KR101294521B1 - Oxygen concentration controlling device and method for generating hypoxic condition for microfluidic based tissue culture - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 미세유체 기반의 조직 배양시 세포의 저산소 조건을 구현할 수 있도록 세포 내 용존 산소의 농도를 제어하는 장치 및 이를 이용한 세포 내 용존산소농도 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for controlling the concentration of dissolved oxygen in the cell to implement the hypoxic conditions of the cell in microfluidic tissue culture, and a method for controlling the dissolved oxygen concentration in the cell using the same.
생체 외 세포 배양시 세포의 저산소 조건(Hypoxic condition)을 구현하는 것은 뇌졸증, 암전이, 줄기세포 등의 연구를 위해 매우 중요하며, 이를 위해 세포 배양시 세포 내 용존 산소를 제어하는 기술이 필요하다. Implementing hypoxic conditions of cells in cell culture in vitro is very important for the study of stroke, cancer metastasis, stem cells, etc. For this purpose, a technique for controlling dissolved oxygen in cells during cell culture is required.
세포 배양시 용존산소의 농도를 제어하기 위하여 챔버 내에 질소와 산소가 적정 비율로 혼합된 혼합가스를 주입하여 원하는 산소 농도를 만든 후 외부와의 접촉을 차단한 상태로 챔버 내에서 세포를 배양하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.Method of culturing cells in the chamber while blocking the contact with the outside after making a desired oxygen concentration by injecting a mixed gas of nitrogen and oxygen in an appropriate ratio to control the concentration of dissolved oxygen during cell culture. This is commonly used.
그러나 이와 같은 방법에 따르면 가스를 적정 비율로 혼합하여 챔버 내에 주입하기 위한 부가적인 장치가 필요하며, 세포 배양 면적 대비 챔버의 크기가 상대적으로 커지는 문제점이 있다.However, this method requires an additional device for injecting the gas into the chamber by mixing the gas at an appropriate ratio, and the size of the chamber relative to the cell culture area is relatively large.
따라서 세포 내 용존산소농도의 제어에 있어서 보다 단순화 및 소형화된 구조를 갖는 제어장치의 필요성이 증대되고 있는 실정이다.Therefore, there is an increasing need for a control device having a more simplified and miniaturized structure for controlling dissolved oxygen concentration in cells.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 복잡한 부가장비의 필요없이 단순화 및 소형화된 구조를 갖는 세포 내 용존산소농도 제어장치 및 이를 이용한 제어방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made in view of the above, and to provide an apparatus for controlling dissolved oxygen concentration in cells having a simplified and miniaturized structure without the need for complicated additional equipment and a control method using the same.
상기한 과제를 실현하기 위해 본 발명은 세포 배양을 위한 공간을 제공하는 제1채널과, 상기 제1채널의 일측에 배치되는 제2채널과, 상기 제1 및 제2채널의 사이에 배치되며 상기 제1 및 제2채널의 사이를 산소의 통과가 가능하게 구획하는 중간막과, 상기 제1채널의 세포 내 용존산소가 상기 중간막을 통해 상기 제2채널로 배출되도록 상기 제2채널에 산소 흡수제를 공급하는 산소 흡수제 공급부를 포함하는 세포 내 용존산소농도 제어장치를 개시한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a first channel for providing a space for cell culture, a second channel disposed on one side of the first channel, and disposed between the first and second channels. Supplying an oxygen absorber to the second channel so as to allow the passage of oxygen between the first and second channels so as to allow oxygen to pass therethrough, and to dissolve dissolved oxygen of the first channel into the second channel through the intermediate film Disclosed is an intracellular dissolved oxygen concentration control apparatus including an oxygen absorber supply unit.
상기 제1 및 제2채널은 PDMS 재질의 본체 내에 레이어를 이루도록 형성될 수 있으며, 상기 중간막은 PDMS 재질로 형성 가능하다.The first and second channels may be formed to form a layer in a body of PDMS material, and the intermediate layer may be formed of PDMS material.
상기 제1채널의 양단에는 세포 배양을 위한 배지가 저장되는 제1 및 제2저장소가 각각 연결될 수 있으며, 상기 제2채널의 양단에는 상기 산소 흡수제의 주입 및 배출을 위한 주입구와 배출구가 각각 연결될 수 있다. 여기서, 상기 주입구는 복수개로 형성되며, 상기 제2채널에 병렬로 연결될 수 있다.Both ends of the first channel may be connected to the first and second reservoirs for storing the medium for cell culture, respectively, and both inlets and outlets for the injection and discharge of the oxygen absorbent may be connected to both ends of the second channel. have. Here, the injection holes may be formed in plural and connected in parallel to the second channel.
상기 산소 흡수제 공급부는 상기 각 주입구에 각각 연결되도록 복수개로 구비되며, 상기 각 주입구에 서로 다른 농도의 산소 흡수제를 공급하도록 구성될 수 있다.The oxygen absorber supply unit may be provided in plural to be connected to each injection hole, and may be configured to supply oxygen absorbers having different concentrations to the injection holes.
상기 제1채널은, 신경 세포체의 배양을 위한 제1배양채널과, 상기 제1배양채널에서 연장되며 상기 제1배양채널의 신경 세포체에서 성장한 축색돌기가 통과하는 공간을 제공하는 마이크로 채널과, 상기 마이크로 채널의 단부에 연결되며 상기 마이크로 채널의 축색돌기를 배양하기 위한 제2배양채널을 포함하는 구성을 가질 수 있다. 여기서, 상기 제2채널은 제1 및 제2배양채널의 상부 또는 하부에 각각 한 쌍으로 형성 가능하다.The first channel may include a first culture channel for culturing neuronal cell bodies, a microchannel extending from the first culture channel and providing a space through which axons grown in the neuronal cell body of the first culture channel pass; It is connected to the end of the micro channel may have a configuration including a second culture channel for culturing the axon projection of the micro channel. Here, the second channel may be formed in a pair at the top or the bottom of the first and second culture channels, respectively.
한편, 본 발명은 상기 제1채널 내에 세포를 배양시키는 단계와, 상기 산소 흡수제 공급부의 작동을 통해 상기 제2채널에 산소 흡수제를 공급하여 상기 제1채널의 산소 분압을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 내 용존 산소 제어방법을 개시한다. 여기서, 상기 세포 내의 용존산소농도는 상기 산소 흡수제의 농도 조절을 통해 제어 가능하다. On the other hand, the present invention comprises the steps of culturing the cells in the first channel, and supplying an oxygen absorber to the second channel through the operation of the oxygen absorber supply unit to reduce the oxygen partial pressure of the first channel Disclosed is a method for controlling dissolved oxygen in a cell. Here, the dissolved oxygen concentration in the cell can be controlled by adjusting the concentration of the oxygen absorbent.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 저산소 조건의 구현을 위해 질소/산소 혼합가스를 주입할 필요가 없어 혼합 가스 주입을 위한 부가적인 장치가 불필요하므로, 용존산소농도 제어장치의 단순화 및 소형화가 가능한 효과가 있다. According to the present invention having the above-described configuration, it is not necessary to inject nitrogen / oxygen mixed gas to implement low oxygen conditions, so that an additional device for injecting mixed gas is unnecessary, so that the dissolved oxygen concentration control device can be simplified and downsized. It works.
또한 장치의 크기 대비 세포 현상을 이미징 할 수 있는 영역(ROI: Region Of Interest)을 확장하여, 장치 크기 대비 ROI 효율을 극대화 할 수 있는 장점이 있다.In addition, there is an advantage of maximizing ROI efficiency compared to device size by expanding a region of interest (ROI) capable of imaging cell phenomena relative to the size of the device.
아울러 산소 흡수제의 농도 조절을 통해서 용존 산소량을 원하는 대로 조절 할 수 있는 이점이 있다.In addition, there is an advantage that can be adjusted to the amount of dissolved oxygen as desired by adjusting the concentration of the oxygen absorbent.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 내 용존산소농도 제어장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 세포 내 용존산소농도 제어장치의 평단면도.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 라인을 따르는 측단면도.
도 4는 본 발명의 세포내 용존산소농도장치를 사용하여 용존산소농도를 제어하는 것을 나타낸 그래프.
도 5는 도 4의 용존산소농도 제어에 따른 신경 세포의 사멸 과정을 나타내는 사진.
도 6은 산소 흡수제 농도에 따른 세포 내 용존산소농도를 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 내 용존산소농도 제어장치의 사시도.
도 8은 도 7에 도시된 세포 내 용존산소농도 제어장치의 평단면도.
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ 라인을 따르는 측단면도.1 is a perspective view of an intracellular dissolved oxygen concentration control apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a plan cross-sectional view of the apparatus for controlling the dissolved oxygen concentration in the cell shown in FIG.
3 is a side cross-sectional view along the III-III line of FIG.
Figure 4 is a graph showing the control of dissolved oxygen concentration using the intracellular dissolved oxygen concentration apparatus of the present invention.
5 is a photograph showing a process of killing neurons according to the dissolved oxygen concentration control of FIG.
Figure 6 is a graph showing the dissolved oxygen concentration in the cell according to the oxygen absorbent concentration.
Figure 7 is a perspective view of the intracellular dissolved oxygen concentration control apparatus according to another embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional plan view of the apparatus for controlling the dissolved oxygen concentration in cells shown in FIG. 7.
9 is a side cross-sectional view along the VIII-VIII line in FIG. 8;
이하, 본 발명과 관련된 저산소 조건의 구현을 위한 세포 내 용존산소농도 제어장치 및 이를 이용한 세포 내 용존산소농도 제어방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, an apparatus for controlling dissolved oxygen concentration in cells for implementing hypoxic conditions related to the present invention and a method for controlling dissolved oxygen concentration in cells using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세포 내 용존산소농도 제어장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 세포 내 용존산소농도 제어장치의 평단면도이다. 그리고 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 라인을 따르는 측단면도이다.1 is a perspective view of an intracellular dissolved oxygen concentration control apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional plan view of the intracellular dissolved oxygen concentration control apparatus shown in FIG. And FIG. 3 is a side cross-sectional view along the III-III line of FIG. 2.
도 1 내지 3을 참조하면, 세포 내 용존산소농도 제어장치는 제1채널(110), 제2채널(120), 중간막(130), 및 산소 흡수제 공급부(140)를 포함한다.1 to 3, the intracellular dissolved oxygen concentration control apparatus includes a
제1채널(110)은 세포 배양을 위한 공간을 제공하기 위한 것으로, 용존산소농도 제어장치의 외관을 이루는 본체(100) 내에 형성된다. 여기서 본체(100)는 PDMS(polydimethylsiloxane) 재질로 형성될 수 있으며, 그 밖에도 PMMA (Polymethylmethacrylate), PS(Polystyrene) 등의 세포 배양이 가능한 고분자 물질로 형성 가능하다. 여기서, 본체(100)는 글라스 플레이트(150) 상에 설치될 수 있다.The
제1채널(110)의 양단에는 세포 배양을 위한 배지가 저장되는 제1 및 제2저장소(111,112)가 각각 연결될 수 있다. 제1 및 제2저장(111,112)는 배지의 주입이 가능하도록 본체(100)의 표면까지 연장되어 있다.Both ends of the
제2채널(120)은 제1채널(110)의 일측에 배치되며, 유체가 흐르는 공간을 제공한다. 제2채널(120)은 본체(100) 내에 제1채널(110)과 레이어를 이루도록 형성되어 제2채널(120)의 유체가 제1채널(110)과 중첩된 영역을 흐를 수 있게 한다. 본 실시예의 경우 제2채널(120)이 제1채널(110)의 상측에 형성된 것을 예시하고 있다.The
중간막(130)은 제1채널(110)과 제2채널(120)의 사이에 배치되며, 제1채널(110)과 제2채널(120)의 사이를 산소의 통과가 가능하게 구획하는 기능을 한다. 제1채널(110)과 제2채널(120) 사이로 산소의 통과는 가능하나 제1채널(110)의 액체는 중간막(130)에 막혀 제2채널(120)로 유입될 수 없다. 중간막(130)은 PDMS 재질로 형성될 수 있으며, 산소의 통과가 가능하도록 매우 얇은 두께(10 내지 150 마이크로미터)를 갖는다.The
산소 흡수제 공급부(140)는 제2채널(120)에 산소 흡수제(Oxygen scavenger)를 공급하기 위한 것으로서, 산소 흡수제가 제2채널(120) 내부에서 흐르도록 한다. 제2채널(120)의 양단에는 산소 흡수제의 주입 및 배출을 위한 주입구(121,122)와 배출구(123)가 각각 연결되며, 산소 흡수제 공급부(140)는 튜브 등의 연결수단을 통하여 주입구(121,122)에 연결된다.The oxygen
주입구(121,122)는 하나의 개수를 가질 수도 있으나, 제2채널(120)에 흐르는 산소 흡수제의 농도 조절이 가능하도록 복수의 개수를 가질 수도 있다. 주입구(121,122)가 복수의 개수를 갖는 경우 이들은 제2채널(120)에 병렬로 연결되며, 각 주입구(121,122)에는 복수로 구비된 산소 흡수제 공급부(140)가 각각 연결된다. 각 산소 흡수제 공급부(140)는 서로 다른 농도의 산소 흡수제를 서로 다른 주입구(121,122)에 공급하며, 각 주입구(121,122)에 주입되는 산소 흡수제의 유량을 조절함으로써 제2채널(120)에 흐르는 산소 흡수제의 농도를 조절할 수 있다. The
본 실시예의 경우 제1주입구(121)와 제2주입구(122)에 각각 연결된 채널들이 제2채널(120)에 합류되는 구조를 예시하고 있으며, 제1 및 제2주입구(121,122)에는 각각 서로 다른 농도의 산소 흡수제를 공급하는 제1 및 제2공급부(141,142)가 연결되어 있다. 이와 달리 제1주입구(121)에 산소 흡수제를 공급하고, 제2주입구(122)에 물을 공급하는 구성도 가능하다.In the present exemplary embodiment, the channels connected to the
산소 흡수제로서 아황산나트륨(Na2SO3)이 사용될 수 있으며, 아황산나트륨은 다음과 같은 반응식에 의해 제2채널(120) 내의 공기 중의 산소를 흡수한다.Sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) may be used as the oxygen absorber, and sodium sulfite absorbs oxygen in the air in the
Na2SO3 + 1/2 O2 → Na2SO4 Na 2 SO 3 + 1/2 O 2 → Na 2 SO 4
산소 흡수제는 산소와의 화학적 반응을 통해 산소를 흡수하는 물질이라면 어떤 물질이든 사용 가능하며, 산소 흡수제의 예로서 아황산나트륨(Sodium sulfite, Na2SO3), 하드라진(Hydrazine, N2H4), 카르보하이드아자이드(Carbohydrazide, H6N4CO), 메틸에틸케톡신(Methylethylketoxime, H3C(C=N-OH)CH2CH3), 하이드로퀴논(Hydroquinone, OHCH6OH), 디에틸하이드록실아민(Diethylhydroxylamine, (CH3CH2)2NOH) 등을 들 수 있다.Oxygen absorbers can be used as long as they absorb oxygen through a chemical reaction with oxygen, and examples of oxygen absorbers include sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) and hardrazine (Hydrazine, N 2 H 4 ). Carbohydrazide (H 6 N 4 CO), Methylethylketoxime (H 3 C (C = N-OH) CH 2 CH 3 ), Hydroquinone (OHCH 6 OH), Di ethyl hydroxylamine may be mentioned (Diethylhydroxylamine, (CH 3 CH 2 ) 2 NOH) and the like.
제1채널(110) 내에서 세포를 배양 중인 상태에서 제2채널(120) 내로 산소 흡수제를 주입하면, 위와 같은 반응에 의해 산소 흡수제가 제2채널(120) 내의 산소를 흡수하여 제2채널(120) 내의 산소 분압이 감소하게 된다. 이에 따라 제1채널(110)에서 배양되는 세포 내의 용존산소가 중간막(130)을 통해 제2채널(120)로 배출되어 세포 내 용존산소량이 감소하게 되며, 산소 분압을 0으로 수렴시키는 경우 세포 내 용존산소농도를 0으로 수렴시켜 완벽한 저산소 조건을 구현할 수 있다.When the oxygen absorbent is injected into the
이와 같은 현상은 헨리의 법칙에 의해 설명 가능한데, 일반적으로 헨리의 법칙은 p = k·c 의 수식으로 기술된다. 여기서 p는 기체의 압력, c는 기체의 용해도, k는 헨리 상수를 말한다. 즉, 일정한 온도에서 일정 부피의 액체 용매에 녹는 기체의 질량, 즉 용해도는 용매와 평형을 이루고 있는 그 기체의 부분압력에 비례한다는 법칙이다.This can be explained by Henry's law, which is generally described by the formula p = k · c. Where p is the pressure of the gas, c is the solubility of the gas, and k is the Henry's constant. In other words, the mass, or solubility, of a gas dissolved in a volume of liquid solvent at a constant temperature is proportional to the partial pressure of the gas in equilibrium with the solvent.
헨리의 법칙에 따르면, 용매 내의 용존 산소량은 대기 중의 산소 압력에 의해 결정되는데, 공기 중의 산소 부분압은 항상 20%이므로 0.2기압이다. 그래서 일반적으로 헨리의 법칙을 응용하여 상온의 물에 녹아 있는 산소의 양을 구하게 되면 260μM의 값을 얻을 수 있다. 만일 산소의 부분압이 0기압 까지 떨어지게 된다면, 물속의 용존산소량도 0으로 수렴하게 되는 것이다.According to Henry's law, the amount of dissolved oxygen in the solvent is determined by the oxygen pressure in the atmosphere, which is 0.2 atm since the oxygen partial pressure in the air is always 20%. Therefore, in general, if Henry's law is applied to determine the amount of oxygen dissolved in water at room temperature, a value of 260 μM can be obtained. If the partial pressure of oxygen drops to zero, the dissolved oxygen in the water also converges to zero.
본 발명의 경우 제2채널(120) 내의 산소 분압이 감소함으로써 제1채널(110)에서 배양되는 세포 내의 용존 산소량이 감소하게 되고, 세포 내 용존 산소는 중간막(130)을 통해 제2채널(120)로 배출되게 되는 것이다.In the present invention, the amount of oxygen dissolved in the cells cultured in the
도 4는 본 발명의 세포 내 용존산소농도 제어장치장치를 사용하여 저산소 조건을 구현하는 과정을 나타낸 그래프이고, 도 5는 도 4의 저산소 조건 구현에 따른 신경 세포의 사멸 과정을 나타내는 사진이다.Figure 4 is a graph showing a process for implementing the hypoxic condition using the apparatus for controlling the dissolved oxygen concentration in the cell of the present invention, Figure 5 is a photograph showing the process of killing neurons according to the implementation of the hypoxic condition of FIG.
도 4는 제2채널(120)에 산소 흡수제를 계속적으로 공급함에 따라 시간에 따른 세포 내 용존산소농도의 추이를 나타내고 있으며, 실험 후 10분 이후 세포 내 용존산소농도가 거의 0으로 수렴하고 있다. 도 5의 경우 실험 후 4.5 시간 이후 신경세포가 사멸한 것을 보여주고 있으며, 이를 통해 세포의 저산소 조건이 구현된 것을 확인할 수 있다. 4 shows the trend of intracellular dissolved oxygen concentration over time as the oxygen absorber is continuously supplied to the
도 6은 산소 흡수제 농도에 따른 세포 내 용존산소농도를 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing the dissolved oxygen concentration in the cell according to the oxygen absorbent concentration.
앞서 설명한 바와 같이, 세포 내 용존산소농도는 제2채널(120)을 흐르는 산소 흡수제의 농도 조절을 통해 제어 가능하다. 제1주입구(121,122)에 주입되는 산소 흡수제의 유량과 제2주입구(121,122)에 주입되는 산소 흡수제의 유량을 각각 조절함으로써 제2채널(120)의 산소 흡수제 농도를 다양하게 조절할 수 있다.As described above, the dissolved oxygen concentration in the cell can be controlled by adjusting the concentration of the oxygen absorbent flowing through the
도 6을 참조하면 산소 흡수제의 농도를 0에서부터 0.5M로 증가시킴에 따라 세포 내 용존산소농도가 감소함을 알 수 있으며, 산소 흡수제의 농도 조절을 통해 세포 내 용존산소농도를 다양하게 구현할 수 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 6, it can be seen that the dissolved oxygen concentration in the cell decreases as the concentration of the oxygen absorbent increases from 0 to 0.5 M. Various concentrations of the dissolved oxygen concentration in the cell can be realized by adjusting the concentration of the oxygen absorbent. It can be seen.
이와 같이 본 발명의 세포 내 용존산소농도 제어장치를 이용하여 완벽한 저산소 조건 뿐 아니라 생체 내 산소 분압과 유사한 환경을 제공하는 등 세포 배양 환경 중에서 용존 산소를 원하는 대로 손쉽게 조절할 수 있다. As such, by using the intracellular dissolved oxygen concentration control apparatus of the present invention, dissolved oxygen can be easily adjusted as desired in a cell culture environment such as providing a perfect hypoxic condition as well as an environment similar to oxygen partial pressure in vivo.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 세포 내 용존산소농도 제어장치의 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 세포 내 용존산소농도 제어장치의 평단면도이다. 도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ 라인을 따르는 측단면도이다.FIG. 7 is a perspective view of an apparatus for controlling dissolved oxygen concentration in cells according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a plan sectional view of the apparatus for controlling dissolved oxygen concentration in cells shown in FIG. 7. 9 is a side cross-sectional view along the VIII-VIII line of FIG. 8.
본 실시예의 세포 내 용존산소농도 제어장치는 앞선 실시예와 마찬가지로 세포 배양을 위한 제1채널(210)과, 산소 흡수제가 흘려주기 위한 제2채널(221,222)과, 제1 및 제2채널(221,222) 사이에 배치되는 중간막(231,232)과, 제2채널(221,222)에 산소 흡수제를 공급하기 위한 산소 흡수제 공급부(241,242)를 포함하는 구성을 갖는다.In the present embodiment, the apparatus for controlling the dissolved oxygen concentration in the cell includes the
본 실시예의 세포 내 용존산소농도 제어장치는 신경 세포체를 배양하기 위한 구성을 예시하고 있다. 앞선 실시예의 경우 제2채널(120)이 제1채널(110)의 상측에 배치된 것을 예시하였으나, 본 실시예와 같이 제2채널(221,222)이 제1채널(210)의 하측에 배치된 구조도 가능하다.The intracellular dissolved oxygen concentration control apparatus of this embodiment illustrates a configuration for culturing neuronal cell bodies. In the above embodiment, the
본 실시예에 따르면, 제1채널(210)은 신경 세포체의 배양을 위한 제1배양채널(211)과, 제1배양채널(211)에서 연장되는 마이크로 채널(212)과, 마이크로 채널(212)의 단부에 연결되는 제2배양채널(213)을 포함하는 구성을 갖는다. 마이크로 채널(212)은 신경 세포체에서 성장한 축색돌기가 통과하는 공간을 제공하며, 마이크로 채널(212)을 통과하여 제2배양채널(213)로 이동한 축색돌기는 제2배양채널(213)에서 배양된다.According to the present embodiment, the
제1배양채널(211)의 양단에는 배지 주입 및 저장을 위한 저장소(214,215)가 형성되며, 제2배양채널(213)의 양단에도 배지 주입 및 저장을 위한 저장소(216,217)가 형성된다. 이들은 배지의 주입이 가능하도록 본체(200)의 표면까지 연장 형성된 구조를 갖는다.
제2채널(221,222)은 한 쌍으로 구비되며, 이들은 제1 및 제2배양채널(211,212)의 하측에 형성된다. 제2채널(211)과 제1 및 제2배양채널(211,212)의 사이에는 중간막(231,232)이 각각 형성된다.The
이와 같은 구조와 달리 제2채널(221,222)이 제1배양채널(211) 및 제2배양채널(213)의 상측에 형성되는 것도 가능하다. 제2채널(221,222)은 산소 흡수제의 반응 면적을 증가시킬 수 있도록 반복적으로 절곡된 구조로 형성될 수 있다.Unlike the structure described above, the
제2채널(221,222)의 일단에는 산소 흡수제의 주입을 위한 주입구(223,224)가 형성되고, 제2채널(221,222)의 타단에는 산소 흡수제의 배출을 위한 배출구(225,226)가 형성된다. 주입구(223,224)와 배출구(225,226)는 본체(200)의 표면까지 연장 형성된다.
본 실시예의 세포 내 용존산소농도 제어장치를 사용하면 신경 세포체 및 축색 돌기의 저산소 조건을 구현할 수 있으며, 이를 통해 신경 세포의 사멸 과정에 대한 관찰 및 연구가 가능하다.Using the intracellular dissolved oxygen concentration control device of the present embodiment can implement the hypoxic conditions of the neuronal cell body and axon projections, it is possible to observe and study the neuronal cell death process.
이상에서 설명한 세포 내 용존산소농도 제어장치는 저산소 조건으로부터 유발되는 병리학적 원인(뇌졸증에 의한 세포 사멸 및 암전이 현상)을 분석하는 연구에 활용 가능할 뿐 아니라 in vitro 시스템에서 생체 내 환경과 유사한 환경을 제공하여 각종 세포의 생장 및 분화를 촉진 할 수 있는 환경을 제공하여 줄기세포의 분화 및 생장, 신경세포의 분화 및 생장 등 많은 세포/조직 공학에 대한 연구에 활용 가능하다.The intracellular dissolved oxygen concentration control device described above can be utilized for the study of pathological causes (cell death and cancer metastasis due to stroke) caused by hypoxic conditions, as well as the environment similar to the in vivo environment in the in vitro system. By providing the environment to promote the growth and differentiation of various cells, it can be utilized for research on many cell / tissue engineering such as differentiation and growth of stem cells, differentiation and growth of neurons.
이상에서는 본 발명에 따른 저산소 조건의 구현을 위한 세포 내 용존산소농도 제어장치 및 이를 이용한 세포 내 용존산소농도 제어방법을 첨부한 도면들을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.In the above described with reference to the accompanying drawings, the apparatus for controlling the dissolved oxygen concentration in the cell and the method for controlling the dissolved oxygen concentration in the cell using the same for the implementation of the hypoxic conditions according to the present invention, the present invention is the embodiment disclosed herein It is not limited by the drawings, various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention.
Claims (12)
상기 제1채널의 일측에 배치되는 제2채널;
상기 제1 및 제2채널의 사이에 배치되며, 상기 제1 및 제2채널의 사이를 산소의 통과가 가능하게 구획하는 중간막; 및
상기 제1채널의 세포 내 용존산소가 상기 중간막을 통해 상기 제2채널로 배출되도록 상기 제2채널에 산소 흡수제를 공급하는 산소 흡수제 공급부를 포함하는 세포 내 용존산소농도 제어장치.A first channel providing space for cell culture;
A second channel disposed at one side of the first channel;
An interlayer disposed between the first and second channels and partitioning the oxygen between the first and second channels to allow passage of oxygen; And
And an oxygen absorber supply unit configured to supply an oxygen absorbent to the second channel so that the dissolved oxygen of the first channel is discharged to the second channel through the interlayer.
상기 제1 및 제2채널은 PDMS 재질의 본체 내에 레이어를 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 세포 내 용존산소농도 제어장치.The method of claim 1,
And said first and second channels are formed to form a layer in the body of PDMS material.
상기 중간막은 PDMS 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 세포 내 용존산소농도 제어장치.The method of claim 1,
The interlayer membrane is dissolved oxygen concentration control device, characterized in that formed of PDMS material.
상기 제1채널의 양단에는 세포 배양을 위한 배지가 저장되는 제1 및 제2저장소가 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 세포 내 용존산소농도 제어장치.The method of claim 1,
Intracellular dissolved oxygen concentration control device, characterized in that the first and second reservoirs for storing the medium for cell culture are connected to both ends of the first channel, respectively.
상기 제2채널의 양단에는 상기 산소 흡수제의 주입 및 배출을 위한 주입구와 배출구가 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 세포 내 용존산소농도 제어장치. The method of claim 1,
Intracellular dissolved oxygen concentration control device, characterized in that the inlet and outlet for the injection and discharge of the oxygen absorbent is connected to both ends of the second channel, respectively.
상기 주입구는 복수개로 형성되며, 상기 제2채널에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 세포 내 용존산소농도 제어장치.The method of claim 5,
The injection port is formed in plural, intracellular dissolved oxygen concentration control device, characterized in that connected in parallel to the second channel.
상기 산소 흡수제 공급부는 상기 각 주입구에 각각 연결되도록 복수개로 구비되며, 상기 각 주입구에 서로 다른 농도의 산소 흡수제를 공급하는 것을 특징으로 하는 세포 내 용존산소농도 제어장치.The method according to claim 6,
The oxygen absorber supply unit is provided with a plurality to be connected to each of the inlet, respectively, and the dissolved oxygen concentration control device in the cell, characterized in that for supplying the oxygen absorbent of different concentrations.
상기 산소 흡수제는 아황산나트륨인 것을 특징으로 하는 세포 내 용존산소농도 제어장치.The method of claim 1,
The oxygen absorber in the cell dissolved oxygen concentration control device, characterized in that the sodium sulfite.
신경 세포체의 배양을 위한 제1배양채널;
상기 제1배양채널에서 연장되며, 상기 제1배양채널의 신경 세포체에서 성장한 축색돌기가 통과하는 공간을 제공하는 마이크로 채널; 및
상기 마이크로 채널의 단부에 연결되며, 상기 마이크로 채널의 축색돌기를 배양하기 위한 제2배양채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 내 용존산소농도 제어장치.The method of claim 1, wherein the first channel,
A first culture channel for culturing neuronal cell bodies;
A micro channel extending from the first culture channel and providing a space for passage of the axons grown in the neural cell body of the first culture channel; And
Intracellular dissolved oxygen concentration control device, characterized in that connected to the end of the micro-channel, comprising a second culture channel for culturing the axon projection of the micro-channel.
상기 제2채널은 제1 및 제2배양채널의 상부 또는 하부에 각각 한 쌍으로 형성되는 것을 특징으로 하는 세포 내 용존산소농도 제어장치.10. The method of claim 9,
The second channel is a cell dissolved oxygen concentration control device, characterized in that formed in the upper and lower portions of the first and second culture channel in pairs, respectively.
상기 제1채널 내에 세포를 배양시키는 단계; 및
상기 산소 흡수제 공급부의 작동을 통해 상기 제2채널에 산소 흡수제를 공급하여 상기 제1채널의 산소 분압을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세포 내 용존 산소 제어방법.In the intracellular dissolved oxygen control method using the intracellular dissolved oxygen control device according to claim 1,
Culturing the cells in the first channel; And
And supplying an oxygen absorbent to the second channel through the operation of the oxygen absorber supply unit to reduce the oxygen partial pressure of the first channel.
상기 세포 내의 용존산소농도는 상기 산소 흡수제의 농도 조절을 통해 제어되는 것을 특징으로 하는 세포 내 용존 산소 제어방법.12. The method of claim 11,
Dissolved oxygen concentration in the cell is a method of controlling dissolved oxygen in a cell, characterized in that controlled by adjusting the concentration of the oxygen absorbent.
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