수 있다.

이를 위해, 상기 세포배양부(110)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 배양하우징(111), 복수 개의 지지체(116), 배지유입구(113) 및 배지유출구(114)를 포함할 수 있다.

상기 배양하우징(111)은 내부에 상기 복수 개의 지지체(116) 및 배지를 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 배양하우징(111)은 수용공간(S1)을 갖는 함체형상으로 형성될 수 있다.

일례로, 상기 배양하우징(111)은 도 3에 도시된 바와 같이, 전면과 후면이 개방된 수용공간(S1)을 갖는 함체형상으로 형성될 수 있다.

이와 같은 경우, 상기 배양하우징(111)의 개방된 전면과 후면에는 적어도 하나의 배지유입구(113)가 형성된 제1캡부(112a) 및 적어도 하나의 배지유출구(114)가 형성된 제2캡부(112b)가 각각 결합될 수 있다.

또한, 상기 배지유입구(113)는 상기 펌프(130)를 매개로 상기 배지공급부(120)와 연결될 수 있으며, 상기 배지유출구(114)는 연결라인(131,132)을 매개로 상기 배지공급부(120)와 연결될 수 있다. 여기서, 상기 펌프(130)는 상기 세포배양부(110)의 배지유입구(113)와 상기 배지공급부(120)의 토출구(124)를 상호 연결하는 연결라인(131) 상에 구비될 수도 있지만, 상기 세포배양부(110)의 배지유출구(114)와 상기 배지공급부(120)의 회수구(123)를 상호 연결하는 연결라인(132) 상에 구비될 수도 있다.

이를 통해, 상기 배지공급부(120)에 저장된 배지는 상기 펌프(130)를 통해 상기 세포배양부(110)의 수용공간(S1) 및 배지공급부(120)의 내부를 순환할 수 있으며, 상기 배지공급부(120)로부터 공급된 배지는 상기 배지유입구(113)를 통해 상기 수용공간(S1)을 채울 수 있다.

이에 따라, 상기 수용공간(S1)에 배치된 복수 개의 지지체(116)는 상기 수용공간(S1)으로 공급되는 배지에 잠길 수 있으며, 각각의 지지체(116)에 부착된 세포들은 세포 배양시 필요한 영양분을 배지로부터 공급받을 수 있다.

여기서, 상기 배지유입구(113) 및 배지유출구(114)는 상기 배양하우징(111)의 전면과 후면이 밀폐된 경우, 상기 배양하우징(111)의 전면 및 후면에 각각 직접형성될 수도 있다.

또한, 상기 배양하우징(111)의 일측에는 내측으로 인입되는 수용홀(115)이 형성될 수 있다. 이와 같은 수용홀(115)은 볼트부재(B)를 통해 상기 제1캡부(112a) 및 제2캡부(112b)가 상기 배양하우징(111)에 체결되는 경우, 상기 볼트부재(B)의 단부가 상기 수용홀(115) 측으로 돌출될 수 있으며, 상기 수용홀(115)의 내부에 상기 볼트부재(B)를 고정하기 위한 너트부재(N)가 수용될 수 있다. 이에 따라, 작업자는 상기 수용홀(115)을 이용하여 상기 볼트부재(B)와 너트부재(N)를 체결함으로써 상기 제1캡부(112a) 및 제2캡부(112b)를 상기 배양하우징(111)에 결합시킬 수 있다.

상기 복수 개의 지지체(116)는 적어도 일면에 배양될 세포가 부착될 수 있다.

이러한 지지체(116)는 상술한 바와 같이 한 번의 배양을 통해 대량의 세포를 배양할 수 있도록 소정의 면적을 갖는 판상으로 구비될 수 있으며, 상기 배양하우징(111)의 수용공간(S1)에 다단으로 적층될 수 있다.

이때, 각각의 지지체(116) 는 판상의 형태로 구현이 가능하면서도 세포의 부착이 용이한 것이라면 공지의 세포 배양시 사용되는 다양한 재질이 제한없이 사용될 수 있다.

일례로, 상기 지지체(116)는 나노섬유가 전기방사를 통하여 3차원 네트워크 구조로 형성된 나노섬유 멤브레인(116a)을 포함할 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 지지체(116)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 나노섬유 멤브레인(116a)과 더불어 접착층(116b)을 매개로 상기 나노섬유 멤브레인(116a)의 일면에 부착되는 지지부재(116c)를 더 포함하는 3층구조일 수 있다.

여기서, 상기 지지부재(116c)는 판상의 필름부재일 수 있으며, 상기 나노섬유 멤브레인(116a)의 일면을 지지할 수 있다. 이를 통해, 상기 나노섬유 멤브레인(116a)이 유연성을 가지고 판상으로 형성되더라도 상기 지지부재(116c)를 통해 지지될 수 있음으로써 휘어짐이나 처짐이 방지될 수 있다. 이에 따라, 상기 배양하우징(111)의 수용공간(S1)에 배치된 지지체(116)는 펼쳐진 상태를 유지할 수 있음으로써 세포가 원활하게 배양될 수 있다.

그러나 본 발명에 사용되는 지지체(116)의 종류를 이에 한정하는 것은 아니며, 각각의 지지체는 소정의 면적을 가지는 판상의 필름부재로 구성될 수도 있으며, 판상의 형태로 구현이 가능하면서도 세포의 부착이 용이하다면 공지의 세포 배양시 사용되는 다양한 재질이 사용될 수 있다.

이때, 상기 지지체(116)는 배양될 세포가 원활하게 부착될 수 있도록 표면이 개질된 것일 수 있다. 일례로, 상기 지지체(116)가 나노섬유 멤브레인(116a)을 포함하는 경우, 상기 나노섬유 멤브레인(116a)은 나노 섬유의 표면에 motif 코팅된 멤브레인일 수 있다. 또한, 상기 지지체가 판상의 필름부재로 구비되는 경우, 상기 필름부재는 플라즈마 처리된 필름부재일 수 있다.

이에 따라, 상기 지지체(116)의 표면에는 배양될 세포가 원활하게 부착될 수 있으며, 상기 배양될 세포는 상기 지지체(116)의 표면에 부착된 상태에서 배지로부터 공급되는 영양분을 통해 배양될 수 있다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 상기 세포배양부(110)를 세포 배양을 위한 적절한 온도로 유지하기 위한 항온유지수단(140)을 포함할 수 있다.

이와 같은 항온유지수단(140)은 상기 세포배양부(110)의 둘레면을 감싸도록 배치될 수 있다. 일례로, 상기 항온유지수단(140)은 상기 배양하우징(111)의 둘레면을 감싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 배양하우징(111)의 수용공간(S1)은 상기 항온유지수단(140)을 통해 세포 배양에 적합한 온도로 유지됨으로써 세포 배양이 원활하게 이루어질 수 있다.

비제한적인 일례로써, 상기 항온유지수단(140)은 공지의 히팅 자켓(heating jacket)일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며 열을 제공하여 일정한 온도를 유지할 수 있는 히팅수단이라면 제한없이 적용될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 항온유지수단(140)을 통해 세포배양부(110)의 온도를 적정온도로 유지할 수 있음으로써 세포 배양시 항온을 유지하기 위한 별도의 인큐베이터가 불필요할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 후술하는 배지공급부(120)의 구성을 통해 모듈단위로의 구성이 가능함으로써 각각의 구성을 모듈화할 수 있다.

이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 간단한 연결을 통해 세포 배양을 위한 시스템을 구축할 수 있으며, 인큐베이터와 같이 세포 배양을 위한 별도의 공간을 구축해야하는 한계를 극복할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 상기 수용공간(S1)에 다단으로 배치되는 복수 개의 지지체(116)의 집적도를 높이면서도 각각의 지지체(116)에 부착된 세포들이 배지로부터 원활하게 영양분을 공급받을 수 있도록 서로 일정간격 이격된 상태로 상기 수용공간(S1)에 배치될 수 있다.

이를 위해, 상기 배양하우징(111)의 수용공간(S1)에는 복수 개의 지지체(116)가 서로 일정간격 이격된 상태로 수용될 수 있도록 스페이서가 배치될 수 있다.

일례로, 상기 스페이서는 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 상기 수용공간(S1)에 일면이 서로 대면하도록 삽입되는 두 개의 가이드부재(117a,117b)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 두 개의 가이드부재(117a,117b)는 도 3을 기준으로 좌측에 배치되는 제1가이드부재(117a)와 제2가이드부재(117b)일 수 있다.

이와 같은 경우, 상기 제1가이드부재(117a) 및 제2가이드부재(117b)는 서로 대면하는 대향면 측에 높이방향을 따라 인입형성된 복수 개의 슬롯홈(118a,118b)이 각각 형성될 수 있으며, 상기 슬롯홈(118a,118b)이 형성되지 않은 반대면이 상기 배양하우징(111)의 내면 중 서로 마주하는 두 개의 내면과 각각 접하도록 배치될 수 있다.

이를 통해, 상기 제1가이드부재(117a) 및 제2가이드부재(117b)는 상기 슬롯홈(144a,144b)이 형성된 면이 서로 마주하도록 상기 수용공간(S1)에 배치될 수 있다.

이에 따라, 상기 제1가이드부재(117a) 및 제2가이드부재(117b)가 상기 수용공간(S1)에 삽입된 상태에서 각각의 지지체(116)를 상기 슬롯홈(118a,118b) 측에 삽입하면, 상기 지지체(116)의 양측단은 상기 제1가이드부재(117a)에 형성된 슬롯홈(118a)과 상기 제2가이드부재(117b)에 형성된 슬롯홈(118b)에 각각 삽입될 수 있다.

이로 인해, 상기 지지체(116)는 상기 슬롯홈(118a,118b)을 통해 양측단이 구속됨으로써 수평한 상태로 상기 수용공간(S1)에 배치될 수 있으며, 서로 이웃하는 두 개의 지지체(116)는 높이방향을 따라 형성된 두 개의 슬릿홈 사이의 간격만큼 이격된 상태를 유지할 수 있다.

이를 통해, 상기 수용공간(S1)에 다단으로 배치된 복수 개의 지지체(116)는 양면이 상기 수용공간(S1)에 채워진 배지와 원활하게 접촉될 수 있으며, 상기 지지체(116)에 부착된 세포는 상기 배지로부터 공급되는 영양분을 통해 원활하게 배양될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 복수 개의 지지체(116)가 슬라이딩 방식을 통하여 장착될 수 있음으로써 조립의 편의성을 높일 수 있다.

그러나 상기 스페이서를 구성하는 가이드부재의 전체개수를 이에 한정하는 것은 아니며, 장착하고자 하는 지지체(116)의 전체개수에 따라 3개 이상의 가이드부재로 구성될 수 있으며, 서로 쌍을 이루는 방식이라면 제한없이 사용될 수 있다.

더불어, 상기 스페이서는 상술한 슬롯홈이 형성된 가이드부재 이외에 판상의 지지체를 일정간격 이격된 상태를 유지할 수 있다면 적절한 형상을 가질 수 있다.

일례로, 상기 스페이서는 상기 복수 개의 지지체(116)를 동시에 체결하는 체결바(미도시)와 상기 체결바에 끼워지는 링형상의 링부재일 수도 있다. 이와 같은 경우 상기 링부재는 두 개의 지지체(116) 사이에 각각 배치될 수 있다. 이를 통해, 상기 복수 개의 지지체(116)는 상기 링부재의 두께만큼 서로 이격된 상태를 유지할 수 있다.

다른 예로써, 상기 스페이서는 슬롯홈이 형성된 가이드부재와 체결바 및 링부재가 조합된 방식으로 구성될 수도 있다.

한편, 상기 배지유입구(113)가 형성된 제1캡부(112a)의 내면은 상기 배지유입구(113)를 중심으로 내측으로 인입되게 형성될 수 있다.

즉, 상기 배지유입구(113)가 형성된 캡부(112a,112b)의 내면은 상기 배지유입구(113)의 단부로부터 배지가 이동하는 방향을 따라 단면적이 서서히 증가하는 오목한 형상을 가질 수 있으며, 상기 배지유입구(113)의 단부가 상기 오목한 형상의 중심부를 형성할 수 있다.

이를 통해, 상기 배지유입구(113)를 통해 상기 세포배양부(110) 측으로 유입되는 배지는 상기 수용공간(S1) 측으로 원활하게 유입될 수 있다.

이때, 상기 배지유입구(113) 및 상기 수용공간(S1)에 배치된 지지체(116) 사이에는 소정의 면적을 갖는 판상의 분산판(119,219)이 배치될 수 있으며, 상기 분산판(119,219)은 상기 수용공간(S1)에 장착된 지지체(116)의 단부와 일정간격 이격되도록 배치될 수 있다.

이와 같은 분산판(119,219)은 상기 배지유입구(113)를 통해 상기 세포배양부(110) 측으로 유입된 배지가 곧바로 상기 수용공간(S1)의 내부로 이동하는 것을 방해할 수 있다.

즉, 상기 배지유입구(113)를 통해 세포배양부(110)로 유입된 배지는 상기 분산판(119,219)과 부딪혀 고르게 퍼질 수 있다. 이를 통해, 상기 분산판(119,219)을 통과하는 과정에서 고르게 분산된 배지는 상기 수용공간(S1)에 장착된 복수 개의 지지체(116)의 위치와 상관없이 지지체(116) 사이에 형성된 이격공간으로 동시에 이동할 수 있음으로써 상기 배지가 각각의 지지체(116) 측으로 원활하게 공급될 수 있다.

일례로, 상기 분산판(119,219)은 도 7에 도시된 바와 같이 소정의 면적을 가지는 판상의 몸체(119a)에 복수 개의 통공(119c)이 관통형성된 형태일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 복수 개의 통공이 형성된 메쉬망일 수도 있다.

이때, 상기 분산판(119,219)은 상기 배지유입구(113)와 대응되는 위치에 상기 배지가 곧바로 이동하는 것을 차단하기 위한 방해수단(119b)이 형성될 수 있다.

일례로, 상기 분산판(119,219)의 방해수단(119b)은 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 배지가 곧바로 통과하지 못하도록 상기 통공(119c)이 형성되지 않는 몸체(119a)의 일부분일 수도 있다.

대안으로, 상기 분산판(119,219)의 방해수단(119b)은 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 분산판의 몸체(119a)로부터 상기 배지유입구(113) 측으로 돌출형성된 돌출부일 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 돌출부는 일단부가 상기 배지유입구(113)의 단부와 가까운 거리에 위치함으로써 상기 배지유입구(113)로부터 유입된 배지가 곧바로 상기 돌출부의 단부에 부딪힘으로써 상기 배지를 더욱 효과적으로 분산할 수 있다.

상기 배지공급부(120)는 세포의 배양시 필요한 영양분을 함유하고 있는 배지가 일정량 저장될 수 있으며, 상기 펌프(130)를 통해 저장된 배지가 세포배양부(110) 측으로 순환될 수 있다.

이를 위해, 상기 배지공급부(120)는 도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이 상기 배지를 일정량 저장하기 위한 내부공간(S2)을 가지는 함체형상의 배지하우징(121,221)을 포함할 수 있으며, 상기 배지하우징(121,221)은 상기 내부공간(S2)에 저장된 배지를 펌프(130)의 작동을 통해 순환시켜 상기 세포배양부(110) 측으로 공급한 후 다시 회수할 수 있도록 상기 배지가 유입되거나 출입하는 회수구(123) 및 토출구(124)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 내부공간(S2)은 상부가 개방되도록 형성될 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 배지하우징(121,221)은 상기 내부공간(S2)의 개방된 상부를 덮는 덮개부재(127)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 토출구(124)는 펌프(130)를 매개로 상기 세포배양부(110)의 배지유입구(113)와 연결될 수 있으며, 상기 회수구(123)는 상기 세포배양부(110)의 배지유출구(114)와 연결될 수 있다. 이를 통해, 상기 내부공간(S2)에 저장된 배지는 상기 펌프(130)의 작동을 통해 순환될 수 있으며, 상기 세포배양부(110) 측으로 공급된 후 상기 배지공급부(120) 측으로 회수될 수 있다.

더불어, 상기 내부공간(S2)에 채워지는 배지는 상기 내부공간(S2)을 완전히 채우지 않고 소정의 수위를 갖도록 적정량 채워질 수 있다. 즉, 상기 내부공간(S2)은 전체높이 중 일부 높이에 대하여 배지가 저장되는 제1공간(S21)과 상기 제1공간(S21)의 상측에 형성되어 이산화탄소를 포함하는 기체가 채워지는 제2공간(S22)으로 구분될 수 있으며, 상기 제1공간(S21)과 제2공간(S22)은 상기 내부공간(S2)에 채워지는 배지의 저장량에 따라 변경될 수 있다. 이와 같은 경우, 상기 제1공간(S21) 및 제2공간(S22)을 구분하는 경계선은 상기 내부공간(S2)에 채워지는 배지의 수위면일 수 있다.

이에 따라, 상기 제2공간(S22)에 존재하는 기체는 상기 제1공간(S21)에 채워진 배지 측으로 용존됨으로써 배지에 용존된 이산화탄소량이 일정하게 유지될 수 있다. 이로 인해, 상기 제1공간(S21)에 저장된 배지는 세포 배양에 적합한 상태의 PH를 유지한 후 상기 세포배양부(110) 측으로 공급될 수 있다.

이때, 상기 배지공급부(120)는 상기 제2공간(S22) 측으로 외부로부터 공급되는 이산화탄소가 유입될 수 있도록 상기 배지하우징(121,221)에 구비되는 가스공급구(125)를 포함할 수 있다. 이와 같은 가스공급구(125)는 별도의 이산화탄소 공급수단(미도시)과 연결될 수 있으며, 상기 제2공간(S22)과 연통되도록 상기 배지하우징(121,221)에 구비될 수 있다.

일례로, 상기 가스공급구(125)는 상기 덮개부재(127)에 구비될 수 있고, 공지의 솔밸브일 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니며 개폐가 가능하면서도 공급량을 조절할 수 있다면 공지의 밸브가 제한없이 사용될 수 있다.

이를 통해, 상기 배지는 세포배양부(110)로 이동한 후 상기 회수구(123)를 통해 제1공간(S21)으로 측으로 회수되는 과정에서 용존된 이산화탄소량이 줄어들더라도 상기 제1공간(S21)으로 회수된 배지는 상기 제1공간(S21)에서 머무르는 동안 상기 제2공간(S22)으로부터 이산화탄소를 공급받을 수 있다.

이로 인해, 상기 제1공간(S21)으로부터 상기 세포배양부(110) 측으로 순환되는 배지는 세포 배양에 적합한 PH 상태로 변경된 후 공급될 수 있음으로써 원활한 세포배양이 이루어질 수 있다.

이로 인해, 세포배양시 상기 배지가 상기 펌프(130)를 통해 상기 세포배양부(110) 및 배지공급부(120)를 반복적으로 순환하더라도 상기 지지체(116)에 부착된 세포는 배양에 적합한 상태의 배지를 지속적으로 공급받을 수 있음으로써 배양이 원활하게 이루어질 수 있다.

이때, 상기 배지공급부(120)는 상기 제2공간(S22)에 존재하는 이산화탄소의 농도를 감지하기 위한 가스센서(150)를 더 포함할 수 있으며, 상기 가스공급구(125)를 통해 상기 제2공간(S22)으로 유입된 이산화탄소를 상기 제2공간(S22) 내에서 빠르게 분산시킬 수 있도록 상기 제2공간(S22)의 기체를 순환시키는 순환팬(160)을 더 포함할 수 있다.

이와 같은 가스센서(150) 및 순환팬(160)은 상기 제2공간(S22) 측에 위치하도록 상기 배지하우징(121,221)에 구비될 수 있다. 일례로, 상기 가스센서(150) 및 순환팬(160)은 상기 덮개부재(127)의 내면에 위치하도록 배치될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 상기 가스센서(150)를 통해 감지된 정보를 기반으로 상기 가스공급구(125)를 통해 상기 제2공간(S22)으로 공급되는 이산화탄소량이 조절될 수 있다. 이로 인해, 상기 제1공간(S21)에 저장된 배지의 용존 이산화탄소량은 상기 가스공급구(125)를 통해 상기 제2공간(S22)으로 유입되는 이산화탄소량의 조절을 통해 일정한 PH상태로 변경 및 유지될 수 있다.

여기서, 상기 가스센서(150), 순환팬(160) 및 가스공급구(125) 등은 별도의 제어부(미도시)를 통해 작동이 제어될 수 있다.

또한, 상기 제2공간(S22) 측에는 상기 제1공간(S21)에 채워진 배지로부터 소정의 간격을 두고 이격되는 필터부재(126)가 배치될 수 있다. 이러한 필터부재(126)는 이물질의 유입을 차단하면서도 이산화탄소가 통과하는 것을 허용하는 재질로 이루어질 수 있다. 일례로, 상기 필터부재(126)는 나노섬유 멤브레인이거나 가스투과성 필름부재일 수 있다.

이를 통해, 상기 제2공간(S22)에 존재하는 기체는 상기 필터부재(126)를 통과하여 상기 제1공간(S21)에 저장된 배지측으로 이동할 수 있으며, 상기 기체에 조재할 수 있는 이물질이 걸리진 상태로 상기 배지측으로 공급될 수 있다.

이에 따라, 상기 제1공간(S21)에 채워진 배지는 이산화탄소의 용존량이 일정하게 유지되면서도 다른 이물질에 의해 오염되는 것이 방지될 수 있다.

한편, 상기 배지공급부(120)는 상기 토출구(124)가 상기 회수구(123)보다 상대적으로 낮은 위치에 형성될 수 있다. 즉, 상기 토출구(124)는 상기 배지하우징(121,221)의 바닥면과 상대적으로 가까운 위치에 형성될 수 있으며, 상기 회수구(123)는 상기 배지하우징(121,221)의 바닥면과 상대적으로 먼 위치에 형성될 수 있다.

이를 통해, 상기 세포배양부(110)로부터 상기 회수구(123)를 통하여 상기 제1공간(S21)으로 유입된 배지는 상대적으로 낮은 위치에 형성된 토출구(124)를 통해 상기 세포배양부(110)로 이동할 수 있다.

이로 인해, 상기 회수구(123)를 통해 제1공간(S21)으로 회수되는 배지에 기포가 포함된 경우, 상기 배지에 포함된 기포는 상기 배지가 상기 회수구(123)보다 상대적으로 낮은 위치에 형성된 토출구(124) 측으로 이동하는 과정에서 부력에 의해 상부로 이동할 수 있다.

이를 통해, 상기 토출구(124)를 통해 상기 세포배양부(110) 측으로 공급되는 배지는 기포를 포함하지 않은 상태일 수 있다. 이에 따라, 상기 지지체(116)에 부착된 세포는 기포에 의한 방해를 받지 않고 배지로부터 영양분을 원활하게 공급받을 수 있음으로써 배양이 원활하게 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)에 적용될 수 있는 배지공급부(120)는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 배지가 저장되는 제1공간(S21)이 적어도 두 개의 공간으로 구획될 수 있다.

이를 위해, 상기 배지공급부(120)는 배지하우징(221)의 바닥면으로부터 돌출형성되는 적어도 하나의 격벽(222)을 포함할 수 있으며, 상기 배지하우징(221)에 형성된 제1공간(S21)은 상기 격벽(222)을 매개로 배지회수공간(S211)과 배지공급공간(S212)으로 구획될 수 있다.

이때, 상기 격벽(222)은 일단부가 상기 배지하우징(221)의 내측면과 연결되고 타단부가 상기 배지하우징(221)의 내측면과 마주하는 다른 내측면과 소정 간격이격되도록 상기 배지하우징(221)의 바닥면으로부터 돌출형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 배지회수공간(S211) 및 배지공급공간(S212)은 상기 격벽(222)의 단부와 마주하는 배지하우징(221)의 내측면 사이에 형성된 연통로(S213)를 통해 서로 연통될 수 있다.

이와 같은 경우, 상기 회수구(123)는 상기 배지회수공간(S211)과 연통되는 위치에 형성될 수 있으며, 상기 토출구(124)는 상기 배지공급공간(S212)과 연통되는 위치에 형성될 수 있다.

더불어, 상기 회수구(123)는 상술한 바와 같이 상기 토출구(124)보다 상대적으로 높은 위치에 형성될 수 있다. 즉, 상기 토출구(124)는 상기 배지하우징(221)의 바닥면과 상대적으로 가까운 위치에 형성될 수 있으며, 상기 회수구(123)는 상기 배지하우징(221)의 바닥면과 상대적으로 먼 위치에 형성될 수 있다.

이를 통해, 상기 배지공급부(120)로 유입된 배지는 전술한 형태의 배지하우징(121)에 비하여 상대적으로 더 긴 거리를 이동할 수 있다. 즉, 상기 세포배양부(110)로부터 배출되는 배지는 배지회수공간(S211)으로 유입된 후 연통로(S213)를 거쳐 배지공급공간(S212) 측으로 이동함으로써 상기 토출구(124)를 통해 외부로 배출되기까지의 이동거리가 증가될 수 있다.

이로 인해, 상기 배지는 상기 회수구(123)에서 토출구(124)로 이동하는 과정에서 이산화탄소가 충분히 공급될 수 있으며, 배지에 포함된 기포가 이동하는 과정에서 부력에 의해 부상하여 배지로부터 완전히 분리될 수 있다.

이에 따라, 상기 토출구(124)를 통해 세포배양부(110) 측으로 공급되는 배지는 기포와 같은 불순물이 제거된 최상의 상태로 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 지지체(116)에 부착된 세포의 배양이 더욱 원활하게 이루어질 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 배지공급부(120), 펌프(130) 및 세포배양부(110)를 연결라인(131,132)을 통해 상호 연결하여 상기 제1공간(S21)에 저장된 배지가 펌프(130)의 구동을 통해 배지공급부(120) 및 세포배양부(110)를 순환하도록 구성함으로써 밀폐된 순환 시스템(closed circulation system)을 간단히 구현할 수 있다.

더불어, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 상기 배지공급부(120)로부터 세포배양부(110)로 펌프(130)를 통해 순환되는 배지가 상기 배지공급부(120)에서 이산화탄소의 공급을 통해 PH가 일정한 상태로 유지됨으로써 세포의 배양시 필요한 배지의 사용량을 최소화할 수 있다.

더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 배지의 순환방식을 채용하면서도 순환되는 배지의 PH를 일정하게 유지하게 유지하기 위한 이산화탄소의 공급이 상기 배지공급부(120)의 가스공급구(125)를 통해 공급되고, 세포 배양시 세포배양부(110)의 온도를 일정하게 유지하기 위한 항온유지가 세포배양부(110)에 결합된 히팅 자켓과 같은 항온유지수단을 통해 구현될 수 있다.

이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 배지의 이산화탄소 용존량을 일정하게 유지하면서 세포 배양시 필요한 적정 온도를 유지하기 위한 인큐베이터와 같은 별도의 밀폐된 공간이 아니더라도 세포 배양을 위한 환경을 구축할 수 있다.

이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 소형화된 모듈 형태로 구현될 수 있으며, 세포 배양을 위한 공간상의 제약을 최소화시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 상기 배지공급부(120)를 세포배양부(110)의 상부에 적층하고 배지공급부(120)와 세포배양부(110)를 상호 연결하는 연결라인(131,132) 상에 펌프를 설치한 상태에서 가스공급구(125)에 별도의 이산화탄소 공급수단을 연결하면 세포배양을 위한 시스템을 간단하게 구현할 수 있다. 이를 통해, 세포배양을 위한 전체시스템을 소형화 및 모듈화할 수 있으면서도 대량의 세포를 안정적으로 배양할 수 있다.

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

100 : 세포배양장치 110 : 세포배양부
111 : 배양하우징 S1 : 수용공간
112a,112b : 캡부 113 : 배지유입구
114 : 배지유출구 115 : 수용홀
116 : 지지체 116a : 나노섬유 멤브레인
116b : 접착층 116c : 지지부재
117a,117b : 가이드부재 118a,118b : 슬롯홈
119,219 : 분산판 119a : 몸체
119b : 방해수단 119c : 통공
120 : 배지공급부 121,221 : 배지하우징
222 : 격벽 S2 : 내부공간
S21 : 제1공간 S22 : 제2공간
S211 : 배지회수공간 S212 : 배지공급공간
S213 : 연통로 123 : 회수구
124 : 토출구 125 : 가스공급구
126 : 필터부재 127 : 덮개부재
130 : 펌프 131,132 : 연결라인
140 : 항온유지수단 150 : 가스센서
160 : 순환팬

Claims

세포배양을 위한 복수 개의 지지체가 수용공간에 배치된 세포배양부;
상기 세포배양부 측으로 공급되는 배지가 일정량 저장되고, 가스공급구를 통하여 외부로부터 유입되는 이산화탄소를 이용하여 내부의 이산화탄소 농도가 일정하게 유지되는 배지공급부; 및
상기 세포배양부 및 배지공급부를 상호 연결하여 상기 배지공급부에 저장된 배지를 상기 세포배양부로 순환시키는 펌프;를 포함하는 세포배양장치.
제 1항에 있어서,
상기 지지체는 모티프 코팅된 판상의 나노섬유 멤브레인을 포함하는 세포배양장치.
제2항에 있어서,
상기 지지체는,
모티프 코팅된 판상의 나노섬유 멤브레인과, 상기 나노섬유 멤브레인을 지지할 수 있도록 상기 나노섬유 멤브레인의 일면에 접착층을 매개로 부착된 지지부재를 포함하는 세포배양장치.
제1항에 있어서,
상기 지지체는 플라즈마 처리된 판상의 필름부재인 세포배양장치.
제 1항에 있어서,
상기 세포배양부는,
수용공간을 갖는 함체형상의 배양하우징과, 세포 배양을 위하여 상기 수용공간에 서로 간격을 두고 다단으로 배치되며 소정의 면적을 갖는 판상으로 구비되는 복수 개의 지지체 및 상기 펌프를 통해 순환되는 배지가 유출입될 수 있도록 상기 배양하우징에 각각 구비되는 배지유입구 및 배지유출구를 포함하는 세포배양장치.
제 5항에 있어서,
상기 세포배양부는,
상기 수용공간에 서로 대면하도록 삽입되는 두 개의 가이드부재를 더 포함하고,
상기 두 개의 가이드부재는 서로 마주하는 일면에 상기 지지체의 단부측이 각각 끼워질 수 있도록 길이방향을 따라 인입형성된 복수 개의 슬롯홈을 포함하는 세포배양장치.
제 1항에 있어서,
상기 배지공급부는,
상기 배지가 일정량 저장되는 내부공간이 형성된 배지하우징과, 상기 배지를 상기 내부공간 측으로 회수하거나 상기 세포배양부 측으로 공급할 수 있도록 상기 배지하우징에 구비되는 회수구 및 토출구와, 외부로부터 공급되는 이산화탄소가 유입될 수 있도록 상기 배지하우징에 구비되는 가스공급구를 포함하고,
상기 내부공간은 상기 배지가 저장되는 제1공간과, 상기 제1공간의 상측에 형성되어 이산화탄소를 포함하는 기체가 채워지는 제2공간으로 구분되고, 상기 가스공급구는 상기 제2공간과 연통되도록 상기 배지하우징에 구비되는 세포배양장치.
제 7항에 있어서,
상기 배지공급부는 상기 내부공간에 채워진 배지로부터 일정간격 이격될 수 있도록 상기 제2공간에 배치되는 필터부재를 포함하는 세포배양장치.
제 8항에 있어서,
상기 필터부재는 나노섬유 멤브레인이거나 가스투과성 필름부재인 세포배양장치.
제 7항에 있어서,
상기 배지공급부는 상기 제2공간의 이산화탄소 농도를 감지하기 위한 가스센서를 더 포함하는 세포배양장치.
제 7항에 있어서,
상기 배지공급부는 상기 가스공급구를 통해 유입된 이산화탄소를 상기 제2공간에서 순환시키기 위한 순환팬을 더 포함하는 세포배양장치.
제 1항에 있어서,
상기 가스공급구는 솔밸브인 세포배양장치.
제 1항에 있어서,
상기 세포배양장치는, 상기 세포배양부의 온도를 일정하게 유지하기 위한 항온유지수단을 더 포함하는 세포배양장치.
제 13항에 있어서,
상기 항온유지수단은 상기 세포배양부의 둘레면을 감싸도록 배치되는 세포배양장치.
제 13항에 있어서,
상기 항온유지수단은 히팅 자켓(heating jacket)인 세포배양장치.