WO2021075808A1 - 세포배양장치 - Google Patents

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WO2021075808A1
WO2021075808A1 PCT/KR2020/013857 KR2020013857W WO2021075808A1 WO 2021075808 A1 WO2021075808 A1 WO 2021075808A1 KR 2020013857 W KR2020013857 W KR 2020013857W WO 2021075808 A1 WO2021075808 A1 WO 2021075808A1
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cell culture
medium
space
unit
housing
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PCT/KR2020/013857
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박희성
서인용
이승훈
장선호
이수연
김지영
이효정
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주식회사 아모그린텍
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    • C12M23/04—Flat or tray type, drawers
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    • C12M41/34—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of gas

Definitions

  • the present invention relates to a cell culture device.
  • Cell culture is a method of removing a piece of tissue from an individual of a multicellular organism, giving it nutrients, and culturing and proliferating in a container.
  • Animal cells derived from human or animal tissues can be grown by being suspended in a medium or attached to a carrier.
  • cells derived from blood cells including hematopoietic stem cells
  • cells derived from tissues such as skin, liver or lung, and embryonic stem cells or mesenchymal stem cells are adherent cells.
  • Suspended cells can proliferate in a state in which cells are suspended in a medium alone, but adherent cells can proliferate only in a state attached to the surface of a scaffold.
  • floating cells are advantageous, so the development of mass cultivation methods has mainly been made for floating cells, and is a device for culturing adherent cells in large quantities. The development of is inadequate.
  • the present invention has been devised in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a cell culture apparatus capable of culturing adherent cells in a large amount through a single process while miniaturization and modularization are possible.
  • the present invention includes a cell culture unit including a receiving space in which a plurality of supports for cell culture are disposed; A medium supply unit for storing a certain amount of medium to be supplied to the cell culture unit and maintaining a constant carbon dioxide concentration of the medium stored therein by using carbon dioxide introduced from the outside through a gas supply port; And a pump for circulating the medium stored in the medium supply unit to the cell culture unit by interconnecting the cell culture unit and the medium supply unit.
  • the support may include a plate-shaped nanofiber membrane coated with a motif.
  • the support may include a plate-shaped nanofiber membrane coated with a motif, and a support member attached to one surface of the nanofiber membrane via an adhesive layer to support the nanofiber membrane.
  • the support may be a plasma-treated plate-shaped film member.
  • the cell culture unit includes a culture housing having an accommodation space, and a plurality of supports and the pump arranged in multiple stages at intervals from each other in the accommodation space for cell culture and provided in a plate shape having a predetermined area. It may include a medium inlet and a medium outlet provided in each of the culture housing so that the medium circulated through the outflow and outflow.
  • the medium supply unit includes a medium housing having an internal space in which the medium is stored, a recovery port provided in the medium housing to recover the medium from the cell culture unit toward the inner space, and a medium in the inner space.
  • a first space to be formed and a second space formed on the upper side of the first space to be filled with a gas containing carbon dioxide, and the gas supply port may be provided in the discharge housing to communicate with the second space.
  • the medium supply unit may include a filter member disposed in the second space so as to be spaced apart from the medium filled in the inner space at a predetermined interval.
  • the filter member may be a nanofiber membrane or a gas-permeable film member.
  • the medium supply unit may further include a gas sensor for detecting the concentration of carbon dioxide in the second space, and the medium supply unit is a circulation fan for circulating the carbon dioxide introduced through the gas supply port in the second space. It may further include, and may further include a constant temperature maintenance means for maintaining a constant temperature of the cell culture unit.
  • the gas supply port may be a sol valve
  • the constant temperature maintenance means may be a heating jacket
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing a state in which the main components are separated from FIG. 1;
  • FIG 3 is a view showing a cell culture unit that can be applied to the cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is an exploded view of Figure 3
  • FIG. 5 is a cross-sectional view in the direction A-A of FIG. 3;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view in the direction B-B of FIG. 3;
  • FIG. 7 is a view showing a dispersion plate that can be applied to the cell culture unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing a case where the support that can be applied to the cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention includes a nanofiber membrane, and,
  • FIG. 9 is a schematic view showing a medium supply unit applicable to the cell culture apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a cross-sectional view of the coupling in the C-C direction of Figure 9,
  • FIG. 11 is a view showing another form of a badge housing that can be applied to FIG. 9, and,
  • FIG. 12 is a plan view of the discharge housing in FIG. 11 in a partially cut-away state.
  • the cell culture apparatus 100 circulates a medium maintained at a constant PH while the cells to be cultured are attached to a plurality of supports 116 and is supplied to the plurality of supports 116 By doing so, cells attached to each of the supports 116 can be smoothly cultured through nutrients supplied from the medium.
  • the cell culture apparatus 100 is implemented in a miniaturized module form and can cultivate cells using a plurality of supports 116, thereby reducing the overall size and through a single process. A large number of cells can be cultured.
  • the cell culture apparatus 100 can reduce production cost by reducing the size of the entire facility while securing mobility and convenience in operation.
  • the cell culture apparatus 100 includes a cell culture unit 110, a medium supply unit 120, and a pump 130, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the cell culture unit 110 may provide a space in which cells attached to the plurality of supports 116 are cultured by mounting a plurality of supports 116 for cell culture therein.
  • the cell culture unit 110 is connected to the medium supply unit 120 via the pump 130 to circulate the medium stored in the medium supply unit 120 to supply a medium required for culturing cells. .
  • cells to be cultured may be attached to the plurality of supports 116, and cells attached to the support 116 may be cultured by receiving nutrients through a medium supplied from the medium supply unit 120.
  • the plurality of supports 116 may be provided in a plate shape having a predetermined area, and may be stacked in multiple stages in a state spaced apart at a predetermined interval within the cell culture unit 110.
  • the cell culture apparatus 100 can increase the degree of integration of the plurality of supports 116 mounted on the cell culture unit 110, thereby culturing a large amount of cells through a single process. This could be possible.
  • the cell culture unit 110 may include a culture housing 111, a plurality of supports 116, a medium inlet 113, and a medium outlet 114, as shown in FIGS. 3 to 6. .
  • the culture housing 111 may accommodate the plurality of supports 116 and a medium therein. To this end, the culture housing 111 may be formed in a housing shape having an accommodation space (S1).
  • the culture housing 111 may be formed in a housing shape having a receiving space (S1) open front and rear, as shown in FIG. 3.
  • a first cap portion 112a having at least one medium inlet 113 formed at the open front and rear surfaces of the culture housing 111 and a second cap portion 112b having at least one medium outlet 114 formed therein can be combined.
  • the medium inlet 113 may be connected to the medium supply unit 120 via the pump 130, and the medium outlet 114 is connected to the medium supply unit 120 via a connection line 132.
  • the pump 130 may be provided on a connection line 131 interconnecting the medium inlet 113 of the cell culture unit 110 and the discharge port 124 of the medium supply unit 120, but the It may be provided on a connection line 132 interconnecting the medium outlet 114 of the cell culture unit 110 and the recovery port 123 of the medium supply unit 120.
  • the medium stored in the medium supply unit 120 may circulate through the pump 130 through the receiving space S1 of the cell culture unit 110 and the inside of the medium supply unit 120, and the medium supply unit The medium supplied from 120 may fill the receiving space S1 through the medium inlet 113.
  • the plurality of supports 116 disposed in the receiving space S1 can be immersed in the medium supplied to the receiving space S1, and the cells attached to each support 116 are nutrients required for cell culture. Can be supplied from the medium.
  • the medium inlet 113 and the medium outlet 114 may be formed directly on the front and rear surfaces of the culture housing 111 when the front and rear surfaces of the culture housing 111 are sealed.
  • one side of the culture housing 111 may be provided with a receiving hole 115 that is inserted into the inside as shown in FIG. 5.
  • the end of the bolt member (B) is It may protrude toward the receiving hole 115 and a nut member N for fixing the bolt member B may be accommodated in the receiving hole 115.
  • the operator uses the receiving hole 115 to fasten the bolt member (B) and the nut member (N) to the first cap portion (112a) and the second cap portion (112b) to the culture housing (111).
  • Cells to be cultured may be attached to at least one surface of the plurality of supports 116.
  • the support 116 may be provided in a plate shape having a predetermined area so that a large amount of cells can be cultured through a single culture, and in multiple stages in the receiving space S1 of the culture housing 111. Can be stacked.
  • each of the supports 116 may be implemented in a plate-like shape, and various materials used in known cell culture may be used without limitation, provided that the cells can be easily attached thereto.
  • the support body 116 may include a nanofiber membrane 116a in which nanofibers are formed in a three-dimensional network structure through electrospinning.
  • the support body 116 is a support member 116c attached to one surface of the nanofiber membrane 116a via an adhesive layer 116b along with the nanofiber membrane 116a as shown in FIG. It may have a three-layer structure further including.
  • the support member 116c may be a plate-shaped film member, and may support one surface of the nanofiber membrane 116a. Through this, even if the nanofiber membrane 116a has flexibility and is formed in a plate shape, it can be supported through the support member 116c, thereby preventing bending or sagging. Accordingly, the support 116 disposed in the receiving space S1 of the culture housing 111 can maintain an unfolded state, so that cells can be cultured smoothly.
  • each support may be composed of a plate-shaped film member having a predetermined area, and it can be implemented in a plate-shaped form, but the attachment of cells is not limited thereto. If it is easy, various materials used in known cell culture may be used.
  • the support body 116 may have a surface modified so that cells to be cultured can be smoothly attached.
  • the support 116 includes a nanofiber membrane 116a
  • the nanofiber membrane 116a may be a membrane coated with a motif on the surface of the nanofiber.
  • the film member may be a plasma-treated film member.
  • cells to be cultured can be smoothly attached to the surface of the support 116, and the cells to be cultured can be cultured through nutrients supplied from the medium while being attached to the surface of the support 116. .
  • the cell culture apparatus 100 may include a constant temperature maintenance means 140 for maintaining the cell culture unit 110 at an appropriate temperature for cell culture.
  • the constant temperature maintenance means 140 may be arranged to surround the circumferential surface of the cell culture unit 110.
  • the constant temperature maintenance means 140 may be disposed to surround the circumferential surface of the culture housing 111. Accordingly, the receiving space (S1) of the culture housing 111 is maintained at a temperature suitable for cell culture through the constant temperature maintenance means 140, so that cell culture can be smoothly performed.
  • the constant temperature maintaining means 140 may be a known heating jacket, but is not limited thereto, and any heating means capable of maintaining a constant temperature by providing heat may be applied without limitation.
  • the cell culture apparatus 100 can maintain the temperature of the cell culture unit 110 at an appropriate temperature through the constant temperature maintenance means 140, thereby maintaining a constant temperature during cell culture.
  • the incubator may be unnecessary.
  • the cell culture apparatus 100 can be configured in a module unit through the configuration of the medium supply unit 120 to be described later, so that each configuration can be modularized.
  • the cell culture apparatus 100 can build a whole system for cell culture through a simple connection, and overcomes the limitation of constructing a separate space for cell culture such as an incubator. can do.
  • the plurality of supports 116 arranged in multiple stages in the receiving space S1 are cells attached to each support 116 while increasing the degree of integration. It may be disposed in the receiving space (S1) in a state spaced apart from each other at a predetermined interval so that nutrients can be supplied from the medium smoothly.
  • a spacer may be disposed in the receiving space S1 of the culture housing 111 so that a plurality of supports 116 can be accommodated in a state spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the spacer may include two guide members 117a and 117b that are inserted into the receiving space S1 so that one surface thereof faces each other, as shown in FIGS. 4 and 6.
  • the two guide members 117a and 117b may be a first guide member 117a and a second guide member 117b disposed on the left side with reference to FIG. 3.
  • the first guide member 117a and the second guide member 117b may have a plurality of slot grooves 118a and 118b retracted along the height direction on opposite surfaces facing each other, respectively,
  • the opposite surfaces on which the slot grooves 118a and 118b are not formed may be disposed to contact two inner surfaces facing each other among the inner surfaces of the culture housing 111, respectively.
  • first guide member 117a and the second guide member 117b may be disposed in the receiving space S1 such that surfaces on which the slot grooves 144a and 144b are formed face each other.
  • Both ends of the support body 116 may be inserted into a slot groove 118a formed in the first guide member 117a and a slot groove 118b formed in the second guide member 117b, respectively.
  • the support body 116 may be disposed in the accommodation space S1 in a horizontal state by restraining both sides through the slot grooves 118a and 118b, and two support bodies 116 adjacent to each other It is possible to maintain a state spaced apart by the distance between the two slit grooves formed along the height direction.
  • the plurality of supports 116 arranged in multiple stages in the receiving space S1 can have both sides in smooth contact with the medium filled in the receiving space S1, and the cells attached to the support 116 are It can be smoothly cultured through nutrients supplied from the medium.
  • a plurality of supports 116 may be mounted through a sliding method, thereby increasing the convenience of assembly.
  • the total number of guide members constituting the spacer is not limited thereto, and may be composed of three or more guide members according to the total number of the supports 116 to be mounted, and if a pair is formed with each other, it can be used without limitation. I can.
  • the spacer may have an appropriate shape as long as the plate-shaped support can be kept spaced apart by a predetermined distance in addition to the guide member having the slot groove formed as described above.
  • the spacer may be a fastening bar (not shown) that simultaneously fastens the plurality of supports 116 and a ring-shaped ring member that is fitted to the fastening bar.
  • the ring member may be disposed between the two supports 116, respectively. Through this, the plurality of supports 116 may be kept spaced apart from each other by the thickness of the ring member.
  • the spacer may be configured in a manner in which a guide member having a slot groove, a fastening bar, and a ring member are combined with each other.
  • the inner surface of the first cap portion 112a in which the discharge inlet 113 is formed may be formed to be drawn inward with the discharge inlet 113 as a center.
  • the inner surface of the cap portions 112a and 112b on which the discharge inlet 113 is formed is gradually increased in cross-sectional area along the direction in which the medium moves from the end of the discharge inlet 113. It may have a concave shape, and the end of the medium inlet 113 may form a central portion of the concave shape.
  • the medium flowing into the cell culture unit 110 through the medium inlet 113 can be smoothly introduced into the receiving space S1.
  • plate-shaped distribution plates 119 and 219 having a predetermined area may be disposed between the discharge medium inlet 113 and the support body 116 disposed in the receiving space S1, and the distribution plates 119 and 219 It may be arranged to be spaced apart from the end of the support body 116 mounted in the accommodation space (S1) by a predetermined distance.
  • the dispersion plates 119 and 219 may prevent the medium flowing into the cell culture unit 110 through the medium inlet 113 from moving directly into the receiving space S1.
  • the medium flowing into the cell culture unit 110 through the medium inlet 113 may collide with the dispersion plates 119 and 219 and spread evenly.
  • the medium evenly distributed in the process of passing through the dispersion plates (119, 219) is at the same time as a spaced space formed between the supports (116) regardless of the positions of the plurality of supports (116) mounted in the receiving space (S1).
  • the medium can be smoothly supplied to each of the supports 116.
  • the dispersion plates 119 and 219 may have a form in which a plurality of through holes 119c are formed through a plate-shaped body 119a having a predetermined area as shown in FIG. 7, but is not limited thereto. It may be a mesh network in which four through holes are formed.
  • the dispersing plates 119 and 219 may be provided with an impeding means 119b for blocking the direct movement of the medium at a position corresponding to the medium inlet 113.
  • the interference means (119b) of the dispersion plate (119, 219) is a part of the body (119a) in which the through hole (119c) is not formed so that the medium does not pass directly, as shown in Figure 7 (a). I can.
  • the interfering means 119b of the distribution plates 119 and 219 may be a protrusion protruding from the body 119a of the distribution plate toward the discharge inlet 113 as shown in FIG. 7(b).
  • the protrusion portion is located at a close distance to the end of the discharge inlet 113, so that the discharged medium flowing from the discharge inlet 113 immediately hits the end of the protrusion, thereby dispersing the medium more effectively. have.
  • the medium supply unit 120 may store a certain amount of a medium containing nutrients necessary for culturing cells, and the medium stored therein through the pump 130 may be circulated toward the cell cultivation unit 110.
  • the badge supply unit 120 may include box-shaped discharge housings 121 and 221 having an inner space S2 for storing a predetermined amount of the medium, as shown in FIGS. 9 to 12, and the medium
  • the housings 121 and 221 are a recovery port through which the medium is introduced or discharged so that the medium stored in the inner space S2 is circulated when the pump 130 is operated and supplied to the cell culture unit 110 and then recovered again. 123) and a discharge port 124.
  • the inner space S2 may be formed such that the upper part is open.
  • the discharge housings 121 and 221 may further include a cover member 127 covering the open upper portion of the inner space S2.
  • the discharge port 124 may be connected to the medium inlet 113 of the cell culture unit 110 via a pump 130 and a connection line 131, and the recovery port 123 is a connection line 132 ) May be connected to the medium outlet 114 of the cell culture unit 110.
  • the medium stored in the inner space S2 can be circulated through the operation of the pump 130, and the medium stored in the inner space S2 is supplied to the cell culture unit 110 and then the medium It can be recovered back to the supply unit 120 side.
  • the medium filled in the inner space S2 may be filled in an appropriate amount so as to have a predetermined water level without completely filling the inner space S2. That is, the inner space S2 is a first space S21 in which a medium is stored for a partial height of the total height, and a second space formed above the first space S21 and filled with a gas containing carbon dioxide. It can be divided into (S22), the first space (S21) and the second space (S22) can be changed according to the storage amount of the medium to be filled in the inner space (S2). In this case, the boundary line separating the first space S21 and the second space S22 may be a water level surface of a medium filled in the inner space S2.
  • the gas existing in the second space S22 may be dissolved in the medium filled in the first space S21, and the medium may maintain a certain amount of carbon dioxide.
  • the medium stored in the first space S21 may be supplied to the cell culture unit 110 after maintaining a pH in a state suitable for cell culture.
  • the discharge supply unit 120 may include a gas supply port 125 provided in the discharge housings 121 and 221 so that carbon dioxide can flow into the second space S22 from the outside.
  • the gas supply port 125 may be connected to a separate carbon dioxide supply means (not shown), and may be provided in the discharge housings 121 and 221 so as to communicate with the second space S22.
  • the gas supply port 125 may be provided on the cover member 127, and may be a known sol valve, but is not limited thereto. If the supply amount can be adjusted while opening/closing is possible, a known valve is not limited. Can be used.
  • the medium is transferred to the cell culture unit 110 and then returned to the first space S21 through the recovery port 123, even if the amount of dissolved carbon dioxide decreases, the medium is transferred to the first space S21.
  • the recovered medium may receive carbon dioxide from the second space S22 while staying in the first space S21.
  • the medium circulating from the first space (S21) toward the cell culture unit 110 can be resupplied to the cell culture unit 110 after being changed to a pH suitable for cell culture, thereby enabling smooth cell culture. Can be done.
  • the cells attached to the support 116 are in a state suitable for cultivation. It can be cultivated smoothly by being able to receive continuous supply.
  • the medium supply unit 120 may further include a gas sensor 150 for detecting the concentration of carbon dioxide present in the second space S22, and the second A circulation fan 160 for circulating gas in the second space S22 may be further included to rapidly disperse the carbon dioxide introduced into the space S22 in the second space S22.
  • the gas sensor 150 and the circulation fan 160 may be provided in the discharge housings 121 and 221 so as to be located on the second space S22 side.
  • the gas sensor 150 and the circulation fan 160 may be disposed to be located on the inner surface of the cover member 127.
  • the cell culture apparatus 100 is supplied to the second space S22 through the gas supply port 125 based on the information sensed through the gas sensor 150
  • the amount of carbon dioxide produced can be adjusted. Accordingly, the amount of dissolved carbon dioxide in the medium stored in the first space (S21) is changed and maintained to a constant PH state by adjusting the amount of carbon dioxide flowing into the second space (S22) through the gas supply port (125). Can be.
  • the gas sensor 150, the circulation fan 160, and the gas supply port 125 may be controlled through a separate control unit (not shown).
  • a filter member 126 may be disposed on the side of the second space S22 so as to be spaced apart from the medium filled in the first space S21 at a predetermined interval.
  • the filter member 126 may be made of a material that allows carbon dioxide to pass while blocking the inflow of foreign substances.
  • the filter member 126 may be a nanofiber membrane or a gas-permeable film member.
  • the gas existing in the second space S22 can pass through the filter member 126 and move toward the discharge medium stored in the first space S21, and the gas is in a state in which foreign substances are trapped in the medium. Can be supplied to the side.
  • the medium filled in the first space S21 can be prevented from contamination by foreign substances contained in the gas while the dissolved amount of carbon dioxide is kept constant.
  • the discharge port 120 may be formed so that the discharge port 124 is located at a position relatively lower than the recovery port 123. That is, the discharge port 124 may be formed at a position relatively close to the bottom surfaces of the discharge housings 121 and 221, and the recovery port 123 is located at a position relatively far from the bottom surfaces of the discharge housings 121 and 221. Can be formed.
  • the medium flowing from the cell culture unit 110 to the first space S21 through the recovery port 123 is the cell culture unit 110 through the discharge port 124 formed at a relatively low position. You can go to.
  • the air bubbles contained in the culture medium may be reduced to the recovery port 123 In the process of moving toward the discharge port 124 formed at a position relatively lower than ), it may move upward by buoyancy.
  • the medium supplied to the cell culture unit 110 through the discharge port 124 may be in a state that does not contain air bubbles. Accordingly, the cells attached to the support 116 can be smoothly cultured by being able to smoothly receive nutrients from the medium without being disturbed by air bubbles.
  • the medium supply unit 120 that can be applied to the cell culture apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, as shown in Figs. 11 and 12, the first space (S21) in which the medium is stored is at least two It can be divided into space.
  • the discharge supply unit 120 may include at least one partition wall 222 protruding from the bottom surface of the discharge housing 221, and the first space S21 formed in the discharge housing 221 is
  • the partition wall 222 may be divided into a discharge recovery space (S211) and a discharge supply space (S212).
  • the partition wall 222 has one end connected to the inner surface of the discharge housing 221 and the other end is spaced apart from the other inner surface facing the inner surface of the discharge housing 221 by a predetermined distance. ) Can be formed protruding from the bottom surface.
  • the discharge collection space S211 and the discharge supply space S212 may communicate with each other through a communication path S213 formed between the inner surface of the discharge housing 221 facing the end of the partition wall 222. have.
  • the recovery port 123 may be formed at a position communicating with the discharge collection space S211, and the discharge port 124 may be formed at a position communicating with the discharge supply space S212. .
  • the recovery port 123 may be formed to be located at a relatively higher position than the discharge port 124 as described above. That is, the discharge port 124 may be formed at a position relatively close to the bottom surface of the discharge housing 221, and the recovery port 123 is located at a position relatively far from the bottom surface of the discharge housing 221 Can be formed.
  • the culture medium introduced into the culture medium supply unit 120 may be discharged to the outside through the discharge port 124 after moving a relatively longer distance compared to the above-described type discharge housing 121. That is, the medium discharged from the cell culture unit 110 flows into the medium collection space (S211) and then moves to the medium supply space (S212) through the communication path (S213) to be discharged to the outside through the discharge port (124). The distance to move to be increased can be increased.
  • the medium may be sufficiently supplied with carbon dioxide in the process of moving from the recovery port 123 to the discharge port 124, and air bubbles contained in the medium move from the recovery port 123 to the discharge port 124. During the process, it can be floated by buoyancy and completely separated from the medium.
  • the medium supplied to the cell culture unit 110 through the discharge port 124 may be in the best state from which impurities such as air bubbles are removed. Accordingly, the cells attached to the support 116 can be cultured more smoothly.
  • the cell culture apparatus 100 interconnects the medium supply unit 120, the pump 130, and the cell culture unit 110 through the connection lines 131 and 132, and By configuring the medium to circulate through the medium supply unit 120 and the cell culture unit 110 through driving, a closed circulation system can be simply implemented.
  • the medium circulated through the pump 130 from the medium supply unit 120 to the cell culture unit 110 is supplied with gas from the medium supply unit 120.
  • the carbon dioxide supplied through the sphere 125 to be maintained at a constant pH, it is possible to minimize the amount of medium required for culturing cells.
  • the cell culture apparatus 100 adopts a circulation method in which the medium is circulated, but the supply of carbon dioxide for maintaining the PH of the circulating medium constant is provided by the medium supply unit 120. It is supplied through the gas supply port 125, and constant temperature maintenance for maintaining a constant temperature of the cell culture unit 110 during cell culture is implemented through a constant temperature maintenance means such as a heating jacket coupled to the cell culture unit 110 Can be.
  • a constant temperature maintenance means such as a heating jacket coupled to the cell culture unit 110 Can be.
  • the cell culture apparatus 100 maintains a constant amount of carbon dioxide dissolved in the medium and cultures cells even if it is not a separate enclosed space such as an incubator for maintaining an appropriate temperature required for cell culture. You can build an environment for it.
  • the cell culture apparatus 100 may be implemented in a miniaturized module form, and space limitations for cell culture may be minimized.
  • the cell culture apparatus 100 stacks the medium supply unit 120 on the cell culture unit 110 and interconnects the medium supply unit 120 and the cell culture unit 110
  • a separate carbon dioxide supply means is connected to the gas supply port 125 while the pump 130 is installed on the connecting lines 131 and 132
  • the entire system for cell culture can be simply implemented. Through this, the entire system for cell culture can be miniaturized and modularized, while a large amount of cells can be stably cultured.

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Abstract

세포배양장치가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 세포배양장치는 세포배양을 위한 복수 개의 지지체가 배치되는 수용공간을 포함하는 세포배양부; 상기 세포배양부 측으로 공급하기 위한 배지가 일정량 저장되고, 가스공급구를 통하여 외부로부터 유입되는 이산화탄소를 이용하여 내부에 저장된 상기 배지의 이산화탄소 농도를 일정하게 유지하는 배지공급부; 및 상기 세포배양부 및 배지공급부를 상호 연결하여 상기 배지공급부에 저장된 배지를 상기 세포배양부로 순환시키는 펌프;를 포함한다.

Description

세포배양장치
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 배치되는 수용공간을 포함하는 세포배양부; 상기 세포배양부 측으로 공급하기 위한 배지가 일정량 저장되고, 가스공급구를 통하여 외부로부터 유입되는 이산화탄소를 이용하여 내부에 저장된 상기 배지의 이산화탄소 농도를 일정하게 유지하는 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. 구체적으로, 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 세포배양부의 배지를 상기 내부공간 측으로 회수할 수 있도록 상기 배지하우징에 구비되는 회수구와, 상기 내부공간의 배지를 상기 세포배양부 측으로 공급할 수 있도록 상기 배지하우징에 구비되는 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 이격되도록 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 방향 결합단면도,
도 11은 도 9에 적용될 수 있는 배지하우징의 다른 형태를 나타낸 도면, 그리고,
도 12는 도 11에서 배지하우징의 일부를 절개한 상태의 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 PH가 일정한 상태로 유지된 배지를 순환시켜 상기 복수 개의 지지체(116) 측으로 공급함으로써 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(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 도 5에 도시된 바와 같이 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 3층 구조일 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 가지면서 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 전체시스템을 구축할 수 있으며, 인큐베이터와 같이 세포 배양을 위한 별도의 공간을 구축해야하는 한계를 극복할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)에서 상기 수용공간(S1)에 다단으로 배치되는 복수 개의 지지체(116)는 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 상호 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, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 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 수 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 내부에 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 배지가 펌프(130)의 작동시 순환되어 상기 세포배양부(110) 측으로 공급된 후 다시 회수될 수 있도록 상기 배지가 유입되거나 유출되는 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) 및 연결라인(131)을 매개로 상기 세포배양부(110)의 배지유입구(113)와 연결될 수 있으며, 상기 회수구(123)는 연결라인(132)을 매개로 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 내부공간(S2)에 저장된 배지는 상기 세포배양부(110) 측으로 공급된 후 상기 배지공급부(120) 측으로 다시 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 배지에 용존될 수 있으며, 배지는 일정한 이산화탄소량을 유지할 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 외부로부터 상기 제2공간(S22)으로 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 상기 세포배양부(110) 측으로 재공급될 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 원활하게 배양될 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 이격되도록 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 기체는 이물질이 걸리진 상태로 상기 배지측으로 공급될 수 있다.
이에 따라, 상기 제1공간(S21)에 채워진 배지는 이산화탄소의 용존량이 일정하게 유지되면서도 기체에 포함된 이물질에 의한 오염이 방지될 수 있다.
한편, 상기 배지공급부(120)는 상기 토출구(124)가 상기 회수구(123)보다 상대적으로 낮은 위치에 위치하도록 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 상기 세포배양부(110)로부터 제1공간(S21)으로 회수되는 배지가 기포를 포함하더라도, 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 위치하도록 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 이동한 후 토출구(124)를 통해 외부로 토출될 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 기포는 상기 회수구(123)에서 토출구(124)로 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 상태일 수 있다. 이에 따라, 상기 지지체(116)에 부착된 세포는 더욱 원활하게 배양될 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 연결하고 펌프(130)의 구동을 통해 배지가 상기 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 가스공급구(125)를 통해 공급되는 이산화탄소를 이용하여 일정한 상태의 PH로 유지됨으로써 세포의 배양시 필요한 배지의 사용량을 최소화할 수 있다.
더하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 세포배양장치(100)는 배지가 순환되는 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 펌프(130)를 설치한 상태에서 가스공급구(125)에 별도의 이산화탄소 공급수단을 연결하면 세포배양을 위한 전체 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.

Claims (15)

  1. 세포배양을 위한 복수 개의 지지체가 배치되는 수용공간을 포함하는 세포배양부;
    상기 세포배양부 측으로 공급하기 위한 배지가 일정량 저장되고, 가스공급구를 통하여 외부로부터 유입되는 이산화탄소를 이용하여 내부에 저장된 배지의 이산화탄소 농도를 일정하게 유지하는 배지공급부; 및
    상기 세포배양부 및 배지공급부를 상호 연결하여 상기 배지공급부에 저장된 배지를 상기 세포배양부로 순환시키는 펌프;를 포함하는 세포배양장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지체는 모티프 코팅된 판상의 나노섬유 멤브레인을 포함하는 세포배양장치.
  3. 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.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지체는 플라즈마 처리된 판상의 필름부재인 세포배양장치.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 배지공급부는,
    상기 배지가 일정량 저장되는 내부공간이 형성된 배지하우징과, 상기 세포배양부의 배지를 상기 내부공간 측으로 회수할 수 있도록 상기 배지하우징에 구비되는 회수구와, 상기 내부공간의 배지를 상기 세포배양부 측으로 공급할 수 있도록 상기 배지하우징에 구비되는 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.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 배지공급부는 상기 내부공간에 채워진 배지로부터 일정간격 이격되도록 상기 제2공간에 배치되는 필터부재를 포함하는 세포배양장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 필터부재는 나노섬유 멤브레인이거나 가스투과성 필름부재인 세포배양장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 배지공급부는 상기 제2공간의 이산화탄소 농도를 감지하기 위한 가스센서를 더 포함하는 세포배양장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 배지공급부는 상기 가스공급구를 통해 유입된 이산화탄소를 상기 제2공간에서 순환시키기 위한 순환팬을 더 포함하는 세포배양장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 가스공급구는 솔밸브인 세포배양장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 세포배양장치는, 상기 세포배양부의 온도를 일정하게 유지하기 위한 항온유지수단을 더 포함하는 세포배양장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 항온유지수단은 상기 세포배양부의 둘레면을 감싸도록 배치되는 세포배양장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 항온유지수단은 히팅 자켓(heating jacket)인 세포배양장치.
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