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생명과학 > 생물반응기
미세조류에 의한 고농도 배양시 LED 또는 직사각형 형광 광원을 이용한 동적 내부 광원과 기존의 터빈 교반형 생물 반응기를 이용하여 동적 내부 광원에 의한 광효율의 극대화와 터빈 교반형 반응기의 매우 높은 혼합 효율을 동시에 얻을 수 있는 미세 조류의 대량 배양을 위한 발광 터빈장치가 설치된 교반형 광생물 반응기이다. 전 세계적으로 미세 조류로부터 유래된 다양한 유용 물질이 발견되고 있으며 이런 물질들의 대량 생산에는 반드시 고농도 배양이 필요한데, 현재 생산되고 있는 배양시스템은 주로 대형 연못을 이용한 대량배양으로서 오염, 생산성 저하, 넓은 배양면적의 필요, 인건비, 많은 기질량(질소원), 높은 수질 및 수량의 요구 등 여러 가지 문제점이 있다. 고농도 배양용 광생물 반응기로서 작은 크기의 반응기를 통해 고농도 배양을 함으로써 대형 연못에서의 생산량과 같거나 또는 더 많은 양을 생산하고 유용물질의 농도도 더 높은 고품질의 제품을 생산하는 공정들이 연구되고 있다. 광생물 반응기로는 일반 교반형, 판형, 관형, 컬럼형 반응기 등이 개발되었으나 빛의 효율적인 전달이 반응기 설계에 있어 가장 중요한 점이 되고 있다. 세포 농도가 낮은 때에는 배지, 기체주입 등이 세포 증식에 가장 중요한 요인이 되지만 고농도에 도달하면 광도가 가장 중요한 인자가 되는데 그 이유는 농도가 높을수록 빛의 투과길이가 짧아지기 때문이다. 그러나 현재까지 고안된 미세조류용 광생물 반응기들은 이런 점을 극복하지 못함으로써 미생물용 생물 반응기에 비해 생산효율이 떨어진다. 내부 광원을 이용한 광생물 반응기로서 광섬유를 이용한 반응기는 광효율이 좋으나 세포가 광섬유 표면에 부착하는 문제가 발생하며 형광등 등의 고정광원을 내부광원으로 이용한 경우 완전혼합을 이루기가 어려워 세포침전이 발생할 수 있다. 이에 동적 내부 광원을 이용함으로써 세포의 흡착과 침전 문제를 동시에 해결하고 빛의 효율적인 전달이 용이하도록 하여 빛의 효율성을 극대화하고, 기존 생물 반응기들 중 가장 광범위하게 이용되고 있는 터빈 교반형 반응기를 기본으로 하여 새로운 반응기를 제작하지 않고 개조함으로써 설치비를 줄인 것이다.미세조류의 대량배양을 위한 발광 터빈 장치가 설치된 교반형 광생물 반응기이다. 본 반응기는 미생물을 배양하기 위한 동적 내부 광원으로서 발광다이오드 또는 형광등이 여러 개 단위 장치로 구성되어 있는 발광터빈장치, 이 터빈장치가 고정되어 있으면서 이를 회전시키기 위한 교반축, 이 교반축에 부착되어 있으면서 발광 터빈장치에 전원을 공급하기 위한 주전선으로 구성되어 있다. 광원은 유리 또는 플라스틱 재질로 된 투명판과 세포 부착이 쉽게 되지 않고 멸균 가능한 폴리카보네이트 재질로 된 외판으로 밀봉되어 있다. 각 단위 발광장치들은 수명이 길어 거의 수리가 필요없지만, 각각 독립적인 배선구조를 가지고 조립식으로 되어 발광장치의 이상시 특정단위만의 독립적인 탈착 및 교체에 의한 수리가 가능하고, 플라스틱 재질의 팩키징이 없는 발광체만으로 판형 광원을 만들 경우 얇은 광원으로 만들 수 있어 다양한 형태의 반응기에 응용된다. 동적 내부광원을 이용한 광효율의 극대화와 터빈교반형 반응기의 매우 높은 혼합효율을 동시에 얻을 수 있다. 또 특수한 형태의 새로운 광생물 반응기를 설계, 제작함으로써 발생하는 추가비용을 줄일 수 있고 높은 혼합도로 세포의 부착 및 침전문제를 쉽게 해결할 수 있다.
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- 인하대학교
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- 2004-04-10
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일반기술
생명과학 > 생물반응기
ArraryBoosterTM의 핵심은 AdvaCardTM이다. 이것은 서로 다른 spotting 범위에 적용할 수 있는 세 가지 다른 크기의 micro-agitation chip(미세 교반 칩)이다. 최적의 교반 효율을 위해서 적어도 두 개 또는 세 개의 AdvaCardTM이 필요한데 라디오파 전압이 이 칩에 공급되면 이 칩과 microarray 사이에 끼어있는 혼성화 샘플 용액이 quasi-chaotic(외견상으로 무질서하게 보이는) 흐름 패턴으로 유도되게 된다. ArraryBoosterTM를 이용하여 올리고 마이크로 어레이에 Cy3로 표지된 쥐의 간 cDNA를 혼성 시키는 실험을 했을 때 하룻밤동안의 배양으로도 비(非)교반 실험과 비교하여 신호 강도를 10배까지 향상 시킬 수 있었다. ArraryBoosterTM를 단백질 microarray에 이용하면 신호 강도를 거의 10배까지 증가 시킬 수 있고 또한 신호 강도의 손실 없이 샘플의 농도를 줄일 수도 있다. ArraryBoosterTM는 built-in 병렬 포트 interface를 통하여 PC나 laptop에 연결할 수 있기 때문에 ArraryBoosterTM를 4개 연결하면 하나의 컴퓨터로 결과적으로 16개의 배양 챔버를 관리할 수 있게 된다. 또한 각각의 기계를 더 확장하기 위해 master나 slave module을 이용할 수도 있다. 외형적으로 매우 간단하고 직접적인 이 ArraryBoosterTM를 관리하는 소프트웨어는 모든 연결된 장치를 자동으로 detect할 수 있으며 사용자들에게 각각의 챔버를 독립적으로 조절할 수 있는 interface를 제공한다. 이 소프트웨어는 사용자에게 혼성화 샘플 용액이 가장 효과적으로 교반되는 다양한 흐름 패턴을 프로그래밍 할 수 있도록 해주고 혼성화시 모든 상대적인 인자들(온도, 공정 내구성, 교반 프로토콜)들 windows 파일 시스템에 다른 실험 데이터들과 같이 모든 배양단계에서의 실험 조건들을 세세하게 기록하여 보관하기 쉽게 텍스트 파일로 저장 할 수 있다.DNA microarray를 혼성화 시킬때 샘플의 확산에 있어서 한계를 가진다. 즉 신호의 강도는(특히나 적게 발현 되는 유전자일 경우) probe(탐침)에 reaching하는 target 물질의 수에 의해 결정되는데 확산은 큰 물질일 경우에 굉장히 느리게 진행되어 하루가 지나도 혼성화 시스템은 평형에 도달하지 않는다. 이러한 DNA 혼성화의 확산 한계는 샘플 용액을 교반 시켜줌으로 해결할 수 있다. ArrayBoosterTM은 DNA나 protein microarray를 incubation(배양)하는 동안
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- 한국과학기술연구원
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- 2004-07-07
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일반기술
생명과학 > 생물반응기
multispot PCR에서는 먼저 서로 다른 프라이머들을 polymerase와 함께 PCR 칩표면에 스팟하면 칩위에 unspecific하게 붙게 된다. 두 번째 단계로 샘플 용액을 칩에 첨가 하게 되는데 이때에 단일 샘플 방울은 단지 하나의 스팟이나 스팟숫자로 정해진 하나의 well에 덮는다. 이 작은 방울들은 샘플을 pipetting하거나 표면 음파를 이용하여 형성된다. 세 번째 단계는 프라이머가 표면음파나 대류에 의해 용해되고 마침내 모든 방울들이 미네랄 오일로 덮이고 그 결과로서 PCR 프로토콜은 모든 스팟들이 독립적으로 그러나 병렬적으로 수행된다. 이러한 접근은 많은 양의 inhomogeneous assay(DNA 혼성화, ELISAs)에서 homogeneous assay 에 이르기까지 많은 수의 transformation을 가능하게 한다. PCR칩은 히터와 온도 센서가 붙어있어서 실시간 PCR에 이용할 수 있고 DNA microarray와 비교할 때 보존 기간을 가지고 있다.기존의 일반적인 PCR과는 다르게 multiplex PCR은 서로 다른 여러개의 프라이머를 이용함으로 많은 수의 개별적으로 진행되는 PCR을 한꺼번에 수행할 수 있으며, 상당한 시간과 가격면에서 경제적인 이득을 주고 샘플 수 또한 줄일 수 있기 때문에 샘플이 한정적일때 multiplex PCR은 아주 유용한 방법이다. 그러나 이러한 multiplex PCR은 최적화가 매우 어렵기 때문에 확실한 assay를 개발하기 위해 프라이머를 온도 프로토콜의 변화와 연관하여 디자인 하는데 많은 시간과 노력이 필요 했었다. multispot PCR은 multiplex PCR의 다른 접근 방식으로 일반적인 PCR의 장점과 multiplex PCR 간단한 조작법을 결합한 것이다.
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- 한국과학기술연구원
- 등록일
- 2004-07-07
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생명과학 > 생물반응기
현재 시판되고 있는 shaken bioreactor 는 손쉬운 관리와 저렴한 가격으로 인해 현재까지도 많이 이용되고 있으나, 이들은 온라인 상에서 배양 상태 및 생리학적 시스템을 확인하지 못하는 결점을 가지고 있다. 또한 통상적으로 shaken bioreactor의 장점을 최대화하여 배양 최적화 및 strain 스크린 등으로 stirred bioreactor에서 고부가가치 물질의 배양을 위해sacle-up을 위한 인자들을 이용하여 고부가가치 product들을 생산하고 있는 실정이다.그러나 이들 배양 시스템의 최적화는 수동으로 발효조 내의 배양상태를 체크하고 있는 매우 원시적인 단계이므로 scale-up 시 많은 risk와 시행착오를 거쳐야 하는 문제점을 안고 있다.본 배양 시스템의 호흡활성 모니터링 시스템의 장점은 최적의 상태를 스크린 할 수 있 수 있으며, 또한 짧은 시간에 배양시스템의 set-up이 가능하여 지속적으로 균일한 배양환경을 유지할 수 있다는데 있다. 이러한 ideal shape으로 인한 모든 deviation은 배양조 내에서의 배양상태에 대해 사용자에게 정보를 제공하며, limitation, inhibition 그리고 일시적인 변화에 따른 성장에 대한 정보를 RAMOS에 의해 쉽게 감지 할 수 있도록 제작되었다. 본 장치는 measuring cycle을 연속적으로 반복할 수 있도록 제작되어 공기 유입을 통해 measuring flasks를 rinsing시킴으로써 시간에 따른 미생물의 호흡활성을 통한 생리학적 data(성장상태 등)를 측정하도록 하였다. 이는 각각의 measuring flasks의 headspace에 있는 산소(ORT)와 이산화탄소(CTR)의 부분압 측정기를 통해 이들의 차로 컴퓨터에서 모니터링 된다. 컴퓨터상의 모니터링을 통해 scale-up 시 보다 손쉽게 변화할 수 있는 인자들 (valuable factors)을 관리할 수 있으므로 배양시 나타나는 risk를 감소 할 수 있다.
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- 한국과학기술연구원
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- 2004-07-07
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생명과학 > 생물반응기
본 사는 생물공학적 또는 혈장유도 생산품들에 UV-C 처리를 위한 바이러스 살균 및 불활성 시스템을 개발하였다. 본 사에서 개발된 새로운 반응기 형태는 기존의 배양 반응기와는 달리 중앙부에 UV-C 소스(254nm)와 함께 석영 튜브를 나선형으로 둘러 만들어 졌다. 본 구성들은 바이러스를 불활성 시키는데 매우 효과적이며, 안정적이고 또한 가격 면에서도 월등히 효과적인 UV 처리 기술로써 높은 시장성을 함유한 기술들이다. 이들은 또한 식품, 음료수산업 그리고 다른 액체 산업에 적용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.일반 기술과 월등한 차이점은 열, 화학 살균, 크로마토그래피 또는 여과 작용과 같은 바이러스 최소화에 초점을 두고 개발 되었다. 본 사의 새로운 나선형 반응기형태는 반응 시 동일하게 처리될 수 있도록, 반응기 내에 머무는 잔류시간이 매우 짧고 노출이 과감이 없이 조사 되도록 설계되었다. 또한 본 시스템의 기능은 시간당 15에서 800 리터까지 처리가 가능하여, 수평적으로 다양하게 기능을 향상 시킬 수 있도록 개발되었다.
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- 한국과학기술연구원
- 등록일
- 2004-07-07
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생명과학 > 생물반응기
유동상 반응기는 동물과 인간 세포의 연속적이고 효과적인 배양을 위한 고(高)목적 시스템이다. 생물 반응기는 특히 정박 의존 또는 체내와 같은 조건하의 부유(浮游) 배양에 적합하다. 세포는 거대한 구멍이 있는 미세 운반물질에 고정화 되어있다. 미세 운반물질은 배양 배지에서 계속적으로 순환함으로 현탁액으로 유지된다. 이 결과 바이오매스와 부피의 비가 탁월하고 최상의 영양분 공급을 보증한다. 순환하는 세포와 미세 운반 물질은 언제나 채취 가능하다.500ml의 미세 운반물질을 포함한 E500 생물 반응기는 하루에 500mg까지의 항체를 생산 할 수 있다. 이것은 2500T75 플라스크나 35리터 교반 탱크 반응기를 연속해서 작동 시킬 때의 생산량을 의미한다. 배양에 있어서 세포의 고밀도는 연속적인 수확과 짧은 유지 시간은 재조합 단백질과 높은 생물학적 활성도를 가지는 단클론 항체의 효과적인 생산을 가능하게 한다. E500 생물 반응기는 특징적인 구조를 통해 가스와 영양분을 최상으로 공급한다. 버블과 탈변화 가스 공급을 위한 인라인 모듈은 두 겹의 자켓 온도 조절 디자인에 의해 보충된다. pH와 산소 그리고 온도 조절 센서는 반응기에 통합되어있다. 측정과 배양 조건의 조절은 표준 산업 공정 조절 시스템(Braun Biotech. Applikon, Infos 등)에 의해 관찰 가능하다.
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- 한국과학기술연구원
- 등록일
- 2005-07-25
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생명과학 > 생물반응기
균체 및 배양액을 담을 수 있는 균체 성장용 배양영역, 유용산물을 생산할 수 있는 균체 및 배양액을 담을 수 있는 유용산물 생산용 배양영역으로 이루어지고, 이 두 영역을 투명판 분리장치로 분리하고 유용물질의 생산을 유도하기에 충분히 강한 빛이 유용산물 생산용 배양영역을 조사한 후 영역을 통과하는 과정에서 세포의 생장에 적정한 광도로 낮아진 빛이 균체성장용 배양영역에 도달하도록 설치된 광생물 반응기와 이를 이용한 광합성 미생물의 배양방법이다. 조류(algae) 생물공학은 여러 광합성 미생물로부터 다양한 고부가가치의 유용산물을 발견 및 분리하는 것으로서 항생제, 비타민, 생리활성물질의 의약품 및 건강식품, 카로테노이드, 빌리프로테인, 폴리올, 탄수화물 등 개발되면서 이를 고농도 대량배양하기 위한 다양한 광생물 반응기가 선진국을 중심으로 개발되고 있다. 이런 광합성 미생물에는 Haematococcus 속, Dunaliella 속, Chlorococcum 속, Chlorella 속, Acetabularia 속, Microcystis 속, Nostoc 속, Oscillatoria 속 등이 있다. 균체성장용 배양조와 유용산물 생산용 배양조를 각각 설치한 2단계 생물공정으로 이루어진 배양기술은 각각의 조건을 갖는 배양조를 구비하고 그 목적에 적합한 성장조건을 구현함으로써 종래 연못 형태나 외륜으로 배지를 순환시키는 수로 형태의 옥외배양법에 비해 고농도 배양이 용이하고 다른 미생물의 오염을 막을 수 있어 유용산물의 회수비용을 줄일 수 있는 장점이 있으나, 균체성장을 위한 단계 1공정의 배양조와 유용산물의 생산을 위한 단계 2공정의 배양조를 각각 설치해야 하는 관계로 지대나 설치비 및 운전비가 증가하게되고 복잡한 조업을 수행함으로 고도의 숙련된 기술자가 필요하고 이로 인해 생산공정을 상용화하는 데 많은 어려움을 겪고 있다. 이에 배양액 내부로 빛에너지를 효율적으로 공급하고 배양액의 온도를 조절하기에 적합한 광생물반응기 및 이를 이용한 배양방법을 개발한 것으로서 균체성장과 유용 대사산물의 최적 환경 상태가 뚜렷한 차이를 나타내는 광합성 미생물을 배양하기 위한 광생물반응기와 이를 이용한 광합성 미생물의 고농도 대량배양에 적합함을 확인하였다. 균체 성장과 유용 대사산물 생산의 최적 환경 상태가 뚜렷한 차이를 나타내는 광합성 미생물을 배양할 수 있는 다중 광생물 반응기는 태양광 또는 인공광원의 빛에너지를 유용산물 생산용 배양영역의 방향으로 공급함으로써 균체 내 유용 대사산물을 축적시킨다. 균체 성장용 배양영역으로 공급되는 빛에너지는 유용산물 생산용 배양영역내 균체 자체로 인한 그림자효과로 인해 균체 성장에 적합한 광도로 감소하게 되며, 감소된 빛에너지를 균체 성장용 배양영역에 공급함으로써 균체를 성장시킬 수 있다. 종래 균체 성장용 배양조와 유용산물 생산용 배양조를 각각 설치하여 수행하던 배양을 1개의 배양조에서 조절된 빛의 조사에 의해 균체 성장과 유용산물 생산을 위한 배양을 동시에 수행할 수 있어 균체의 고농도 속성배양과 효과적인 유용산물 생산이 동시에 가능하게 되어 상대적으로 적은 공간에서 적은 노력으로 상대적으로 높은 에너지 효율로 유용물질의 생산이 가능한 특징을 가진다.종래의 2단계 생물공정을 단일 반응기에서 구현한 것으로 기존 균체의 고농도 속성배양단계와 유용 대사산물의 생산단계로 구성된 2단계 생물공정을 단순화함으로써 하나의 빛에너지를 이용하여 유용산물 배양 및 균체성장 배양을 동시에 수행할 수 있고 균체성장을 위한 배양 및 생산물 유도에 필요한 노동력을 줄일 수 있고 불필요한 2단계 과정을 생략함으로써 지대(land cost), 장치 설치비, 운전비의 비용절감과 전력 소비량을 줄일 수 있어 유용산물의 생산공정의 경제성을 향상시킨다.광합성 미생물에서 유래된 고부가가치의 산물을 대량배양생산하기 위한 scale-up, 최적화 연구가 활발히 진행되면서 외국의 생물반응기 제품을 대체하고 있다. 기존 화학합성 기술에 비해 환경오염을 유발하지 않는 생산기술로서 생명공학산업의 급속한 발전과 더불어 그 수요가 점차 늘고 있다.국내는 코바이오텍, 베스트코리아, 한일 R&D 등의 벤처기업이 활동하고 있다. 기존시설을 이용하여 본 생물 반응기를 설치하는 것이 가능하다. 본 기술은 기존 기술을 해결하여 개량시킨 기술로서 생산에는 어려움이 없을 것으로 판단된다.
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- 인하대학교
- 등록일
- 2006-03-16
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일반기술
생명과학 > 생물반응기
본 발명은 세포 순환 광생물반응기 및 이를 이용한 광합성 미생물의 배양 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배양 세포와 배양액을 순환시키며 상대적으로 작은 부피의 배양액에 빛을 공급하면서 세포의 생장이나 유용물질의 생산량은 같게 하는 세포 순환 광생물반응기 및 상기 반응기를 이용한 광합성 미생물의 배양 방법을 제공한다. 본 발명의 세포 순환 광생물반응기는 외부에서 일정한 빛 에너지를 공급하는 수직 원통형 광생물반응기와는 달리 반응기를 크기가 다른 제 1 반응기와 제 2 반응기로 분리시켜 제작하였고, 광합성 미생물이 배양액과 함께 제 1 반응기와 제 2 반응기를 순환하도록 배양하면서, 제 1 반응기보다 폭과 크기가 작은 제 2 반응기에 강한 빛 에너지를 공급하였다.본 발명의 세포 순환 광생물반응기는 고농도 배양시 일정 깊이 이상에는 빛이 도달하지 못하고, 세포 간의 간섭 효과로 인해 빛 에너지가 비효율적으로 이용되는 문제를 해소함으로써 기존의 광생물반응기보다 적은 양의 빛 에너지를 이용하여 광합성 미생물 및 광합성 미생물이 생산하는 유용생산물을 생산하는데 유용하다. 본 특허를 수행하여 얻을 수 있는 미세조류로부터 유용생산물을 유도하는 기술, 고농도 생산, 분리정제기술은 거의 대부분의 미세조류에 적용이 가능하여 미세조류가 가지고 있을 고부가가치의 신물질의 사업화하는데 있어 본 연구의 기술적 파급효과는 매우 클 것으로 기대된다.
- 보유기관
- 인하대학교
- 등록일
- 2007-01-03
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일반기술
생명과학 > 생물반응기
본 발명은 유지와 알코올을 기재로 하고 1,3-위치 선택성 리파아제 및 무위치 선택성 리파아제를 동시 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤을 생산하는 방법에 관한 것으로, 성질이 다른 두 종류의 리파아제를 사용하는 본 발명의 방법으로 바이오디젤의 생산 효율을 극대화시킬 수 있다.본 발명은 유지와 알코올을 기재로 하고 1,3-위치 선택성 리파아제 및 무위치 선택성 리파아제를 동시 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤을 생산하는 방법에 관한 것으로, 성질이 다른 두 종류의 리파아제를 사용하는 본 발명의 방법으로 바이오디젤의 생산 효율을 극대화시킬 수 있다.본 발명의 방법으로 바이오디젤을 생산함으로써 높은 전환률로 반응시간을 단축시켜 반응 효율을 극대화할 수 있다.본 발명의 방법으로 바이오디젤을 생산함으로써 높은 전환률로 반응시간을 단축시켜 반응 효율을 극대화할 수 있다.본 발명의 방법으로 바이오디젤을 생산함으로써 높은 전환률로 반응시간을 단축시켜 반응 효율을 극대화할 수 있다.본 발명의 방법으로 바이오디젤을 생산함으로써 높은 전환률로 반응시간을 단축시켜 반응 효율을 극대화할 수 있다.
- 보유기관
- 고려대학교
- 등록일
- 2007-03-15
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일반기술
생명과학 > 생물반응기
본 발명은 미세조류의 대량 배양을 위한 단위 장치형 광생물 반응기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 빛의 효율적인 전달 뿐 만 아니라 규모의 확대 및 축소 시 별도의 장치 및 투자가 필요하지 않은 단위 장치형 광생물 반응기에 관한 것이다.전 세계적으로 미세 조류로부터 유래된 다양하고 유용한 고부가가치 물질들이 발견되어지고 있으며 이런 물질들의대량 생산에는 반드시 고농도 배양이 필요하게 된다. 현재 생산되어지고 있는 배양 시스템은 주로 대형 연못과 같은 실외형 배양시설을 이용한 대량 배양으로 여기에는 여러 가지 문제점들이 있다. 예를 들면 오염, 분리 및 정제를 어렵게 하는 낮은 세포 농도, 불규칙한 광도 및 기후조건, 넓은 배양 면적 필요, 인건비, 많은 기질량(특히 질소원), 높은 수질 요구 등의 문제들이다.특히, 오염의 문제에 있어서 다양한 종류의 원생 동물들에 의한 포식, 다른 광합성 미생물 혹은 기타 미생물에 의한 기질의 고갈 등은 매우 심각하여 생산된 제품을 농축시키는 별도의 고가 장치가 필요한 실정이다. 그러므로, 현재 세계 각 국에서 연구되고 있는 공정들은 주로 실내형 고농도 배양 광생물 반응기로서 작은 크기의 반응기를 통해 대형 연못에서의 생산량과 같거나 또는 더 많은 양을 생산하며 농도 또한 매우 높은 고품질의 제품을 생산하고자 하는 것이다.그러나, 고농도 배양에서는 항상 빛의 투과도에 의한 문제가 있어, 일반적인 미생물 배양 장치의 3차원적 규모 확대와는 달리, 광생물 반응기의 경우, 빛이 투과하는 축은 늘일 수 없고, 따라서 2차원적인 규모 확대가 이루어져야 한다. 현재 개발되어져있는 광생물 반응기로는 일반 교반형 반응기, 판형 반응기, 관형 반응기, 컬럼형 반응기 등이 있으나 이런 종류의 반응기로는 규모 확대가 어렵거나, 새로운 대형 반응기를 다시 제작해야 한다는 문제가 발생한다.이에 본 발명에서는 반응기를 각각의 단위 장치로 나누어 필요에 따라 탈부착함으로써 쉽게 대형화 등의 규모의 조정이 가능하도록 설계된, 미세조류의 대량배양을 위한 단위 장치형 광생물 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다. 즉, 본 발명은 기존의 광생물 반응기들 중 가장 광 효율이 좋다고 인정되어지는 판형 반응기를 기본으로 하여 연결 가능한 각 단위장치를 제작하고, 이를 하나의 반응기로 연결시킴으로써 광생물 반응기의 규모확대의 어려움을 극복하고자 하는데 그 목적이 있는 것이다.또한, 본 발명은 빛의 효율적인 전달 뿐 만 아니라 규모의 증대 및 축소 시 별도의 장치 및 투자를 필요로 하지 않는데 그 목적이 있는 것이다.
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- 인하대학교
- 등록일
- 2007-10-08
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일반기술
생명과학 > 생물반응기
본 발명은 미세조류의 대량배양을 위한 발광 터빈 장치가 설치된 교반형 광생물 반응기에 관한 것이다.전 세계적으로 미세 조류로부터 유래된 다양한 유용한 물질이 발견되어지고 있으며, 이런 물질들의 대량 생산에는 반드시 고농도 배양이 필요하게 된다. 현재 생산되어지고 있는 배양 시스템은 주로 대형 연못을 이용한 대량 배양으로 여기에는 여러 가지 문제점들이 있다.예를 들면, 오염, 생산성 저하, 넓은 배양 면적의 필요, 인건비, 많은 기질량(특히, 질소원), 높은 수질 및 수량의 요구등의 문제들이다. 특히, 오염의 문제에 있어서, 다양한 종류의 원생 동물들에 의한 포식, 다른 광합성 미생물에 의한 기질의 고갈 등은 매우 심각하여 그 산업 생산성이 거의 없다. 그러므로, 현재 세계 각국에서 연구되고 있는 공정들은 주로 고농도 배양용 광생물 반응기로서 작은 크기의 반응기를 통해 고농도 배양을 함으로써 대형 연못에서의 생산량과 같거나 또는 더 많은 양을 생산하고, 유용 물질의 농도도 더높은 고품질의 제품을 생산하고자 하는 것이다. 현재 개발되어져 있는 광생물 반응기로는 일반 교반형 반응기, 판형 반응기, 관형 반응기, 컬럼형 반응기 등이 있으나, 모든 종류의 반응기는 빛의 효율적인 전 달이 반응기 설계에 있어서 가장 중요한 점이 되고 있다. 세포의 농도가 낮을 때에는 배지, 기체 주입 등이 세포의 증식에 가장 중요한 요인이 되지만, 고농도에 도달하면 광도가 가장 중요한 인자가 된다. 왜냐하면 농도가 높아질수록 빛의 투과 길이가 짧아지기 때문이다. 그러나, 현재까지 고안된 대부분의 미세조류용 광생물 반응기들은 이러한 점을 극복하지 못하였고, 그 때문에 여타의 미생물용 생물 반응기에 비하여 그 생산 효율이 떨어졌다. 그래서 본 발명에서와 같은 내부 광원을 이용한 광생물 반응기가 최근에 연구되어지고 있으며, 각각의 형태에 있어서 장단점을 갖고 있다. 우선, 광섬유를 이용한 반응기는 광효율은 좋으나 세포가 광섬유 표면에 부착하는 문제가 발생하며, 형광등 등의 고정광원을 내부광원으로 이용한 경우는 완전혼합을 이루기가 어려워 세포의 침전이 발생할 수 있다.
- 보유기관
- 인하대학교
- 등록일
- 2007-10-11
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일반기술
생명과학 > 생물반응기
본 기술은 세포가 받는 흡수광량의 조절변수를 변화시킨 루모스탯(Lumostat) 방법을 이용한 광합성 미생물의 규모 확대 배양 방법에 관한 것이다.구체적으로는 1) 세포가 받는 흡수광량의 조절변수를 달리하여 광합성 미생물을 배양하는 단계2) 단계 1)에서 최적 조절변수 및 그에 따른 최적 광량 조건을 결정하는 단계3) 단계 2)에서 결정된 최적 조건에 따른 빛 에너지 공급에 의하여 배양기에서 미생물을 배양하는 단계를 포함하는 광합성 미생물의 규모 확대 배양 방법에 관한 것이다. 본 기술의 방법을 이용하면 미생물의 규모 확대 배양시 세포 농도가 저해되는 현상을 방지하여 실험실 수준의 규모에서 이루어진 생산량을 규모 확대가 된 이후의 대량 배양에서도 유지 할 수 있다.○ 세포가 받는 흡수광량의 조절변수를 달리하여 광합성 미생물을 배양하는 단계 : 조절변수는 1차원적인 조절변수로서 세포농도(세포 수)를 의미하며, 2차원적인 조절변수는 배양하는 동안의 세포면적을 의미, 3차원적인 조절변수는 생체중량임 , 조절변수로 루모스탯 배양 방법을 수행할 경우 수학식에 대입하여 각각의 조절변수당 흡수광량 계산 가능○ 최적 조절변수 및 그에 따른 최적 광량 조건을 결정하는 단계 :최적 조절변수 및 그에 따른 최적 광량조건은 세포 농도(세포 수) 또는 이의 이차 대사 산물 생산 값을 비교하여 결정○ 최적 조건에 따른 빛 에너지 공급에 의해 배양기에서 미생물을 배양하는 단계 : 배양기에서 미생물 배양시 1차원적인 조절변수 즉, 미생물 세포 농도(세포 수)당 흡수광량을 이용하는 방법○ 대량 배양에서의 적용 : 광합성 미생물의 규모 확대 배양시 세포 농도가 저해되는 현상 방지하여 실험실 수준의 규모에서 이루어진 생산량을 규모 확대가 된 이후의 대량 배양에서도 유지할 수 있음○ 이차대사물질의 고농도 농축을 위한 배양 : 미세조류인 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis)인 경우 고광도에서 세포 분열을 멈추고 세포의 크기가 증가하면서 아스타산틴을 축적시키게 된다. 그러므로 고농도 아스타산틴을 축적시키기 위한 배양 조건을 확립할 수 있음
- 보유기관
- 한국해양수산기술진흥원
- 등록일
- 2008-03-31
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일반기술
생명과학 > 생물반응기
본 기술은 루모스탯 방식을 이용한 광합성 미생물의 배양 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 1) 광합성 미생물의 빛반응특성곡선을 작성하는 단계, 2) 배양목적 및 배양 방법을 고려한 조절변수를 결정하는 단계, 3) 단계 1)의 빛반응특성곡선을 이용한 조절변수의 최적 빛조건을 결정하는 단계, 4) 광합성 미생물을 실제 배양기에서 배양하여 최적 빛조건을 미세조절하는 단계 및 5) 광생물 반응기에서 최적의 빛조건을 유지하기 위한 빛 에너지 공급을 조절하는 단계를 통해 광합성 미생물을 배양하는 방법에 관한 것이다.○ 광합성 미생물의 빛에 대한 반응특성을 조사 : 빛 에너지의 공급량의 변화에 따른 광합성 미생물의 비성장속도(μ), 산소발생속도(Po2), 및 대사산물생산속도(Px)을 측정하여 빛반응특성곡선을 작성○ 배양목적 및 배양 방법을 고려한 조절변수를 결정 : 표면광도(surface light intensity, Io), 평균광도(average light intensity, Iav) 또는 균체당 흡수광량(specific light uptake rate, qe) 중 조절변수 결정○ 최적 빛조건을 결정 : 선정된 조절변수의 변화에 따른 빛반응특성곡선을 이용하여 최대갑을 보이는 조절변수 값을 선겅하거나, 최대값이 존재하지 않을때는 포화가 시작되는 조절변수 값을 선정○ 최적 빛조건을 미세조절 : 광원의 광도, 광원의 점멸개수 및 광원의 설치 위치를 조절하는 것으로 최적 빛조건을 미세조절○ 최적의 빛조건을 유지하기 위한 빛 에너지 공급 조절 : 포텐시오미터(potentiometer)를 이용하여 전압을 조절함으로써 광원의 밝기를 조절하는 방법, 한 개 이상의 광원을 배양액의 내부 또는 외부에 설치한 후 광원을 순차적으로 점등하여 조절하는 방법, 광원의 설치 위치를 배양액 내부 또는 외부에서 이동시키는 방법등으로 조절○ 광합성 미생물 배양의 균체당 빛 에너지량의 최적화 : 배양 초기 빛 에너지의 과량 공급으로 인한 광저해현상(photoinhibition)과 배양 후반의 균체 성장에 따른 빛 에너지의 불충분한 공급으로 발생하는 빛 에너지의 고갈 상태(light limitation)로 균체 성장 저해 방지○ 체계적이며 재현성 높은 광합성 미생물의 배양이 가능하며, 균일한 상태의 바이오매스나 대사산물의 생산이 가능하게 되어 추가적인 상품화 과정에 용이○ 이차대사물질의 고농도 농축을 위한 배양 : 미세조류인 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis)인 경우 고광도에서 세포 분열을 멈추고 세포의 크기가 증가하면서 아스타산틴을 축적시키게 된다. 그러므로 고농도 아스타산틴을 축적시키기 위한 배양 조건을 확립할 수 있음
- 보유기관
- 한국해양수산기술진흥원
- 등록일
- 2008-03-31
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생명과학 > 생물반응기
본 기술은 다중 광생물반응기 및 이를 이용한 광합성 미생물 배양방법에 관한 것으로, 균체 및 배양액을 담을 수 있는 한 개 이상의 균체성장용 배양영역 및 균체성장용 배양영역에 접하여 설치되고, 유용산물을 생산할 수 있는 균체 및 배양액을 담을 수 있는 한 개 이상의 유용산물 생산용 배양영역으로 이루어진 것으로, 균체성장용 배양영역과 유용산물 생산용 배양영역은 투명판으로 이루어진 분리장치를 이용하여 분리되고, 유용물질의 생산을 유도하기에 충분히 강한 빛이 유용산물 생산용 배양영역을 조사한 후, 영역을 통과하는 과정에서 세포의 생장에 적정한 광도로 낮아진 빛이 균체성장용 배양영역에 도달하도록 설치된 것을 특징으로 하는 광생물반응기 및 이를 이용한 광합성 미생물 배양 방법에 관한 것이다.○ 균체성장용 배양 영역 : 반응내의 내측에 형성○ 유용산물 배양 영역 :반응기내의 외측에 형성 ○ 투명분리장치 : 배양을 위해 조사되는 태양광 또는 인공광이 유용산물 배양영역을 통과한 후 투명분리장치를 거쳐 균체성장용 배양영역에 도달하도록 하기 위함○ I=Ioexp(-δρd)(I-투과된 빛의 세기, Io-광원의 세기, δ-흡수계수, ρ-균체의 농도, d-균체가 존재하는 흡수층의 두께)배양시 균체성장용 배양영역으로 공급되는 빛에너지 공급량을 균체의 성장에 적정한 수준이 되도록 유지○ 종래의 2단계 생물공정의 단순화○ 유용산물의 생산공정의 경제성 향상 :지대(land cost), 장치 설치비, 운전비의 비용 절감 과 전력 소비량 감소○ 노동력 감소 : 유용산물 배양 및 균체성장 배양을 동시에 수행할 수 있으며, 균체 성장을 위한 배양 및 생산물 유도에 필요한 노동력 감사○ 여러 가지 형태로 광생물반응기 제작 가능 : 직육면체의 평면판, 원통형, 튜브형 및 입체형으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 형태로 제작 가능○ 연속적인 설치(stacking) 가능 : 각각의 다중 광생물반응기를 단위장치로 활용하여 연속적으로 설치. 필요에 따라 1차원(평면판 형태), 2차원(수직원통 형태), 3차원적인 배열(기타) 가능○ 손쉽게 배양용량 감소(scale-down) : 설치된 단위 광생물반응기와 광원을 제거하거나 중간연결 파이프라인을 차단
- 보유기관
- 한국해양수산기술진흥원
- 등록일
- 2008-03-31
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일반기술
생명과학 > 생물반응기
본 기술은 광합성 미생물을 고농도 대량배양할 수 있는 광생물반응기 및 이를 이용한 광합성 미생물의 배양방법에 관한 것으로서, 미생물 배양액을 담을 수 있는 챔버를 형성하는 수직원통형상의 투명 외부컬럼, 외부 컬럼의 중심에 설치되어 배양액의 순환을 방해하지 않으면서 배양액의 전면에 빛에너지를 조사하는 발광체, 발광체를 배양액과 분리하고 열교환이 가능한 수직원통형상의 투명재킷, 토명재킷의 외부표면에 설치되어 배양액의 순환로를 형성하는 투명한 판 형태의 배플 플레이트 및 배플 플레이트로 구분되는 한쪽 부분의 하단부에서 기체를 상향 공흡함으로써 배양액의 상향유동을 야기하는 폭기장치를 포함하는 것을 특징하는 기포탑 광생물반응기 및 이를 이용한 광합성 미생물의 배양방법에 관한 것이다.○ 수직원통형상의 투명 외부컬럼 - 미생물 배양액을 담을 수 있는 챔버를 형성○ 빛에너지를 조사하는 발광체 - 외부컬럼의 중심에 설치되어 배양액의 순환을 방해하지 않으면서 배양액의 전면에 빛에너지를 조사○ 수직원통형상의 투명재킷 - 발광체를 배양액과 분리하고 열교환이 가능○ 투명한 판형태의 배플 플레이트 - 투명재킷의 외부표면에 설치되어 배양액의 상승부와 하강부를 구분하는 방법으로 순환로를 형성○ 기포탑 광생물반응기 - 배플 플레이트로 구분되는 한쪽 부분의 하단부에서 기체를 상향 공급함으로써 배양액의 상향유동을 야기하는 폭기장치를 포함하는 것을 특징 - 직관 형광램프, 투명재킷, 및 배플 플레이트가 반응기의 중심을 통과하도록 한 설계와 직관 형광램프, 배플 플레이트, 및 내부열교환기가 설치된 구조의 설계, 직관 형광램프, 배플 플레이트, 및 외부열교환기로 구성된 설계의 형태로 제작이 가능장점- 순환하는 배양액 내부로의 빛투과 거리가 최소화되고 배양액의 최대 표면적에 빛에너지가 전달될 수 있기 때문에 광합성 미생물의 고농도 대량배양에 적합하다.
- 보유기관
- 한국해양수산기술진흥원
- 등록일
- 2008-03-31
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