BR112015031320B1 - Sistema para manufatura aditiva de estruturas tridimensionais e método de impressão de uma estrutura tridimensional - Google Patents

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Abstract

sistema para produção de aditivo de estruturas tridimensionais e método para a mesma. trata-se de um sistema e método para produção de aditivo de estruturas tri-dimensionais, que inclui estruturas celulares tridimensionais. o sistema compreende pelo menos um cabeçote de impressão para receber e distribuir materiais, os materiais que compreendem um fluido de revestimento e um hidrogel, o cabeçote de impressão que compreende um orifício para distribuir os materiais, canais microfluídicos para receber e direcionar os materiais, os comutadores fluídicos que correspondem a um dentre os canais microfluídicos no cabeçote de impressão e configurados para permitir ou não permitir o fluxo de fluido nos canais microfluídicos; uma superfície receptora para receber uma primeira camada dos materiais distribuídos a partir do orifício; uma unidade de posicionamento para posicionar o orifício do cabeçote de impressão no espaço tridimensional; e um meio de distribuição para distribuir os materiais a partir do orifício do cabeçote de impressão.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS
[001] Este pedido reivindica a prioridade sob a Convenção de Paris do Pedido n° US 61/834.420, depositado no dia 13 de junho de 2013, cujo conteúdo completo encontra-se ora incorporado a título de referência.
CAMPO DA INVENÇÃO:
[002] A presente invenção refere-se geralmente a impressão tridimensional (3D) e geração de estruturas biológicas tridimensionais a partir de arquivos digitais. Especificamente, a invenção se refere a um sistema, aparelho e método para fabricação de estruturas de hidrogel carregadas de célula em 3D.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO:
[003] A impressão em 3D, uma forma de manufatura aditiva (AM), é um processo para criação de objetos tridimensionais diretamente a partir de arquivos digitais. Software é usado para cortar um modelo de desenho assistido por computador (CAD) ou uma varredura em 3D de um objeto em uma multiplicidade de camadas em corte transversal finas. Essa coleção de camadas é enviada ao sistema de AM em que o sistema cria o objeto tridimensional camada por camada. Cada camada é depositada no topo da camada anterior até que o objeto tenha sido completamente construído. O material de suporte pode ser usado para suportar recursos res- saltantes e complexos do objeto. Existem vários processos de AM que podem criar partes em materiais de plástico, metal, cerâmica e/ou biológicos.
[004] A manufatura aditiva teria aplicações em sistemas biológicos. Por exemplo, até recentemente, a maioria dos estudos de cultura de célula foram realizados em superfícies bidimensionais (2D), tal como, placas de micro-cavidades e prato Petri. No entanto, sistemas de cultura 2D não imitam o ambiente em 3D no qual as células existem in vivo. Os pesquisadores encontraram culturas de célula em 3D se comportam mais como tecido biológico natural que culturas de célula em 2D pelo menos, em parte, devido ao fato de que a disposição em 3D de células em tecido natural influência nas interações célula-célula, que, por sua vez, influencia na fisiologia e crescimento celular.
[005] Os dispositivos de manufatura aditiva e sistemas para fabricação de construtos celulares são conhecidos. Por exemplo, as técnicas de deposição de fibra fundida conhecidas foram aplicadas a materiais biológicos. Em deposição de fibra fundida, os líquidos de alta viscosidade são distribuídos a partir de um orifício relativamente oco e, então, rapidamente solidificados por uma variedade de meios. Os plásticos biocompatíveis, hidrogéis de gelificação térmica, polímeros reticuláveis em UV e alginatos de alta concentração tem sido usados como armações para estruturas celulares em 3D, sendo que as células são adicionadas à armação após as mesmas terem sido solidificadas. Uma desvantagem dessas técnicas é de que as mesmas exigem que as células sejam adicionadas à armação após a impressão, tornando difícil controlar o deslocamento celular. Além disso, a composição dos substratos de armação pode não ser apropriada para facilitar a proliferação e crescimento celular.
[006] Os sistemas para estruturas de impressão 3D que compreendem impressão direta de materiais celulares são conhecidos e desejados, pelo menos, em parte, devido ao fato de que podem permitir que as células sejam depositadas dentro de uma armação em 3D. Por exemplo, a tecnologia de impressão a jato de tinta tem sido usada para imprimir materiais biológicos. No entanto, a força de cisalha- mento envolvida com as gotículas de propulsão de fluido sobre um substrato pode danificar as células dispersadas no fluido. Além disso, a impressão a jato de tinta é um processo lento, que torna difícil a adaptação a materiais biológicos, que exigem condições ambientais específicas para sobrevivência.
[007] Outros sistemas para imprimir diretamente células dentro de uma estrutura em 3D incluem a Patente US no: 8.639.484, que se refere ao uso de um modelo de CAD e uma unidade de posicionamento 3D para depositar materiais celulares através de uma multiplicidade de bocais, camada por camada, para criar um objeto em 3D. Os bocais múltiplos permitem que múltiplos materiais diferentes sejam incluídos no objeto em 3D. Publicação de Pedido de Patente no: 2012/0089238 revela um sistema de impressão de cartucho múltiplo para produzir estruturas em 3D orgânicas de compósito, pelas quais a estrutura é criada com uso de pelo menos duas seringas, sendo que uma compreende um polímero de suporte estrutural e uma outra que compreende uma composição de célula viva, que deposita iterativamente o polímero de suporte estrutural e a composição de célula viva em uma superfície. Publicação de Pedido de Patente no: 2014/0012407 revela um dispositivo que compreende um ou mais cabeçotes de impressão, sendo que cada um é configurado para receber e reter um ou mais cartuchos. Cada cartucho compreende um fluido, tal como um bio-tinta que compreende células ou material de suporte e um orifício a partir do qual o fluido pode ser distribuído do cartucho.
[008] Os métodos da técnica anterior geralmente exigem múltiplos bocais e/ou orifícios de cartucho a fim de facilitar a impressão de múltiplos materiais diferentes (isto é, um material é distribuído por um bocal ou orifício de cartucho). O uso de múltiplos bocais para distribuir materiais diferentes exige um aumento correspondente no movimento do sistema de impressão a fim de posicionar o bocal apropriado ou orifício de cartucho em uma sequência controlada para distribuir uma sequência de materiais diferentes. Tal movimento aumentado diminui a velocidade e eficiência de impressão.
[009] É desejável obviar ou mitigar uma ou mais das deficiências acima.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[010] Em um primeiro aspecto, um sistema para manufatura aditiva de es- truturas tridimensionais é fornecido. O sistema compreende pelo menos um cabeçote de impressão para receber e distribuir materiais, sendo que os materiais compre-endem um fluido de revestimento e um hidrogel. Em uma modalidade, o cabeçote de impressão compreende um orifício para distribuir os materiais; canais microfluídicos que compreendem um ou mais primeiros canais para receber e direcionar o fluido de revestimento e um ou mais respectivos segundos canais para receber e direcionar o hidrogel, em que os segundos canais se cruzam em um primeiro ponto de interseção com os primeiros canais, em que os segundos e primeiros canais se unem no pri-meiro ponto de interseção para formar um canal distribuidor que se estende ao orifí-cio; e comutadores fluídicos, sendo que cada comutador fluídico corresponde a um dentre os canais microfluídicos no cabeçote de impressão e configurado para permitir ou não permitir o fluxo de fluido nos canais microfluídicos do cabeçote de impressão quando acionados. Em uma modalidade, o sistema compreende adicionalmente uma superfície receptora para receber uma primeira camada dos materiais distribuídos a partir do orifício; uma unidade de posicionamento para posicionar o orifício do cabeçote de impressão no espaço tridimensional, a unidade de posicionamento aco-plada de forma operável ao cabeçote de impressão; e um meio de distribuição para distribuir os materiais a partir do orifício do cabeçote de impressão.
[011] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o sistema compreende um processador de controle programável para controlar a unidade de posicionamento e para controlar a distribuição dos materiais do cabeçote de impressão sobre a superfície receptora.
[012] Em uma modalidade do primeiro aspecto, os um ou mais primeiros canais compreendem pelo menos dois canais, sendo que os um ou mais primeiros canais são configurados para flanquear respectivos segundos canais no primeiro ponto de interseção.
[013] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o fluido de revestimento compreende um agente de reticulação para solidificar o hidrogel mediante o contato com o mesmo no ponto de interseção e/ou no canal distribuidor.
[014] Em uma modalidade do primeiro aspecto, cada segundo canal tem um diâmetro menor que aquele dos primeiros canais e do canal distribuidor, pelo qual o fluxo dos primeiros canais forma um revestimento coaxial em torno do hidro- gel no canal distribuidor.
[015] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o hidrogel compreende células vivas.
[016] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o sistema compreende adi-cionalmente um recurso de remoção de fluido para remover o fluido de revestimento em excesso do distribuído a partir do cabeçote de impressão.
[017] Em uma modalidade do primeiro aspecto, uma superfície receptora compreende uma membrana porosa que compreende poros dimensionados para permitir passagem do fluido de revestimento em excesso através dos mesmos.
[018] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o recurso de remoção de fluido compreende o material absorvente ou um vácuo para extrair o fluido de revestimento em excesso na direção contrária à superfície receptora.
[019] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o material absorvente ou vácuo é aplicado abaixo de uma membrana porosa. Em uma modalidade do primeiro aspecto, o vácuo é aplicado acima da superfície receptora.
[020] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o vácuo é aplicado através de um ou mais canais a vácuo fornecidos no cabeçote de impressão, sendo que os um ou mais canais a vácuo têm um orifício situado próximo ao orifício do cabeçote de impressão.
[021] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o sistema compreende adi-cionalmente reservatórios para conter os materiais, sendo que os reservatórios são fluidamente acoplados respectivamente aos canais microfluídicos no cabeçote de impressão.
[022] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o cabeçote de impressão compreende adicionalmente pelo menos duas entradas para receber os materiais a partir dos reservatórios, sendo que cada uma das entradas está em comunicação fluida com respectivos canais microfluídicos e os respectivos reservatórios.
[023] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o meio de distribuição compreende uma unidade de controle de pressão.
[024] Em uma modalidade do primeiro aspecto, os comutadores fluídicos compreendem válvulas.
[025] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o cabeçote de impressão compreende adicionalmente uma projeção oca configurada para se estender a partir do orifício na direção da superfície receptora.
[026] Em uma modalidade do primeiro aspecto, o cabeçote de impressão compreende dois segundos canais, sendo que cada um dos segundos canais é adaptado para conduzir respectivos hidrogéis, sendo que dois segundos canais se cruzam em uma segunda interseção e se unem na segunda interseção para formar um terceiro canal que se estende ao primeiro ponto de interseção.
[027] Em um segundo aspecto, um sistema para manufatura aditiva de estruturas tridimensionais é fornecido, em que o sistema compreende pelo menos um cabeçote de impressão para receber e distribuir materiais, em que os materiais compreendem um fluido de revestimento e um hidrogel. Em uma modalidade, o cabeçote de impressão compreende um orifício para distribuir os materiais; canais microfluídi- cos para receber e direcionar os materiais ao orifício; e comutadores fluídicos, sendo que cada comutador fluídico corresponde a um dos canais microfluídicos no cabeçote de impressão e configurado para permitir ou não permitir o fluxo de fluido nos canais microfluídicos no cabeçote de impressão quando acionados. Em uma modalidade, o sistema compreende adicionalmente uma superfície receptora para receber os materiais distribuídos a partir do orifício; um recurso de remoção de fluido para remover o fluido de revestimento em excesso distribuído a partir do orifício; uma unidade de posicionamento para posicionar o orifício do cabeçote de impressão no espaço tridimensional, a unidade de posicionamento acoplada de forma operável ao cabeçote de impressão; e um meio de distribuição para distribuir os materiais do orifício do cabeçote de impressão.
[028] Em uma modalidade do segundo aspecto, o recurso de remoção de fluido compreende um vácuo para extrair o fluido de revestimento em excesso na direção contrária a ou através da superfície receptora e/ou a partir do hidrogel distribuído na superfície receptora.
[029] Em uma modalidade do segundo aspecto, a superfície receptora compreende uma membrana porosa que compreende poros dimensionados para permitir a passagem do fluido de revestimento em excesso através de dos mesmos.
[030] Em uma modalidade do segundo aspecto, o vácuo é aplicado abaixo da membrana porosa. Em uma modalidade do segundo aspecto, o vácuo é aplicado acima da superfície receptora.
[031] Em uma modalidade do segundo aspecto, o vácuo é aplicado através de um ou mais canais a vácuo fornecidos no cabeçote de impressão, sendo que um ou mais canais a vácuo têm um orifício situado próximo ao orifício do cabeçote de impressão.
[032] Em uma modalidade do segundo aspecto, o recurso de remoção de fluido compreende um material absorvente para extrair, na direção contrária à superfície receptora, o fluido de revestimento em excesso.
[033] Em uma modalidade do segundo aspecto, o sistema compreende adi-cionalmente um processador de controle programável para controlar a unidade de posicionamento e para controlar a distribuição dos materiais a partir do cabeçote de impressão sobre a superfície receptora.
[034] Em uma modalidade do segundo aspecto, o cabeçote de impressão compreende adicionalmente uma projeção oca configurada para se estender a partir do orifício na direção da superfície receptora.
[035] Em uma modalidade do segundo aspecto, o cabeçote de impressão compreende um ou mais primeiros canais para receber e direcionar o fluido de revestimento e um ou mais respectivos segundos canais para receber e direcionar o hidrogel, sendo que os segundos canais se cruzam em um primeiro ponto de interseção com os primeiros canais, sendo que os segundos e primeiros canais se unem no primeiro ponto de interseção para formar um canal distribuidor que se estende ao orifício.
[036] Em uma modalidade do segundo aspecto, o cabeçote de impressão compreende dois segundos canais, sendo que cada um dos segundos canais é adaptado para conduzir respectivos hidrogéis, sendo que os dois segundos canais se cruzam em uma segunda interseção e se unem na segunda interseção para formar um terceiro canal que se estende para o primeiro ponto de interseção.
[037] Em um terceiro aspecto, um método de impressão de uma estrutura tridimensional (3D) é fornecido, sendo que o método compreende fornecer uma impressora em 3D, sendo que a impressora compreende: um cabeçote de impressão que compreende um orifício para distribuir materiais; uma superfície receptora para receber uma primeira camada dos materiais distribuídos a partir do orifício do cabeçote de impressão; e uma unidade de posicionamento acoplada de forma operável ao cabeçote de impressão, a unidade de posicionamento para posicionar o cabeçote de impressão no espaço tridimensional. Em uma modalidade, o método compreende fornecer os materiais a serem distribuídos, sendo que os materiais a serem distribuídos compreendem um fluido de revestimento e um ou mais hidrogéis; que codificam a impressora com uma estrutura em 3D a ser impressa; distribuir, a partir do orifício de cabeçote de impressão, os materiais a serem distribuídos; depositar uma primeira camada dos materiais distribuídos na superfície receptora; repetir a etapa de deposição através da deposição do material distribuído subsequente na primeira e quaisquer camadas subsequentes de material depositado, depositando, desse modo, camada após camada de materiais distribuídos em uma disposição geométrica de acordo com a estrutura em 3D; e remover o fluido de revestimento em excesso distribuído pelo orifício de cabeçote de impressão em um ou mais pontos no tempo durante ou entre as etapas de deposição.
[038] Em uma modalidade do terceiro aspecto, o fluido de revestimento compreende um agente de reticulação adequado para reticular e solidificar o hidro- gel mediante o contato com o mesmo, sendo que o contato cria uma fibra de hidro- gel.
[039] Em uma modalidade do terceiro aspecto, o fluido de revestimento e o hidrogel são distribuídos em uma disposição coaxial, sendo que o fluido de revestimento envolve o hidrogel.
[040] Em uma modalidade do terceiro aspecto, a etapa de deposição e a etapa de remoção são executadas continuamente, removendo, desse modo, continuamente o fluido de revestimento em excesso à medida que as camadas de materiais distribuídos são depositadas.
[041] Em uma modalidade do terceiro aspecto, a etapa de remoção é executada intermitentemente entre e/ou ao mesmo tempo que a etapa de deposição, removendo, desse modo, intermitentemente o fluido de revestimento em excesso à medida que as camadas de materiais distribuídos são depositadas.
[042] Em uma modalidade do terceiro aspecto, os um ou mais hidrogéis são adaptados para suportar o crescimento e/ou proliferação de células vivas dispersadas no mesmo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[043] Os recursos da invenção se tornarão mais aparente na descrição de- talhada a seguir na qual a referência é feita aos desenhos anexos em que:
[044] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma modalidade do sistema de impressão da presente invenção.
[045] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de objetos projetados por software e objetos correspondentes impressos com uso de uma modalidade do sistema de impressão da presente invenção.
[046] A Figura 3 é uma vista em perspectiva de uma modalidade do cabeçote de impressão da presente invenção.
[047] A Figura 4 é um corte transversal de uma válvula no cabeçote de impressão da Figura 3, incluindo deflexão de uma membrana de válvula quando a válvula é ativada.
[048] A Figura 5 é um corte transversal de uma modalidade alternativa do cabeçote de impressão da Figura 3.
[049] A Figura 6 é uma vista de topo de uma modalidade alternativa do cabeçote de impressão da Figura 3.
[050] A Figura 7 é uma vista em perspectiva explodida de uma modalidade da montagem de leito de impressão da presente invenção.
[051] A Figura 8 é um corte transversal do leito de impressão montado da Figura 9.
[052] A Figura 9 é um corte transversal de uma modalidade alternativa do leito de impressão da Figura 9.
[053] A Figura 10 é uma vista em perspectiva de uma modalidade do cabeçote de impressão da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO:
[054] As definições de certos termos conforme usado neste relatório descritivo são fornecidas abaixo. A menos que de outro modo definido, todos os termos técnicos e científicos usados no presente documento geralmente têm o mesmo signi- ficado conforme comumente entendido por um indivíduo de habilidade comum na técnica ao qual a invenção pertence.
[055] Conforme usado no presente documento, o termo "cerca de" será entendido pela pessoa de habilidade comum na técnica e variará de certo modo dependendo do contexto no qual o mesmo é usado. Se existirem usos do termo que não são claros à pessoa de habilidade comum na técnica, determinado o contexto em que é usado, "cerca de" significará até mais ou menos que 10% do valor enumerado.
[056] Conforme usado no presente documento, o termo "hidrogel" se refere a uma composição que compreende água e uma rede ou retículas de cadeias de polímero que são hidrofílicas. Os exemplos de hidrogéis naturais incluem, por exemplo, alginato, agarose, colágeno, fibrinogênio, gelatina, quitosana, géis à base de ácido hialurônico ou qualquer combinação dos mesmos. Uma variedade de hidrogéis sintéticos é conhecida e seria usada em modalidades dos sistemas e métodos fornecidos no presente documento. Por exemplo, em modalidades dos sistemas e método fornecidos no presente documento, um ou mais hidrogéis formam a base estrutural para estruturas tridimensionais impressas. Em algumas modalidades, o hidrogel tem a capacidade para suportar o crescimento e/ou proliferação de um ou mais tipos de célula, que podem ser dispersadas dentro do hidrogel ou adicionadas ao hidrogel após as mesmas terem sido impressas em uma configuração tridimensional. Em al-gumas modalidades, o hidrogel é reticulável por um agente químico de reticulação. Por exemplo, um hidrogel que compreende alginato pode ser reticulável na presença de um cátion divalente, em que um hidrogel que compreende fibrinogênio pode ser reticulável na presença de trombina e um hidrogel que compreende colágeno ou qui- tosana pode ser reticulável na presença de calor ou uma solução básica. A reticula- ção do hidrogel aumentará a dureza do hidrogel, em algumas modalidades, permitindo a formação de um hidrogel que se comporta como um sólido.
[057] Conforme usado no presente documento, o termo "fluido de revestimento" se refere a um líquido que é usado, pelo menos, em parte, para envolver ou "revestir" um material a ser distribuído, tal como, por exemplo, um hidrogel. Em algumas modalidades, o fluido de revestimento compreende um ou mais dentre um solvente aquoso, por exemplo, água ou glicerol e um agente químico de reticulação, por exemplo, materiais que compreendem cátions divalentes (por exemplo, Ca<2+>, Ba<2+>, Sr<2+>, etc.), trombina, ou materiais químicos de modificação de pH tal como bicarbonato de sódio.
[058] Conforme usado no presente documento, o termo "fluido de revestimento em excesso" se refere a uma porção do fluido de revestimento que é distribuída a partir do orifício de cabeçote de impressão e não forma parte de uma estrutura tridimensional impressa com uso de uma ou mais modalidades dos sistemas ou métodos fornecidos no presente documento. Por exemplo, o fluido de revestimento em excesso pode ser útil na passagem de lubrificação do hidrogel através de um canal distribuidor no cabeçote de impressão e através do orifício de cabeçote de impressão. Uma vez distribuído a partir do orifício de cabeçote de impressão, o fluido de revestimento em excesso pode escorrer da superfície de uma camada de hidrogel distribuído e sobre uma superfície receptora, onde pode ser coletado ou agrupado.
[059] Conforme usado no presente documento, o termo "superfície receptora" se refere à superfície sob a qual uma primeira camada de material distribuído a partir de um orifício de cabeçote de impressão é depositada. A superfície receptora também recebe o fluido de revestimento em excesso que é distribuído a partir do orifício de cabeçote de impressão e que escorre de uma ou mais camadas de material distribuído a partir do orifício de cabeçote de impressão. Em algumas modalidades, a superfície receptora é produzida a partir de um material sólido. Em algumas modalidades, a superfície receptora é produzida a partir de um material poroso. Por exemplo, em algumas modalidades, a porosidade do material poroso é suficiente para permitir a passagem do fluido de revestimento através do mesmo. Em algumas modalidades, a superfície receptora é substancialmente plana, fornecendo, desse modo, uma superfície lisa sob a qual uma primeira camada de material distribuído pode ser depositada. Em algumas modalidades, a superfície receptora tem uma topografia que corresponde à estrutura tridimensional a ser impressa, facilitando, desse modo, a impressão de uma estrutura tridimensional que tem uma primeira camada não lisa.
[060] Em um aspecto, a presente invenção geralmente se refere a um aparelho, sistema e método para manufatura aditiva de estruturas biológicas tridimensionais (3D).
DESCRIÇÃO GERAL DO SISTEMA DE IMPRESSÃO
[061] Em um aspecto, a invenção fornece um sistema para manufatura aditiva de estruturas tridimensionais (também referidas, no presente documento, como uma "impressora", uma "impressora em 3D" ou um "sistema de impressão" ou "o sistema"). O sistema compreende um cabeçote de impressão microfluídica, que é um dispositivo de manuseio de líquido microfluídico que compreende um ou mais canais microfluídicos para receber e direcionar materiais a serem distribuídos, em que os comutadores fluídicos correspondem aos canais microfluídicos para regular o fluxo dos materiais a serem impressos, e um único orifício para distribuir os materiais a serem distribuídos.
[062] Os materiais a serem distribuídos compreendem um fluido de revestimento e pelo menos um hidrogel. Em uma modalidade preferencial, o fluido de revestimento compreende um agente químico de reticulação adequado para solidificar o hidrogel mediante o contato com o mesmo. Em uma modalidade preferencial, o fluido de revestimento também serve como um lubrificante para o hidrogel solidificado.
[063] Os canais microfluídicos servem como condutos para direcionar e combinar os materiais a serem distribuídos de uma maneira controlada. Os canais microfluídicos estão dispostos dentro do cabeçote de impressão de modo que um ou mais primeiros canais para receber e direcionar o fluido de revestimento e um se-gundo canal para receber e direcionar o hidrogel se cruzem em um primeiro ponto de interseção e se unam para formar um canal distribuidor que se estende para o orifício do cabeçote de impressão. Em uma modalidade preferencial, os primeiros canais são configurados para flanquear o segundo canal no primeiro ponto de interseção. Dessa maneira, o fluido de revestimento é direcionado para fluir ao longo de qualquer lado do hidrogel no canal distribuidor.
[064] Em uma modalidade preferencial, os materiais no canal distribuidor são direcionados de modo coaxial, sendo que o hidrogel é focalizado no centro do canal distribuidor e sendo que o fluido de revestimento circunda o fluido de hidrogel, formando, desse modo, um revestimento em torna do hidrogel. Em modalidades preferenciais em que o fluido de revestimento também compreende um agente químico de reticulação adequado para reticular o hidrogel, uma fibra de hidrogel solidificado é formada no canal distribuidor e distribuída a partir do orifício do cabeçote de impressão.
[065] Em um aspecto, o sistema compreende adicionalmente uma superfície receptora para receber uma primeira camada dos materiais distribuídos a partir do orifício e uma unidade de posicionamento para posicionar o orifício do cabeçote de impressão no espaço tridimensional, em que a unidade de posicionamento é acoplada de forma operável ao cabeçote de impressão. Por exemplo, o cabeçote de impressão pode ser acoplado a um sistema de posicionamento mecanizado comercialmente disponível com três graus de movimento de modo que o cabeçote de impressão pode ser posicionado acima da superfície receptora e orientado para direcionar o material distribuído para baixo na direção da superfície receptora.
[066] Em um aspecto, o sistema compreende um meio para distribuir os materiais a partir do orifício de cabeçote de impressão e pode compreender adicio-nalmente e/ou estar em comunicação de dados com um processador de controle programável para regular o posicionamento do orifício de cabeçote de impressão. O processador de controle programável também pode ser usado para regular a distri-buição dos materiais a serem distribuídos a partir do orifício de cabeçote de impres-são.
[067] A Figura 1 mostra uma vista em perspectiva esquemática de uma modalidade do sistema de impressão em 3D fornecida no presente documento.
[068] Em referência à Figura 1, o sistema compreende um cabeçote de impressão microfluídica [100], que compreende um orifício de cabeçote de impressão [114] e pelo menos uma entrada para receber o material a ser distribuído a partir do cabeçote de impressão [100]. O material a ser distribuído é armazenado em reservatórios de material impresso [110] e entregue ao cabeçote de impressão através de respectivos primeiros tubos de conexão [122], que fornecem comunicação fluida entre o cabeçote de impressão e os reservatórios de material impresso. Na modalidade ilustrada, o meio para distribuir o material a ser distribuído a partir do orifício de cabeçote de impressão é uma unidade de controle de pressão [112], que é fluidamente acoplada aos reservatórios de material impresso [110] por respectivos segundos tubos de conexão [120]. A unidade de controle de pressão é um meio para fornecer uma força para distribuir os materiais a serem distribuídos. A unidade de controle de pressão fornece pressão pneumática aos reservatórios de material impresso [110] através de respectivos segundos tubos de conexão [120]. A pressão aplicada aos reservatórios de material impresso força o fluido para fora dos reservatórios e para dentro do cabeçote de impressão através de respectivos primeiros tubos de conexão [122]. Os meios alternativos para distribuir o material a ser distribuído seriam usados na modalidade ilustrada. Por exemplo, uma série de bombas de seringa eletronicamente controladas seria usada para fornecer força para distribuir o material a ser distribuído a partir do orifício de cabeçote de impressão.
[069] Em referência à Figura 1, o cabeçote de impressão microfluídica [100] é acoplado a um estágio mecanizado em 3D que compreende três braços [102, 103 e 104] para posicionar o cabeçote de impressão [100] e o orifício de cabeçote de impressão [114] no espaço tridimensional acima de um leito de impressão [108], que compreende uma superfície [109] para receber o material impresso. Em uma modalidade, o estágio mecanizado em 3D (isto é, a unidade de posicionamento) pode ser controlado para posicionar um braço vertical [104], que se estende ao longo do eixo geométrico z do estágio mecanizado em 3D de modo que o orifício de cabeçote de impressão [114] seja direcionado para baixo. Um primeiro braço horizontal [102], que se estende ao longo do eixo geométrico x do estágio mecanizado é preso a uma plataforma de base imóvel 116. Um segundo braço horizontal [103], que se estende ao longo do eixo geométrico y do estágio mecanizado é acoplado de modo móvel a uma superfície superior do primeiro braço horizontal [102] de modo que as direções longitudinais do primeiro e do segundo braços horizontais [102 e 103] sejam perpendiculares entre si. Será entendido que os termos "vertical" e "horizontal" conforme usado acima em relação aos braços são destinados a descrever a maneira na qual o cabeçote de impressão é movido e não necessariamente limita a orientação física dos próprios braços.
[070] Na modalidade ilustrada na Figura 1, o leito de impressão [108] é posicionado no topo de uma plataforma [118], sendo que a plataforma é acoplada a uma superfície superior do segundo braço horizontal [103]. Na modalidade, os braços de estágio mecanizado em 3D [102,103 e 104] são acionados por três motores correspondentes [105, 106 e 107], respectivamente, e controlados por um processador de controle programável, tal como um computador (não mostrado). Em uma modalidade preferencial, o cabeçote de impressão [100] e o leito de impressão [108] são coletivamente móveis ao longo de todos os três eixos geométricos primários de um sistema de coordenada cartesiana pelo estágio mecanizado em 3D e o movimento do estágio é definido com uso de software de computador.
[071] Será entendido que a invenção não é limitada apenas ao sistema de posicionamento descrito e que outros sistemas de posicionamento são conhecidos na técnica.
[072] Na modalidade ilustrada na Figura 1, à medida que o material é distribuído a partir do orifício de cabeçote de impressão [114], a unidade de posicionamento é movida em um padrão controlado por software, criando, desse modo, uma primeira camada do material distribuído na superfície receptora [109] As camadas adicionais de material distribuído são empilhadas uma no topo da outra de modo que a geometria em 3D final das camadas distribuídas de material seja geralmente uma réplica do projeto de geometria em 3D fornecido pelo software. O projeto em 3D pode ser criado com uso de software de CAD em 3D típico (desenho assistido por computador) ou gerado a partir de imagens digitais, conforme conhecido na técnica. Além disso, se a geometria gerada por software contiver as informações sobre os materiais específicos a serem usados, é possível, de acordo com uma modalidade da invenção, designar um tipo de material específico a diferentes localizações geométricas. Por exemplo, a Figura 2 mostra três estruturas em 3D impressas com uso de uma modalidade do sistema fornecido no presente documento: um cubo [128], um cilindro oco [129] e um cilindro coaxial oco [130]. O software foi usado para gerar projetos de cubo, cilindro oco e cilindro coaxial oco ([125], [126] e [127], respectivamente), sendo que cada projeto compreende dois tipos diferentes de materiais (algi- nato tingido), os quais foram tingidos com diferentes cores para fornecer claridade visual dos materiais usados para gerar o cubo e cilindro oco impressos.
[073] Qualquer software, aplicação ou módulo referido no presente documento pode ser implantado com uso de instruções legíveis/executáveis por computador que podem ser armazenadas ou, de outro modo, detidas por tais meios legí- veis por computador.
CABEÇOTE DE IMPRESSÃO
[074] A Figura 3 mostra uma vista em perspectiva esquemática de uma modalidade de um cabeçote de impressão microfluídica [100] para uso no sistema fornecido.
[075] Em referência à Figura 3, a modalidade ilustrada descreve um cabeçote de impressão microfluídica [100] que compreende canais microfluídicos para transportar vários fluidos. Na modalidade ilustrada, os canais microfluídicos têm um formato cilíndrico. No entanto, os formatos de canal diferentes de formatos cilíndricos também seriam usados no cabeçote de impressão fornecido no presente documento. O canal [200] é um conduto para um agente de reticulação, o canal [202] é um conduto para água. Na modalidade ilustrada, o agente de reticulação e água, separada ou juntamente servem como o "fluido de revestimento". O canal [204] é um conduto para uma primeira composição de hidrogel (referida como "hidrogel A") e canal [206] é um conduto para uma segunda composição de hidrogel (referida como "hidrogel B"). Em uma modalidade preferencial, um ou mais tipos de célula vivas são compatíveis com e opcionalmente dispersados dentro de hidrogéis A e/ou B. Na modalidade ilustrada, cada canal microfluídico compreende uma entrada de fluido [208a, 208b, 208c, 208d], que permite que o fluido contido nos tubos de conexão [122] passe nos respectivos canais do cabeçote de impressão [100]. A jusante das entradas de fluido [208a, 208b, 208c, 208d] estão válvulas [210, 212, 214, 216] que correspondem a cada canal. Na modalidade ilustrada, as válvulas servem como "comutadores fluídicos", que podem ser ativados para permitir e não permitir o fluxo de fluido através de um canal, sendo que cada válvula tem uma entrada correspondente [218, 218a, 218b, 218c, 218d], que facilita a ativação e desativação da válvula. Em uma modalidade, as válvulas [210, 212, 214, 216] podem ser eletronicamente ativadas. Em uma outra modalidade, as válvulas [210, 212, 214, 216] podem ser ati- vadas através de uma alteração na pressão aplicada, por exemplo, pode meio de pistões de solenóide. A ativação de pressão ou eletrônica de diferentes válvulas facilita a alteração rápida do material distribuído, permitindo, desse modo, que os materiais distribuídos sejam compostos de uma sequência controlada de materiais diferentes.
[076] Em referência adicionalmente à Figura 3, na modalidade ilustrada, os canais de agente de reticulação [200] e os canais de água [202] se cruzam nos pontos de interseção [203], tal como em uma configuração "conformada em y", se unindo para formar canais referidos no presente documento como "canais de fluxo de revestimento" [224] imediatamente a jusante do agente de reticulação e dos canais de água [200, 202]. Os canais de hidrogel A e hidrogel B [204, 206] se cruzam em um ponto de interseção [207], tal como em uma configuração "conformada em y", se unindo para formar um canal referido no presente documento como um "canal de focalização" [226] imediatamente a jusante dos dois canais de hidrogel. Os canais de fluxo de revestimento [224] e o canal de focalização [226] se cruzam em um ponto de interseção [228] em uma configuração de três fases, para a modalidade descrita, em que o canal de focalização [226] é flanqueado pelos canais de fluxo de revestimento [224], que se unem para formar um canal referido no presente documento como um canal distribuidor [220]. O canal distribuidor [220] termina no orifício de distribuição [222]. Em uma modalidade preferencial ilustrada na Figura 1, o canal distribuidor se projeta a partir do cabeçote de impressão [100] que termina no orifício de distribuição [1 14].
[077] Em referência adicionalmente à Figura 3, na modalidade ilustrada, os canais de fluxo de revestimento [224] e o canal distribuidor [220] têm maiores diâmetros que o canal de focalização [226]. Quando a pressão hidráulica é aplicada ao fluxo de revestimento [224] e aos canais de focalização [226], o líquido no canal de focalização [226] é comprimido lateralmente e "focalizado" em uma corrente estreita ao longo do eixo geométrico central do canal de focalização [226]. Mediante a interseção com o canal de focalização [226] no ponto de interseção [228], o fluido dos canais de fluxo de revestimento de maior diâmetro [224] circundam e envolvem a corrente focalizada mais estreita de hidrogel distribuído a partir do canal de focaliza- ção [226].
[078] Em uma modalidade preferencial, o líquido nos canais de fluxo de revestimento [224] compreendem um agente químico de reticulação e o líquido no canal de focalização [226] compreende um ou mais hidrogéis quimicamente reticulá- veis que compreendem um ou mais tipos de célula vivas. Quando os um ou mais hidrogéis quimicamente reticuláveis são focalizados em uma corrente estreita no canal de focalização [226] e, então, envolvidas pelo agente de reticulação no canal distribuidor [220], pelo menos a superfície externa dos um ou mais hidrogéis quimicamente reticuláveis é solidificada no canal distribuidor [220], criando, desse modo, uma fibra de hidrogel "sólido" ou reticulado. A fibra de hidrogel é, então, distribuída a partir do orifício de distribuição [222] sobre a superfície receptora de uma maneira controlada, que cria uma estrutura em 3D, camada por camada.
[079] Em uma modalidade particularmente preferencial, o fluido de revestimento que circunda a fibra de hidrogel também pode atuar para lubrificar a passagem da fibra de hidrogel através do canal distribuidor [220] até que o mesmo seja distribuído a partir do orifício de cabeçote de impressão [222].
[080] Em uma modalidade, o fluido de revestimento compreende um agente químico de reticulação, água ou uma combinação dos mesmos. Em modalidades onde o fluido de revestimento carece de um agente químico de reticulação, o hidro- gel não será solidificado e seria distribuído como um líquido. A fim de ajustar a composição do fluido de revestimento e iniciar e/ou interromper a solidificação do hidro- gel, uma válvula de agente de reticulação canal [210] e válvula de canal de água [212] podem ser ativadas. Contempla-se que a distribuição de um líquido em vez de um hidrogel sólido ou a distribuição de fluido de revestimento sozinho, pode ser desejável a fim de construir alguns aspectos de vários objetos tridimensionais.
[081] Em uma modalidade, o cabeçote de impressão [100] pode ser configurado para receber e distribuir apenas um material de hidrogel. Em uma modalidade, o cabeçote de impressão pode ser configurado para receber e distribuir dois ou mais materiais de hidrogel. Por exemplo, em uma modalidade em que o cabeçote de impressão [100] é configurado para receber dois materiais de hidrogel, cada um, por exemplo, que compreende um tipo de célula diferente, o sistema fornecido no presente documento pode ser programado para distribuir uma estrutura celular heterogênea, sendo que os primeiros e os segundos tipos de célula podem ser colocados em padrões controlados dentro de e dentre as camadas, sozinho e/ou em combinação entre si. Os contornos entre os dois materiais são controlados, por exemplo, por software e o processador de controle programável é usado para instruir o material fluídico comutado (por exemplo, uma ou mais de válvulas [210], [212], [214], [216]) para alterar o fluxo de material dentro de um ou mais canais microfluídicos, alterando, desse modo, o conteúdo do material que é distribuído a partir do orifício de cabeçote de impressão. O número de materiais de hidrogel que podem ser recebidos por e distribuídos a partir do cabeçote de impressão fornecido no presente documento é limitado apenas pelo tamanho do cabeçote de impressão de que o usuário considera como sendo prático.
[082] Em referência à Figura 4, em uma modalidade, o comutador fluídico é uma válvula que compreende uma membrana [332] disposta sobre um recurso com formato de tigela [318] formato em um canal microfluídico [308]. Mediante a aplicação de pressão pneumática (representada por setas na Figura 4) à superfície exposta da membrana de válvula [332], a membrana de válvula [332] será desviada no recurso com formato de tigela [318], bloqueando, desse modo, a passagem de fluido através do canal microfluídico [308]. Em uma modalidade preferencial, a espessura da membrana de válvula [332] é cerca de 150 μm. Em modalidades onde a membrana de válvula espessura é aumentada, uma pessoa versada entenderia que a pressão de ativação de válvula pneumática aplicada deve ser consequentemente aumentada. De modo similar, uma membrana de válvula formada de material menos resiliente exigiria uma pressão de ativação maior. Uma pessoa versada entenderia como ajustar a pressão de ativação para se adaptar ao material específico da membrana de válvula.
[083] Em uma modalidade, o cabeçote de impressão compreende comutadores fluídicos alternativos para regular materiais a serem distribuídos a partir do orifício de cabeçote de impressão. Por exemplo, em vez de com uso de válvulas, um mecanismo para engate ou desengate da pressão aplicada a cada canal seria usado para regular o fluxo de material nos canais microfluídicos.
[084] Em uma modalidade, o cabeçote de impressão compreende adicionalmente uma ponta de extensão que compreende um orifício para distribuir materiais a partir do cabeçote de impressão. Tal ponta de extensão facilita a precisão de distribuição de materiais e deposição dos mesmos em áreas confinadas tal como, por exemplo, uma cavidade em uma placa de múltiplas cavidades (por exemplo, uma placa de microtítulo padrão, placa de microcavidade ou microplaca que tem 6, 24, 96 etc. cavidades) ou um prato Petri. Em referência à modalidade ilustrada na Figura 5, uma porção [500] do canal distribuidor [220] mais adjacente ao orifício de distribuição [222] tem um diâmetro maior que a porção a montante do canal distribuidor [220]. A ponta de extensão [502] compreende um tubo (por exemplo, feito de plástico, vidro ou metal) que tem uma parte externa configurada para se encaixar na porção de maior diâmetro [500] do canal distribuidor e uma superfície interna (que define um espaço oco no tubo) configurada para se alinhar ao canal distribuidor [220]. A ponta de extensão [502] pode ser inserida na porção de maior diâmetro [500] do canal distribuidor estendendo, desse modo, o comprimento do canal distri- buidor [220], que facilita a deposição de material distribuído a partir de um orifício [503] na ponta de extensão [502] em espaços confinados, tal como uma inserção de placa de cavidade [504] ou prato Petri (não mostrado).
[085] Em referência à modalidade ilustrada na Figura 1, a ponta de extensão [130] é uma projeção que se estende a partir do cabeçote de impressão [100], sendo que a ponta de extensão [130] termina no orifício de cabeçote de impressão [114]. Nessa modalidade, a ponta de extensão [130] é integral com o cabeçote de impressão.
[086] Em uma modalidade, dois ou mais materiais de hidrogel podem estar dispostos de modo coaxial em uma fibra de hidrogel distribuído a partir do sistema fornecido no presente documento. Em referência à Figura 6, na modalidade ilustrada, o cabeçote de impressão [100] compreende canais microfluídicos dispostos para produzir uma fibra de hidrogel coaxial que compreende um material de núcleo de hidrogel e material de carcaça de hidrogel. Na modalidade ilustrada, o material de carcaça, transportado em canais [508], é um hidrogel de gelificação de modo rápido, tal como alginato e, o material de núcleo, transportado em canal [506], é um hidrogel diferente escolhido pelo usuário (por exemplo, colágeno ou fibrinogênio). Os canais [508] e o canal [506] se cruzam em um ponto de interseção de focalização de hidro- gel [510], por exemplo, em uma configuração "conformada em y" (similar à interseção [528] mostrada na Figura 3) que se unem para formar um canal de focalização [226] a jusante dos canais [506] e [508]. Na interseção de focalização de hidrogel [510], o material de carcaça focaliza o material de núcleo de modo coaxial de modo que o material de carcaça forme um revestimento em torno do material de núcleo. Em modalidades preferenciais, os canais [508] e [226] tem um diâmetro maior que o canal [506] para facilitar a focalização coaxial dos materiais de núcleo e carcaça. Em uma modalidade preferencial, o propósito do material de carcaça é fornecer o material de núcleo com suporte estrutural físico de modo que possa ser formado em uma geometria em 3D. O núcleo pode ser solidificado após o material ser depositado, sendo que o método de solidificação preciso é específico a diferentes materiais de núcleo. Por exemplo, o núcleo pode compreender um material que se solidifica de modo muito lento. Em uma outra modalidade, os materiais de núcleo e carcaça compreendem os mesmos materiais. Em ainda uma outra modalidade, o material de carcaça compreende um hidrogel que se solidifica rapidamente e o material de núcleo compreende um material que não se aglutinará, facilitando, desse modo, a geração de uma fibra oca.
[087] Em uma modalidade, o cabeçote de impressão [100] descrito na Figura 6 compreenderia adicionalmente canais de material de núcleo adicionais, cada um com um comutador fluídico correspondente, por exemplo, uma válvula, para regular o fluxo do material na mesma. O comutador fluídico facilita os ajustes frequentes e rápidos à composição do material de núcleo na fibra que é distribuída, por exemplo, através de comandos fornecidos pelo processador de controle programável.
[088] Em uma modalidade, diversos cabeçotes de impressão estariam dispostos, por exemplo, em paralelo, para permitir impressão simultânea de múltiplas estruturas. Isso aumentaria a produção de rendimento.
[089] Em algumas modalidades, o cabeçote de impressão é descartável. O uso de cabeçotes de impressão descartáveis pode reduzir a probabilidade de contaminação de materiais usados em diferentes trabalhos de impressão.
[090] O cabeçote de impressão pode ser fabricado, por exemplo, com uso de técnicas de moldagem microfluídicas conhecidas (por exemplo, fundição, impressão ou modelagem por injeção) e um ou mais polímeros moldáveis, por exemplo, polidimetilsiloxano (PDMS). Alternativamente, a tecnologia de impressão em 3D comercialmente disponível seria usada para fabricar o cabeçote de impressão.
RECURSO DE REMOÇÃO FLUÍDICA
[091] Em um aspecto, a invenção fornece um sistema para manufatura adi- tiva de estruturas tridimensionais que compreende um recurso para remover o fluido de revestimento em excesso da superfície receptora em que uma primeira camada de material distribuído a partir do orifício do cabeçote de impressão é depositada e opcionalmente a partir de uma superfície de hidrogel distribuído. Durante a impres-são, é possível que o fluido de revestimento em excesso seja coletado ou "agrupado" na superfície receptora ou em uma superfície de hidrogel distribuído. Tal agru-pamento pode interferir na deposição de hidrogel distribuído a partir do orifício de cabeçote de impressão sobre a superfície receptora e/ou sobre uma ou mais cama-das de hidrogel distribuído. Por exemplo, o fluido de revestimento agrupado pode fazer com que uma fibra de hidrogel distribuído desliza a partir de sua posição pre-tendida na estrutura em 3D que é impressa. Portanto, em modalidades do sistema, a remoção de fluido de revestimento em excesso a partir da superfície receptora e op-cionalmente a partir de uma superfície do hidrogel distribuído por meio de um recurso de remoção fluídica pode aprimorar a manufatura aditiva de estruturas tridimensi-onais.
[092] O fluido de revestimento em excesso pode ser removido a partir da superfície receptora ou a partir de uma superfície de uma ou mais camadas de hi- drogel distribuído através da extração do fluido para fora daquelas superfícies, permitindo-se ou facilitando-se a evaporação do fluido de revestimento a partir daquelas superfícies ou, em modalidades, em que a superfície receptora é porosa, fluido de revestimento em excesso pode ser removido através da extração do mesmo através da superfície porosa.
[093] Em uma modalidade preferencial, a superfície receptora compreende um material poroso, sendo que os poros são dimensionados para facilitar a passagem de fluido de revestimento através dos mesmos e dimensionados para suportar uma ou mais camadas de hidrogel depositadas nos mesmos.
[094] Em referência às Figuras 7 e 8, na modalidade ilustrada, um leito de impressão [108] compreende uma membrana porosa [400], que serve como a super-fície para receber uma primeira camada de material distribuído (isto é, a superfície receptora). A membrana porosa [400] é mantida no lugar no leito de impressão [108] entre uma peça de caixa [408] e uma peça de tampa [402]. A peça de caixa [408] é um recipiente, que pode ter qualquer formato adequado para receber e conter o lí-quido (por exemplo, quadrado, redondo). O espaço interno da peça de caixa [408] é referido como uma câmara [404]. A peça de caixa [408] tem uma superfície superior [409] que compreende uma tampa rebaixada [412] que se estende a partir do perí-metro da superfície superior [409] da peça de caixa [408]. A superfície superior [409] compreende uma abertura definida por uma ou mais paredes [410], em que a aber-tura é envolvida pela tampa rebaixada [412] e que se estende na peça de caixa [408].
[095] Em referência adicional às modalidades ilustradas nas Figuras 7 e 8, a peça de tampa [402] compreende uma superfície superior [403] que tem uma abertura [416] que se estende através da mesma e paredes laterais [418] configuradas para se encaixar ao redor da tampa rebaixada [412] da peça de caixa [408] facilitando, desse modo, a colocação da peça de tampa [402] na superfície superior [409] da peça de caixa [408]. Quando a peça de tampa [402] é colocada na peça de caixa [408], as aberturas na caixa e na peça de tampa [416] se alinham. Em operação, a membrana porosa [400] é colocada na superfície superior [409] da peça de caixa [408] de modo que a mesma se estenda sobre a abertura na superfície superior [409] da peça de caixa [408], a peça de tampa [402] é, então, colocada no topo da peça de caixa [408] e pressionada para baixo. A pressão para baixo da peça de tampa [402] estica a membrana porosa [400] sobre a abertura na superfície superior [409] da peça de caixa [408] retendo, desse modo, a membrana porosa [400] entre a peça de caixa [408] e a peça de tampa [402]. Em modalidades preferenciais, a peça de tampa [402] e a peça de caixa [408] se encaixam juntas de modo apertado forne- cendo, desse modo, uma conexão que irá permanecer presa durante a operação do sistema fornecida no presente documento.
[096] Em referência adicional às modalidades ilustradas nas Figuras 7 e 8, a peça de caixa [408] compreende uma base sólida [414] e pelo menos um duto de saída [406] para direcionar o fluido na direção contrária à câmara [404] e uma fonte de vácuo (não mostrada) em comunicação fluida com o duto de saída [406] da câmara [404]. A membrana porosa [400] compreende poros dimensionados para facilitar a passagem de fluido de revestimento. A fonte de vácuo (não mostrada) acoplada ao duto de saída [406] pode ser atuada para extrair o fluido de revestimento em excesso coletado na membrana porosa [400] através da membrana porosa [400] na câmara [404] e da câmara [404] através da saída [406], deixando a fibra de hidrogel em sua configuração distribuída no topo da membrana porosa [400].
[097] Em uma modalidade preferencial, um recurso para remover fluido de revestimento em excesso da superfície receptora e, opcionalmente, de uma superfície de hidrogel distribuído pode ser incluída em um sistema configurado para distribuir materiais em uma placa de múltiplas paredes ou prato Petri. Por exemplo, em referência à Figura 9, na modalidade ilustrada, um inserto de placa de cavidade comercialmente disponível [504], é colocado no topo da peça de caixa [408]. Alguns insertos de placa de cavidade [504] têm um formato de gaxeta com uma base produzida a partir de um material de membrana porosa [512]. Na modalidade ilustrada, uma gaxeta [514] é colocada entre os insertos de placa de cavidade [512] e da peça de caixa [408] para aprimorar a vedação entre as duas peças [504 e 408]. Em tais modalidades, a membrana porosa [512] do inserto de placa de cavidade [504] serviria como a "superfície receptora" e qualquer fluido de revestimento em excesso poderia ser removido da mesma com uso de um vácuo acoplado ao duto de saída [406], conforme descrito acima, ou com uso de um dos outros recursos de remoção fluída descritos abaixo.
[098] Em uma modalidade (não mostada), a superfície receptora no leito de impressão compreende ou é colocada adjacente a um material de absorção, que facilita a absorção de fluido de revestimento em excesso da superfície receptora. Por exemplo, um inserto de placa de cavidade que tem uma base produzida a partir de um material de membrana porosa (por exemplo, conforme mostrado na Figura 9) ou qualquer outro substrato de membrana porosa, poderia ser colocado no topo de ou adjacente a um material de absorção, como, por exemplo, uma esponja. O material de absorção agiria para extrair na direção contrária à superfície receptora fluido de revestimento em excesso. Em modalidades em que o material absorvente está disposto abaixo uma superfície receptora porosa, o fluido de revestimento em excesso na superfície receptora seria extraído através da superfície receptora porosa e no material de absorção impedindo, desse modo, o agrupamento de fluido de revestimento em excesso na superfície receptora. Em modalidades em que o material ab-sorvente está disposto imediatamente ao lado ou no topo de uma porção da superfície receptora (por exemplo, na periferia da superfície receptora de modo a não interferir com a deposição de material distribuído), o fluido de revestimento em excesso seria extraído para fora da superfície receptora e no material absorvente.
[099] Em uma modalidade (não mostrada), em vez usar um dos leitos de impressão descritos acima, um ou mais tubos podem ser fornecidos em uma área próxima à superfície receptora e próxima ao orifício de cabeçote de impressão. O um ou mais tubos podem ser fluidamente acoplados a uma fonte de vácuo (não mostrada), que pode fornecer sucção para remover fluido de revestimento em excesso da superfície receptora e, opcionalmente, de uma superfície de hidrogel distribuído. Em tais modalidades, uma superfície receptora sólida ou porosa também pode ser usada.
[0100] Em uma modalidade, ilustrado na Figura 10, o cabeçote de impressão é configurado para compreender adicionalmente um ou mais canais a vácuo [700a, 700b], em que o um ou mais canais a vácuo, cada um, têm um orifício [702a, 702b] situado próximo ao orifício de cabeçote de impressão [222]. O um ou mais canais a vácuo [700a, 700b], cada um, têm uma entrada [704a, 704b] configurada para facilitar a comunicação fluida com um ou mais vácuos (não mostrados). Quando o cabeçote de impressão [100] está em comunicação fluida com um vácuo, o um ou mais canais a vácuo [702a, 702b] direcionam pressão negativa para uma área da superfície receptora na qual os materiais estão sendo distribuídos ou foram distribuídos do orifício de cabeçote de impressão [222] e/ou para uma porção da área de superfície do hidrogel distribuído extraindo, desse modo, o fluido de revestimento em excesso da superfície receptora e, opcionalmente, de uma superfície do hidrogel distribuído eliminando, desse modo, o agrupamento de fluido de revestimento na superfície receptora e/ou no hidrogel distribuído.
[0101] Em uma modalidade, o um ou mais tubos a vácuo são fornecidos, pelo menos em parte, em uma ou mais extensões que se projetam do cabeçote de impressão, as extensões se projetam na mesma direção geral que a extensão que compreende o orifício de cabeçote de impressão e o canal distribuidor (consulte, por exemplo, a Figura 10). Em tais modalidades, a um ou mais extensões que compreendem tubos a vácuo não se estendem para além da extensão que compreende o orifício de cabeçote de impressão e canal distribuidor de modo a não interferir com o hidrogel distribuído e depositado.
[0102] É contemplado que, em algumas modalidades, o recurso de remoção de fluido pode ser um recurso da própria composição de fluido de revestimento. Por exemplo, a composição de fluido de revestimento pode ser projetada para evaporar após a mesma ser distribuída do orifício de cabeçote de impressão eliminando, desse modo, agrupamento de fluido de revestimento em excesso na superfície receptora ou nas superfícies de hidrogel distribuído. Por exemplo, o fluido de revestimento pote ter um ponto de ebulição que resulta na evaporação após ser distribuído, en- quanto permanece em um estado líquido antes de ser distribuído.
MÉTODO DE IMPRESSÃO DE UMA ESTRUTURA TRIDIMENSIONAL
[0103] Em um aspecto, um método de impressão de uma estrutura tridimensional (3D) é fornecido.
[0104] O método primeiro compreende fornecer um projeto para uma estrutura em 3D a ser impressa. O design pode ser criado com uso de software CAD comercialmente disponível. Em uma modalidade, o projeto compreende informações referentes a materiais específicos (por exemplo, para estruturas heterogêneas que compreendem múltiplos materiais) a serem designados para localizações geométricas específicas no projeto.
[0105] O método compreende o uso de uma impressora em 3D, em que a impressora compreende: um cabeçote de impressão, uma superfície receptora para receber material distribuído pelo cabeçote de impressão e uma unidade de posicionamento acoplada de forma operável à superfície receptora, a unidade de posicionamento para posicionar o cabeçote de impressão em uma localização no espaço tridimensional acima da superfície receptora. Por exemplo, diversas modalidades do sistema de impressão fornecidas no presente documento podem ser usadas no método de impressão de uma estrutura em 3D.
[0106] O método compreende fornecer pelo menos dois materiais a serem distribuídos pelo cabeçote de impressão, como um fluido de revestimento e um fluido de hidrogel. Em modalidades preferenciais, um ou mais tipos de célula são compatíveis com e, opcionalmente, distribuídos dentro do hidrogel. Em uma modalidade preferencial, o fluido de revestimento serve como um agente de lubrificação para lubrificar o movimento do hidrogel dentro e a partir do cabeçote de impressão. Em uma modalidade preferencial, o fluido de revestimento compreende um agente de reticu- lação para solidificar pelo menos uma porção do hidrogel antes ou enquanto o mesmo é distribuído do cabeçote de impressão.
[0107] O método compreende comunicar o projeto ao impressor em 3D. A comunicação pode ser alcançada, por exemplo, por um processador de controle programável.
[0108] O método compreende controlar o posicionamento relativo do cabeçote de impressão e a superfície receptora no espaço tridimensional e, simultaneamente, distribuir, a partir do cabeçote de impressão, o fluido de revestimento e o hidrogel, sozinho ou em combinação. Em modalidades preferenciais, os materiais distribuídos a partir da impressão antecipada são distribuídos de modo coaxial, de modo que o fluido de revestimento envolve o hidrogel. Tal disposição coaxial permite que o agente de reticulação solidifique o hidrogel, resultando, desse modo, em uma fibra de hi- drogel sólida, que é distribuída a partir do cabeçote de impressora.
[0109] O método compreende depositar uma primeira camada dos materiais distribuídos na superfície receptora, sendo que a primeira camada compreende uma disposição do material específico pelo projeto e repetir iterativamente a etapa de deposição, depositar o material subsequente sobre a primeira e camadas subsequentes de material, depositando, desse modo, a camada após camada de materiais distribuídos em uma disposição geométrica específica pelo projeto para produzir a estrutura em 3D carregada de célula.
[0110] Em modalidades preferenciais, uma pluralidade de materiais, por exemplo, múltiplos hidrogéis, pelo menos algum dos quais compreende um ou mais tipos de célula, é depositada em uma sequência controlada, permitindo, desse modo, uma disposição controlada de hidrogéis e tipos de célula a serem depositados em uma disposição geométrica específica pelo projeto.
[0111] Em modalidades preferenciais, o método compreende remover o fluido de revestimento em excesso da superfície receptora e opcionalmente a partir da superfície do hidrogel distribuído. Por exemplo, a etapa de remoção do fluido de revestimento em excesso pode ser feita continuamente durante todo o processo de impressão, removendo, desse modo, o excesso de fluido que pode, de outro modo, interferir com a estratificação dos materiais distribuídos na disposição geométrica fornecida pelo projeto. Alternativamente, a etapa de remoção fluido de revestimento em excesso pode ser feita intermitentemente durante todo o processo de impressão em sequência com ou simultaneamente com uma ou mais etapas de deposição. Em algumas modalidades, a remoção de fluido de revestimento em excesso é alcançada extraindo-se o fluido para fora da superfície receptora e opcionalmente para fora de uma superfície do hidrogel distribuído. Em outra modalidade, a remoção de fluido de revestimento em excesso é alcançada extraindo-se o excesso de fluido através da superfície receptora, em que a superfície receptora compreende poros dimensionados para permitir passagem do fluido de revestimento. Em outra modalidade, a remoção de fluido de revestimento em excesso é alcançada fornecendo-se um fluido de revestimento que evapora após ser distribuído do orifício de cabeçote de impressão.
USOS EXEMPLIFICATIVOS DE MODALIDADES DO SISTEMA e MÉTODO DE IMPRESSÃO ESTRUTURAS TRIDIMENSIONAIS CARREGADAS DE CÉLULA
[0112] Em algumas modalidades, as estruturas geradas com uso do sistema e método fornecidos no presente documento podem ser úteis no campo de revelação de fármaco, em que, por exemplo, determinar respostas celulares para os diversos compostos e composições químicas são de interesse. O uso de culturas de célula em 3D fabricadas com uso de modalidades dos sistemas e métodos fornecidos no presente documento pode fornecer condições experimentais que se assemelham de modo mais próximo a condições de tecido e de célula in vivo em relação às culturas de célula em 2D. A disposição em 3D das células pode imitar de modo mais próximo interações célula-célula in vivo e respostas aos estímulos externos e a natureza heterogênea das estruturas em 3D que podem ser geradas com uso do aparelho e dos métodos fornecidos permitem o estudo de tecidos e órgãos em potencial. É contem- plado que estruturas carregadas de célula em 3D fabricadas com uso de modalidades dos sistemas e métodos fornecidos no presente documento podem fornecer um benefício similar ao da indústria de cosméticos ao oferecer um meio alternativo para testas produtos cosméticos.
[0113] Em algumas modalidades, diversas modalidades do sistema e o método fornecido no presente documento são compatíveis com a tecnologia de placa de cavidade padrão. As placas de cavidade ou insertos de placa de cavidade podem ser usadas com ou como parte do leito de impressão nos métodos e sistemas fornecidos no presente documento. Diversas modalidades do sistema e método fornecidos no presente documento são, desse modo, compatíveis com instrumentos e práticas que utilizam placas de cavidade, permitindo que os mesmos sejam prontamente integrados aos fluxos de processo existentes.
[0114] Em algumas modalidades, os canais microfluídicos dentro do cabeçote de impressão são compatíveis com outros módulos microfluídicos. Por exemplo, módulos microfluídicos conhecidos podem ser incluídos no cabeçote de impressão dos sistemas fornecidos no presente documento a montante do orifício de cabeçote de impressão. Tais módulos podem incluir, por exemplo, contagem de célula, armazenamento de célula, análise de célula e/ou módulos de geração de gradiente de concentração.
[0115] Em algumas modalidades, o rendimento de impressão em 3D pode ser aumentado adicionando-se ao sistema cabeçotes de impressão adicionais em paralelo. Cada cabeçote de impressão que compreende todos os elementos exigidos para imprimir uma estrutura de múltiplos materiais permite, desse modo, que diversas estruturas em 3D sejam impressas simultaneamente mediante a inclusão de cabeçotes de impressão adicionais no sistema.
[0116] Embora a invenção tenha sido descrita em referência a certas modalidades específicas, diversas modificações da mesma serão evidentes para aqueles versados na técnica sem se afastar do propósito e do escopo da invenção conforme ressaltado nas reivindicações anexas da mesma. Quaisquer exemplos fornecidos no presente documento são incluídos apenas com o propósito de ilustrar a invenção e não se destinam a limitar a invenção de qualquer modo. Quaisquer desenhos fornecidos no presente documento têm apenas o propósito de ilustrar diversos aspectos da invenção e não se destinam a ser desenhados em escala ou limitar a invenção de qualquer modo. As revelações de toda a técnica anterior citada no presente documento são incorporadas ao presente documento à título de referência conforme apresentado em sua totalidade.REFERÊNCIASAs referências a seguir são fornecidas como exemplos da técnica conhecida em relação a presente invenção. A listagem a seguir não se destina a compreender uma lista abrangente de toda a técnica relevante. Os conteúdos completos de todas as referências listadas no presente relatório descritivo, que inclui os documentos a seguir, são incorporados ao presente documento a título de referência como se apresentado em sua totalidade. 1. Su-Jung Shin, Ji-Young Park, Jin-Young Lee, Ho Park, Yong-Doo Park, Kyu-Back Lee, Chang-Mo Whang, e Sang-Hoon Lee, ""On the fly” continuous generation of alginate fibers using a microfluidic device", Langmuir, Volume 23, 2007, páginas 9104 a 9108. 2. Saif Khalil, e Wei Sun, "Bioprinting endothelial cells with alginate for 3D tissue constructs", Journal de Biomechanical Engineering, Volume 131, 2009, páginas 11 1002-1 - 1 1 1002-8. 3. Min Hu, Rensheng Deng, Karl M. Schumacher, Motoichi Kurisawa, Hongye Ye, Kristy Purnamawati, e Jackie Y. Ying, "Hydrodynamic spinning de hydrogel fibers", Biomaterials, Volume 31, 2010, páginas. 863 a 869. 4. Byung Kim, Intae Kim, Wooseok Choi, Sun Won Kim, JooSung Kim, e Geunbae Lim, "Fabrication de cell-encapsulated alginate microfiber scaffold using microfluidic channel", Journal de Manufacturing Science e Engineering, Volume 130, 2008, páginas 021016-1 - 021016-6. 5. Edward Kang, Su-Jung Shin, Kwang Ho Lee, e Sang-Hoon Lee, "Novel PDMS cylindrical channels that generate coaxial flow, e application to fabrication de microfibers e particles", Lab on a Chip, Volume 10, 2010, página 1856 a 1861. 6. Hiroaki Onoe, Riho Gojo, Yukiko Tsuda, Daisuke Kiriyaand, e Shoji Takeuchi, "Core-shell gel wires for the construction de large area heterogeneous structures with biomaterials", IEEE MEMS Conference, 2010, páginas 248 a 251. 7. Setareh Ghorbanian (2010), Microfluidic probe for direct write de soft cell scaffolds, M.Eng. Thesis. McGill University: Canadá. 8. Edward Kang, Gi Seok Jeong, Yoon Young Choi, Kwang Ho Lee, AN Khademhos- seini, e Sang- Hoon Lee, "Digitally tunable physicochemical coding de material composition e topography in continuous microfibers", Nature Materials, Volume 10, 201 1, páginas 877 a 883. 9. EP 2489779 A1 10. US 2006/010501 1 A1 1 1. US 201 1/0136162 A1 12. US 2012/0089238 A1 2.

Claims (42)

1. Sistema para manufatura aditiva de estruturas tridimensionais, o sistema CARACTERIZADO por compreender:- pelo menos um cabeçote de impressão (100) para receber e distribuir materiais, os materiais compreendendo pelo menos um primeiro material e pelo menos um segundo material, o cabeçote de impressão (100) compreendendo:- um orifício (114) para distribuir os materiais;- canais microfluídicos (200, 202, 204, 206) dispostos dentro do cabeçote de impressão (100) compreendendo um ou mais primeiros canais para receber e direcionar o pelo menos um primeiro material e um ou mais segundos canais para receber e direcionar o pelo menos um segundo material, o um ou mais segundos canais se cruzando em um primeiro ponto de interseção (228) com o um ou mais primeiros canais, o um ou mais segundos canais e o um ou mais primeiros canais se unindo no primeiro ponto de interseção (228) para formar um canal distribuidor (220) que se estende para o orifício (114); e- comutadores fluídicos (210, 212, 214, 216), cada comutador fluídico cor-respondendo a um dos canais microfluídicos (200, 202, 204, 206) no cabeçote de impressão (100) e configurado para permitir ou não permitir fluxo de fluido nos canais microfluídicos (200, 202, 204, 206) do cabeçote de impressão (100) quando acionados;- uma superfície receptora (109) para receber uma primeira camada dos materiais distribuídos a partir do orifício (114);- uma unidade de posicionamento para posicionar o orifício (114) do cabeçote de impressão (100) em espaço tridimensional, a unidade de posicionamento acoplada de forma operável ao cabeçote de impressão (100); e- um meio de distribuição para distribuir os materiais a partir do orifício (114) do cabeçote de impressão (100).
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o pelo menos um primeiro material compreende um fluido de revestimento e/ou um agente de reticulação para solidificar o pelo menos um segundo material mediante contato com o mesmo no ponto de interseção (228) e/ou no canal distribuidor (220).
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que cada segundo canal tem um diâmetro menor que cada um dos primeiros canais e do canal distribuidor (220), em que fluxo dos primeiros canais forma um revestimento coaxial em torno do pelo menos um segundo material no canal distribuidor (220).
4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o pelo menos um segundo material compreende um hidrogel e/ou células vivas.
5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO por compreender adicionalmente um recurso de remoção de fluido para remover primeiro material em excesso distribuído a partir do cabeçote de impressão (100).
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que a superfície receptora (109) compreende uma membrana porosa (400) compreendendo poros dimensionados para permitir passagem do primeiro material em excesso através dos mesmos.
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o recurso de remoção de fluido compreende material absorvente ou um vácuo para extrair o primeiro material em excesso para longe da superfície receptora (109) e/ou para longe do pelo menos um segundo material distribuído na superfície receptora (109).
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o material absorvente ou o vácuo é aplicado abaixo da membrana porosa (400).
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que o vácuo é aplicado acima da superfície receptora (109).
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que o vácuo é aplicado através de um ou mais canais a vácuo (700a, 700b) fornecidos no cabeçote de impressão (100), o um ou mais canais a vácuo (700a, 700b) possuindo um orifício (702a, 702b) situado próximo ao orifício (114) do cabeçote de impressão (100).
11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema compreende reservatórios (110) para conter os materiais, os reservatórios (110) sendo fluidamente acoplados respectivamente aos canais microfluídicos (200, 202, 204, 206) no cabeçote de impressão (100).
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o cabeçote de impressão (100) compreende pelo menos duas entradas (208a, 208b, 208c, 208d) para receber os materiais dos reservatórios (110), cada uma das entradas (208a, 208b, 208c, 208d) estando em comunicação fluida com respectivos canais microfluídicos (200, 202, 204, 206) e os respectivos reservatórios (110).
13. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio de distribuição compreende uma unidade de controle de pressão (112).
14. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que os comutadores fluídicos (210, 212, 214, 216) compreendem válvulas.
15. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o cabeçote de impressão compreende uma pro-jeção oca configurada para se estender do orifício (114) em direção à superfície re-ceptora (109).
16. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema compreende um processador de controle programável para controlar a unidade de posicionamento e para controlar a distribuição dos materiais a partir do cabeçote de impressão (100) na superfície receptora (109).
17. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que cada primeiro canal é configurado para flanquear o um ou mais segundos canais no primeiro ponto de interseção (228).
18. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, CARACTERIZADO pelo fato de que o cabeçote de impressão (100) compreende dois segundos canais, cada um dos segundo canais sendo adaptado para transportar respectivos segundos materiais, os dois segundos canais se cruzando em um segundo ponto de interseção (207, 510) e se unindo no segundo ponto de interseção (207, 510) para formar um terceiro canal (226) que se estende para o primeiro ponto de interseção (228).
19. Sistema, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que os dois segundos canais compreendem um canal de núcleo (506) para receber e direcionar um material de núcleo e um canal de carcaça (508) para receber e direcionar um material de carcaça; em que o canal de carcaça (508) e o terceiro canal (226) possuem diâmetros maiores do que o canal de núcleo (506) para facilitar focalização coaxial dos materiais de núcleo e carcaça, em que fluxo do material de carcaça do canal de carcaça (508) forma um revestimento coaxial em torno do material de núcleo no terceiro canal (226) e em que o terceiro canal (226) é flanqueado pelo o pelo menos dois primeiros canais se unindo para formar o canal distribuidor (220) que se estende para o orifício (114).
20. Sistema para manufatura aditiva de estruturas tridimensionais, o sistema CARACTERIZADO por compreender:- pelo menos um cabeçote de impressão (100) para receber e distribuir materiais, os materiais compreendendo um primeiro material e um segundo material, o cabeçote de impressão (100) compreendendo:- um orifício (114) para distribuir os materiais;- canais microfluídicos (200, 202, 204, 206) para receber e direcionar os materiais ao orifício (114); e- comutadores fluídicos (210, 212, 214, 216), cada comutador fluídico cor-respondendo a um dos canais microfluídicos (200, 202, 204, 206) no cabeçote de impressão (100) e configurado para permitir ou não permitir fluxo de fluido nos canais microfluídicos (200, 202, 204, 206) no cabeçote de impressão (100) quando acionados;- uma superfície receptora (109) para receber os materiais distribuídos a partir do orifício;- um recurso de remoção de fluido para remover primeiro material em excesso distribuído do orifício (114);- uma unidade de posicionamento para posicionar o orifício do cabeçote de impressão em espaço tridimensional, a unidade de posicionamento acoplada de forma operável ao cabeçote de impressão (100); e- um meio de distribuição para distribuir os materiais a partir do orifício (114) do cabeçote de impressão (100).
21. Sistema, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro material compreende um fluido de revestimento e o segundo material compreende um hidrogel.
22. Sistema, de acordo com a reivindicação 20 ou 21, CARACTERIZADO pelo fato de que o recurso de remoção de fluido compreende: um vácuo para extrair o primeiro material em excesso para longe ou através da superfície receptora (109) e/ou do segundo material distribuído na superfície receptora (109); ou um material absorvente para extrair para longe da superfície receptora (109) o primeiro material em excesso.
23. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO pelo fato de que o vácuo é aplicado acima da superfície receptora e através de um ou mais canais a vácuo (700a, 700b) fornecidos no cabeçote de impressão (100), o um ou mais canais a vácuo (700a, 700b) tendo um orifício (702a, 702b) situado próximo ao orifício (114) do cabeçote de impressão (100).
24. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 23, CARACTERIZADO pelo fato de que o cabeçote de impressão (100) compreende pelo menos dois primeiros canais para receber e direcionar o primeiro material e um ou mais segundos canais para receber e direcionar o segundo material, o um ou mais segundos canais e cada um dos primeiros canais se unindo em um primeiro ponto de interseção (228) para formar um canal distribuidor (220) que se estende para o orifício (114).
25. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que cada segundo canal possui um diâmetro menor do que cada um dos primeiros canais e do canal distribuidor (220), em que fluxo dos primeiros canais forma um revestimento coaxial em torno do segundo material no canal distribuidor.
26. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que o cabeçote de impressão (100) compreende dois segundos canais, cada um dos segundos canais sendo adaptado para transportar respectivos segundos materiais, os dois segundos canais se cruzando em um segundo ponto de interseção (207, 510) e se unindo no segundo ponto de interseção (207, 510) para formar um terceiro canal (226) que se estende ao primeiro ponto de interseção (228).
27. Sistema, de acordo com a reivindicação 26, CARACTERIZADO pelo fato de que os dois segundos canais compreendem um canal de núcleo (506) para receber e direcionar um material de núcleo e um canal de carcaça (508) para receber e direcionar um material de carcaça; em que o canal de carcaça (508) e o terceiro canal (226) possuem diâmetros maiores do que o canal de núcleo (506) para facilitar focalização coaxial dos materiais de núcleo e carcaça, em que fluxo do material de carcaça do canal de carcaça (508) forma um revestimento coaxial em torno do material de núcleo no terceiro canal (226) e em que o terceiro canal (226) é flanqueado pelo o pelo menos dois primeiros canais se unindo para formar o canal distribuidor (220) que se estende ao orifício (114).
28. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 27, CARACTERIZADO pelo fato de que o cabeçote de impressão (100) compreende reservatórios (110) para conter os materiais, os reservatórios (110) sendo fluidamente acoplados respectivamente aos canais microfluídicos (200, 202, 204, 206) no cabeçote de impressão (100).
29. Sistema, de acordo com a reivindicação 28, CARACTERIZADO pelo fato de que o cabeçote de impressão (100) compreende pelo menos duas entradas (208a, 208b, 208c, 208d) para receber os materiais dos reservatórios (110), cada uma das entradas estando em comunicação fluida com respectivos canais microfluí- dicos (200, 202, 204, 206) e os respectivos reservatórios (110).
30. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 29, CARACTERIZADO pelo fato de que os comutadores fluídicos (210, 212, 214, 216) compreendem válvulas.
31. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 30, CARACTERIZADO pelo fato de que o cabeçote de impressão (100) compreende um processador de controle programável para controlar a unidade de posicionamento e para controlar a distribuição dos materiais a partir do cabeçote de impressão (100) na superfície receptora (109).
32. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 20 a 31, CARACTERIZADO pelo fato de que o cabeçote de impressão (100) compreende uma projeção oca configurada para se estender do orifício (114) em direção à superfície receptora (109).
33. Método de impressão de uma estrutura tridimensional (3D), o método CARACTERIZADO por compreender:- fornecer uma impressora em 3D, a impressora compreendendo:- pelo menos um cabeçote de impressão (100) compreendendo um orifício (114) para distribuir materiais;- uma superfície receptora (109) para receber uma primeira camada dos materiais distribuídos a partir do orifício (114) do cabeçote de impressão (100); e- uma unidade de posicionamento acoplada de forma operável ao cabeçote de impressão (100), a unidade de posicionamento para posicionar o cabeçote de impressão (100) em espaço tridimensional;- fornecer os materiais a serem distribuídos, os materiais a serem distribuídos compreendendo um fluido de revestimento e um ou mais hidrogéis;- codificar a impressora com uma estrutura em 3D a ser impressa;- distribuir a partir do orifício de cabeçote de impressão (114) os materiais a serem distribuídos, em que o fluido de revestimento e o hidrogel são distribuídos em uma disposição coaxial, e em que o fluido de revestimento envolve o hidrogel;- depositar uma primeira camada dos materiais distribuídos na superfície receptora (109);- repetir a etapa de deposição através da deposição de material distribuído subsequente na primeira e quaisquer camadas subsequentes de material depositado, depositando desse modo camada após camada de materiais distribuídos em uma disposição geométrica de acordo com a estrutura em 3D; e - remover fluido de revestimento em excesso distribuído pelo orifício de cabeçote de impressão (114) em um ou mais pontos no tempo durante ou entre etapas de deposição.
34. Método, de acordo com a reivindicação 33, CARACTERIZADO pelo fato de que o fluido de revestimento compreende um agente de reticulação adequado para reticular e solidificar o hidrogel mediante contato com o mesmo, o contato criando uma fibra de hidrogel.
35. Método, de acordo com a reivindicação 33 ou 34, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de deposição e a etapa de remoção são executadas continuamente, desse modo removendo continuamente o fluido de revestimento em excesso à medida que as camadas de materiais distribuídos são depositadas.
36. Método, de acordo com a reivindicação 33 ou 34, CARACTERIZADO pelo fato de que a etapa de remoção é executada intermitentemente entre e/ou ao mesmo tempo da etapa de deposição, desse modo removendo intermitentemente o fluido de revestimento em excesso à medida que as camadas de materiais distribuídos são depositadas.
37. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 33 a 36, CARACTERIZADO pelo fato de que os um ou mais hidrogéis são adaptados para suportar crescimento e/ou proliferação de células vivas dispersas no mesmo.
38. Método, de acordo com a reivindicação 33, CARACTERIZADO pelo fato de que o cabeçote de impressão (100) compreende canais microfluídicos (200, 202, 204, 206) compreendendo pelo menos dois primeiros canais para receber e direcionar o fluido de revestimento e um ou mais segundos canais para receber e direcionar o um ou mais hidrogéis, os segundos canais se cruzando em um primeiro ponto de interseção (228) com os primeiros canais, os segundos e primeiros canais se unindo no primeiro ponto de interseção (228) para formar um canal distribuidor (220) que se estende ao orifício (114).
39. Método, de acordo com a reivindicação 38, CARACTERIZADO pelo fato de que os materiais a serem distribuídos compreendem um hidrogel de núcleo, um hidrogel de carcaça, e um fluido de revestimento, e em que o hidrogel de carcaça e o hidrogel de núcleo são distribuídos em disposição coaxial, em que o hidrogel de carcaça envolve o hidrogel de núcleo, e em que o fluido de revestimento envolve o hi- drogel de carcaça.
40. Método, de acordo com a reivindicação 39, CARACTERIZADO pelo fato de que o fluido de revestimento compreende um agente de reticulação adequado para reticular e solidificar o hidrogel de carcaça, opcionalmente adicionalmente adequado para reticular e solidificar o hidrogel de núcleo, mediante contato com o mesmo, o contato criando uma fibra de hidrogel.
41. Método, de acordo com a reivindicação 40, CARACTERIZADO pelo fato de que o hidrogel de núcleo é incapaz de gelificar mediante contato com o agente de reticulação, dessa forma facilitando a criação de uma fibra de hidrogel oca.
42. Método, de acordo com a reivindicação 39, CARACTERIZADO pelo fato de que o hidrogel de núcleo se solidifica após deposição.
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