CN113993688A - 三维增材打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种打印方法，该打印方法采用包括能量传递激发装置的设备，该能量传递激发装置可定向成与至少一种油墨产生点状相互作用，以便使所述油墨的目标部分转移到接收器，该至少一种油墨可能包含不均匀性并且被沉积在包括透明相互作用区域的打印介质上，其特征在于，该方法包括产生至少部分地覆盖所述透明相互作用区域的润湿膜的步骤，随后是将所述油墨沉积在所述润湿膜的表面上的步骤和转移步骤。
Description
技术领域
本发明涉及三维增材打印领域，特别是激光辅助的，并且更具体地但不限于生物打印，该生物打印是一种用于活细胞和其它生物产品的空间组织的技术，通过组装它们并且使用计算机辅助的逐层沉积方法来开发活组织和器官，以用于组织工程、再生医学、药物动力学和更一般的生物学研究。激光辅助三维增材打印包括将元件从承载油墨的载片转移到目标或“接收器”，所述油墨包含可通过射流转移的元件，所述射流例如通过利用激光脉冲使基底局部蒸发而产生，提供了被直接转移到油墨的动能，所述动能局部驱动油墨中包含的部分液体、可转移颗粒或颗粒聚集体。
油墨中包含的可转移颗粒或不均匀性可以具有不同的性质。为了本发明的目的，术语“不均匀性”是指油墨的受关注区域，更通常地被称为有机、无机或活性成分的生物油墨，特别是：
-纳米级颗粒，例如由细胞产生的外来体或其它囊泡或生物材料(羟基磷灰石)的纳米颗粒或甚至生物分子(生长因子)的纳米胶囊，
-微观颗粒，例如活细胞(真核细胞、干细胞、小球等)、生物材料的微粒、生物分子(生长因子)的微胶囊，
-中型颗粒，例如由细胞簇形成的球体，表面涂覆有细胞和/或生物材料的微载体。
-在胶囊内或通过粘性液体或凝胶确保其内聚性的颗粒簇。优选地，在生物打印的上下文中，术语“颗粒”被理解为是指具有生物学特性的物体，例如活细胞、外来体或其它生物分子(例如大分子、蛋白质、肽)。
然而，该设备和对应的方法不止于根据本发明的该定义。实际上，颗粒也可以是非生物的(即惰性的)并且由例如一种或多种生物材料组成，它们的性质取决于预期应用。组织工程旨在设计和开发替代溶液，该替代溶液在生物学上能够替代、恢复或维持天然组织(表皮、角膜、软骨、心外膜、心内膜等)或甚至器官的功能。Griffith，L.G.和Nouton，G.(2002)的文章中描述了一个示例，组织工程—当前的挑战和不断扩大的机遇(Tissueengineering–current challenges and expanding opportunities)，《科学》，295(5557)，1009-1014。
为了克服这些缺点，开始构思生物元件的打印，更通常地被称为生物打印，如在以下文章中讨论的：
Klebe，R.(1988年)，细胞描述：一种细胞微定位和二维及三维合成组织构造的方法(Cytoscribing:A Method for Micropositioning Cells and the Construction ofTwo-and Three-Dimensional Synthetic Tissues)，《实验细胞研究》，179(2)：362-373。
和Klebe，R.，Thomas，C，Grant，G.，Grant，A.和Gosh，P.(1994年)，细胞描述：计算机控制的细胞粘附蛋白质和细胞的微定位(Cytoscription:Computer controlledmicropositioning of cell adhésion proteins and cells)，《细胞科学方法》，16(3)：189-192。
本发明更具体地涉及所谓的“LIFT-激光诱导的向前转移”打印技术，也称为LAB(激光辅助生物打印)或BioLP(生物激光打印)，其中激光束被向上引导，接收器位于油墨介质上方。
其上搁置有油墨的介质可以涂覆有牺牲吸收层，例如金层，以通过增加激光能量的吸收来帮助射流产生过程。在这种情况下，激光脉冲在供体界面处被吸收。
替代地，激光打印可以用没有吸收层的油墨介质来执行。在这种情况下，激光器和相关聚焦装置的特性必须被优化，以便能够产生射流，例如超过弱吸收激光辐射的液体(油墨)的烧蚀阈值，以便生成产生打印射流所需的等离子体，或者甚至直接通过冲击波或通过热效应产生空穴气泡。
油墨通常由操作者使用微移液管被沉积在介质上以在所述介质上形成油墨膜，或通过油墨在入口通道和出口通道之间的载片上的循环被沉积在介质上。
背景技术
法国专利FR3030361中描述了通过被向上引导的脉冲激光来打印生物油墨的一般原理。
国际专利申请WO2018193446A1描述了一种激光诱导直接转移方法，其中微流体芯片用作打印头。该头包括透明上部区域、包括中间层通道和与所述中间层通道流体连通的油墨通道的中间区域、以及具有与油墨通道流体接触的孔的下层。当中间层通道中的材料在与孔相对的点处被暴露于能量源(通常为脉冲激光)时，材料部分地蒸发，产生空穴气泡，当空穴气泡破裂时产生瞬时压力增加，从而迫使油墨从孔中出来到达载片下方的接收基底。
这种解决方案不是完全令人满意的，因为它仅与来自位于载片上方的激光器的打印一起工作，并且激光器提供能量以“迫使”颗粒穿过孔，孔的横截面必须足够小以不允许载体流体流动。这导致多个约束，其极大地限制了“待被转移的转移流体/元件”对。
专利申请WO2017004615A1描述了一种材料打印系统，该材料打印系统包括使用接收基底；使用具有透光子介质的目标基底、涂覆在介质上的光子吸收夹层、和涂覆在与介质相对的夹层的顶部上的固相微生物组样品的转移材料；以及引导光子能量穿过透明介质，使得光子能量撞击夹层。通过吸收光子能量来激发夹层的一部分，并且激发的夹层引起转移材料的一部分转移横穿目标基底和接收基底之间的间隙并到达接收基底上。
这种解决方案也不令人满意，因为它涉及形成微孔的介质，不允许替换关注的元件的载体流体的循环。
发明内容
为了解决这些缺点，本发明在其最一般的意义上涉及根据权利要求1所述的方法、设备和流体打印介质。
为了本专利的目的，术语“油墨”将被理解为是指均匀流体或包含颗粒或不均匀性的流体或在激光脉冲的作用下可转移的生物油墨。
通常，该方法包括通过施加被向上引导的脉冲激光照射的转移步骤，以及随后的使覆盖所述透明相互作用区域的润湿膜再生(通过移除或重组所述流体)的步骤。激光照射优选地被向上引导。
为了本专利的目的，“透明相互作用区域”将被理解为是指允许激光束在所述激光器的波长带中通过的实心的、未刺穿的区域。对于其它波长，该区域可以是透明的或不透明的。
为了本发明的目的，术语油墨的“不均匀性”是指有机、无机或活性成分的油墨的任何关注区域，特别是：
-纳米级颗粒，例如由细胞产生的外来体或其它囊泡或生物材料(羟基磷灰石)的纳米颗粒或甚至生物分子(生长因子)的纳米胶囊，
-微观颗粒，例如活细胞(真核细胞、干细胞、小球等)、生物材料的微粒、生物分子(生长因子)的微胶囊，
-中型颗粒，例如由细胞簇形成的球体，表面涂覆有细胞或生物材料的微载体(潜在地是可生物降解的)。
-在胶囊内或通过粘性液体或凝胶确保其内聚性的颗粒簇。
优选地，在生物打印的上下文中，术语“颗粒”被理解为是指具有生物学特性的物体，例如活细胞、外来体或其它生物分子(大分子、蛋白质、肽、生长因子、信使RNA、微RNA、DNA等)。
颗粒也可以是非生物的(即惰性的)并且由例如一种或多种生物材料组成，它们的性质取决于预期的应用。有利地，形成润湿流体膜的所述步骤是通过在圆柱形空间的周边处注射所述润湿液体来执行的，该圆柱形空间的底部由所述透明相互作用区域形成。根据本发明的特定变型实施方式：
-在通过连续施加可定向能量激发的转移步骤期间，所述润湿液体膜仅部分地与所述圆柱形空间的所述周边边缘接触。
-所述润湿膜可以通过包括光聚合、温度改变或凝胶化的中间处理步骤被改性，以便赋予所述流体除润湿性以外的特定性质，例如用作牺牲层或其它以使所述膜光图案化以便使所述载片纹理化并制造微孔，从而控制所述颗粒在所述生物油墨膜中的空间分布。该步骤可以在与油墨的高能打印装置相互作用之前或期间执行。
-移除流体的所述步骤是通过从所述圆柱形空间的所述周边抽吸来执行的。
-移除流体的所述步骤是通过经由外部抽吸器从顶部抽吸来执行的。
-所述润湿流体膜的横截面大于所述润湿流体的毛细管长度。
-在所述打印步骤之后进行移除覆盖所述透明相互作用区域的所述流体的后续步骤。
-形成润湿流体膜的所述步骤是通过向所述相互作用区域供应用于接收一定体积的加压润湿流体的至少一个通道来执行的。
-形成润湿流体膜的所述步骤是通过涂覆、电润湿或离心来执行的。
-形成润湿流体膜的所述步骤是通过允许无接触散布的气流来执行的。
-移除液体膜的所述步骤是通过由至少一个通道连接所述相互作用区域来执行的，所述至少一个通道连接到低于大气压的压力源。
-移除液体膜的所述步骤是通过由至少一个通道连接所述相互作用区域来执行的，所述至少一个通道经由注射泵和/或蠕动泵或甚至经由用于微流体的MEMS系统连接到流动工作的源。
-移除液体膜的所述步骤是通过将所述圆柱形开口放置在相对于大气压的过压下来执行的。
-沉积油墨的所述步骤是从所述润湿流体膜的上表面来执行的。
-沉积油墨的所述步骤是从所述设备的下部分通过向外通到所述中心圆柱形相互作用区域上的孔口来执行的。
-所述方法包括测量至少一种物理性质的改变的步骤，所述至少一种物理性质包括温度、pH、粘度或组件的位置和定向。
-通过伺服马达和反馈回路的系统，所述组件相对于激光束的传播轴线以特定定向定位。
-所述组件直接连接到平台。这种连接使得可以快速建立流体连接，而不必将它们集成到所述打印介质中。
-所述不均匀的生物油墨被存储在管中，所述管的内径尺寸优选地在100和300μm之间，但是范围能够从30μm至1mm。
本发明还涉及一种用于与可定向能量传递激发装置相互作用以产生点状相互作用的油墨的打印介质，所述打印介质用于实现上述方法，所述介质具有由边界围绕的透明相互作用区域，以便形成圆柱形空间，其特征在于，所述打印介质具有：通向所述圆柱形空间的所述边界的、用于向所述透明相互作用区域注射润湿流体的多个通道，以及通向所述圆柱形空间的所述边界的一个或多个抽吸通道。
-有利地，所述抽吸通道经由扩口区域通向所述圆柱形空间的所述边界。
根据变型，
-使用若干技术液体，特别是一种类型的最初有利于润湿的技术液体，所述液体能够具有对所述打印方法有用的其它性能(温度、凝胶化、吸收等)，和在与能量源相互作用之后有利于清洁的技术液体。
-所述油墨穿过所述侧通道被输送到所述中心相互作用空间。
-所述润湿膜通过包括蒸汽冷凝、毛细管润湿和电润湿的方法形成。
根据本发明的不同设备的实施例的具体描述
在阅读以下描述之后，并参考示出非限制性实施方式的附图，将更好地理解本发明，其中：
图1示出了根据本发明的介质的分解图，
图2示出了流体回路的示意图，
图3示出了转移区域的俯视图，
图4示出了根据本发明的变型实施方式的介质的分解图，
图5示出了根据本发明的生物打印设备的示意图，
图6示出了根据本发明的打印头夹持器的立体图，
图7示出了根据本发明的该打印头夹持器的截面图。
转移介质
图1示出了转移介质的一个实施方式的分解图。它由三个切割的载片10、20、30的组件组成，所述三个载片连接以形成具有带有激光束的相互作用区域以及带有润湿和抽吸流体的供应通道的块，所述润湿和抽吸流体用于移除存在于相互作用区域上的液体。
这些载片10、20、30通常由玻璃或硅和/或聚合物(可消毒的或不可消毒的)制成，例如COC、PMMA、聚醚醚酮。替代地，下载片30由在1030nm(所用激光的波长)下透明的材料制成，其它载片10、20能够是透明或不透明的。
上载片10是具有例如在100微米和几毫米之间的厚度的矩形部件。它具有圆形切口11，该圆形切口对应于设置在与中间载片20上的切口相同位置处的切口21。该中间载片20的厚度也在100微米和几毫米之间。载片10的开口11可以具有与开口20不同的几何形状。特别地，它可以是圆形的并且具有更大或较更的半径。
除了圆形切口21之外，它具有三个切口22、23、24，所述三个切口相对于圆形切口21径向延伸，并分别终止于圆形凸起25、26、27的相对端处。这些凸出的切口形成通道，通道中的一个沿着载片20的纵向轴线定向，而其它的通道被布置在中间通道的两侧，外部通道的切口22、24的轴线与中间通道的切口23的轴线形成大约45°的角度，以便在切口21的圆柱形壁中限定大约90°的供应弧。这些值涉及图1中所示的示例；根据需要可以设想其它构造(通道的数量、通道的定位、载片的厚度等)。
切口11和21的横截面被确定为润湿流体的毛细管长度的函数。它稍大于润湿流体的毛细管长度L，以便限制毛细管效应，从而便于润湿流体的最佳散布。上限由可定向脉冲激光器扫描的面积确定。
毛细管长度L根据下测定：
其中：
-TS表示润湿流体的表面张力，
-MV表示润湿流体的密度，
-g表示9.806m.s-2的重力加速度。
在由20°纯水组成的润湿液体的情况下，对于70.10-3N.m-1的表面张力，该毛细管长度L等于2.7毫米。
在与切口22至24相对的一侧，载片20具有由凸起29延伸的另一切口28，该另一切口沿着载片20的纵向轴线径向地定向。该切口28通过扩口区域8连接到圆形切口21的边缘以形成漏斗，该漏斗便于抽吸沉积在由切口21限定的圆柱形空间中的液体。这里再次，这里示出的示例仅是一个实施方式；根据需要可以设想其它构造(出口通道的数量、出口通道的定位、几何形状等)。
下载片30没有中心切口，并形成由切口11、21限定的圆柱形空间的底部。例如，它由在脉冲激光束的波长中透明的材料制成。
它具有三个孔35、36、37，该三个孔分别根据中间载片20的凸起25、26、27定位，以形成用于分别供应切口22、23、24的竖直通道。
第四孔39根据中间载片20的凸起29定位，以便限定通向由切口28形成的管道的竖直抽吸通道。
例如，通过粘合(载片20的材料本身可以用作热活化或热粘结聚合物)使载片相关联，中间载片20的切口22、23、24、28和8在它们的上表面和下表面处分别由上载片10和下载片30封闭，以形成通向围绕中间载片20的圆形切口21的环形壁的通道。
该组件由供应单元40和抽吸单元50完整。
供应单元40具有横向通道41，垂直通道45、46、47通向所述横向通道，所述垂直通道定位成通向下载片30的孔35、36、37。
抽吸单元50具有竖直通道59，该竖直通道的位置被确定为通向下板30的凸起39。该通道59的另一端通向两个垂直通道51、52，一个垂直通道用于抽吸容纳在由中间载片20的切口21限定的圆柱形空间中的液体，另一个垂直通道用于可选地注射清洁液。因此，对于某些构造，抽吸单元50也可以起到供应单元40的作用。在通道59的端部周围，存在凹部，该凹部使得可以容纳任何过量的胶。
供应系统
图2中所示的流体系统包括供应子组件100和抽吸子组件200。可以考虑各种解决方案，特别是蠕动解决方案。
润湿流体供应系统100包括小瓶110，通常是连接到由润湿流体贮存器130供应的泵120的无菌聚苯乙烯小瓶，例如无菌水或生物缓冲溶液，例如PBS或HEPES，使得可以避免对细胞的渗透冲击。
第一常闭电磁阀140控制泵对小瓶110的供应。
第二常开电磁阀150被放置在空气入口151和在小瓶110的内部容积上打开的连接器152之间。
在静止时，电磁阀140关闭，而电磁阀150打开，因此，小瓶的容积经受大气压力。
当希望将流体从小瓶110转移到相互作用区域15时，控制第一电磁阀140的打开以在小瓶110中施加大于大气压的压力，并且通过以受控方式关闭第二电磁阀150来控制供应，以便在相互作用区域15的表面上形成润湿膜16。
抽吸回路200包括连接到介质的出口的第二小瓶210。该第二小瓶210可通过泵220或真空贮存器置于真空下。常开电磁阀240在通气口241上打开，使小瓶210在静止时达到大气压力。当需要抽吸被沉积在相互作用区域15上的液体16时，电磁阀240关闭，并且回收被抽吸到小瓶210中的液体。
如图3所示，润湿液体首先形成连接23和28的膜，然后通过在相互作用区域上抽吸液体而使润湿液体改性(减少)，在由切口11、21限定的圆柱形空间的边缘和膜250的边缘之间留下半环形空间255，称为预润湿膜。结果，沉积在相互作用区域上的弯液面250可能不与容纳在供应通道22至24中的流体连通，这防止液体返回到供应回路。在250和22至24之间连通的方案也是可能的，尤其是具有蠕动泵的推吸系统。
润湿流体流呈现相对高的雷诺数，在一些区域大于2000。该参数使得可以描述边界层的演变以在相互作用区域上产生湍流。
残留的预润湿膜250(在抽吸之后)具有比将被沉积在该预润湿膜上的油墨膜的厚度小的厚度。此外，预润湿液体的性质必须确保对于生物油墨的细胞的完全无害，这就是为什么它由生物相容和/或无菌的元件组成。预润湿液体可以在沉积油墨之前或之后被结构化，例如使用闪光，该闪光通过光聚合产生蜂窝结构，使得可以在盒上产生限定的微孔。
润湿表面也可以通过生化移植、沉积薄层或不使用预润湿流体处理材料的方法产生。
当形成预润湿膜250时，使用例如移液管300或注射泵系统将生物油墨液滴310沉积在流体250的表面上。
生物油墨经由润湿流体250被散布在所得到的润湿表面上。
然后可以发射激光脉冲。
在照射程序之后，液体利用抽吸回路被抽吸和/或通过推动回路被推动，并且清洁液可以在新程序开始之前被注射。
介质的变型实施方式
图4示出了转移介质的变型实施方式的分解图。转移介质与参考图1描述的第一实施方式类似地通过三个切割的载片10、20、30的组件形成，所述三个载片连接以形成具有利用激光束的相互作用区域11以及利用润湿和抽吸流体的供应通道的块，所述润湿和抽吸流体用于移除。这些载片10、20、30通常由玻璃或硅和/或聚合物(可消毒的或不可消毒的)制成，例如COC、PMMA、聚醚醚酮(PEEK)。替代地，下载片30由在1030nm(所用激光的波长)下透明的材料制成，其它载片10、20能够是透明或不透明的。
上载片10是厚度为0.5毫米的尺寸为41.5×23.5毫米的矩形件。它具有直径为17.5毫米的圆形切口11。
中间载片20是从诸如硅树脂或塑料材料或玻璃的材料的片材切割而得到，该片材具有相同的宽度和长度，以及0.15至0.16毫米的厚度，通常在0.1和0.35毫米之间。它还包括可叠加在切口11上的切口21。该薄片材还具有横截面为2毫米的两个圆形切口216、217，该两个圆形切口通过宽度为1毫米的轨道切口连接到圆形切口21。
将切口20连接到圆形切口216的轨道具有相对于切口20横向地、径向地延伸的第一臂212，以及将该臂212的端部连接到切口216的切口218。
将切口20连接到圆形切口217的轨道具有相对于切口20横向地、径向地延伸的第一臂213，以及将该臂212的端部连接到切口217的切口219。
下载片30是与第一载片10尺寸相同的矩形件，该尺寸为41.5×23.5毫米，厚度为0.5毫米。正是这种载片在激光波长带中是透明的，而在其它波长带中是透明或不透明的。它具有直径为17.5毫米的两个圆形的贯穿切口11，所述贯穿切口能够与中间载片20的切口216、217叠加。根据所设想的激光激发的类型，对应于切口11、21的圆形区域可以可选地涂覆有牺牲层，例如金。
通过组装这三个载片10、20、30，微流体介质被限定为具有两个流体入口-出口孔，所述两个流体入口-出口孔穿过下载片30和中间载片20，并被上载片10封闭。该介质还具有由切口11、21限定的相互作用区域，该相互作用区域穿过上载片10和中间载片20并由下载片30形成的透明底部封闭。由切口212、218；213、219形成的两个通道在上表面处由载片10封闭并且在下表面处由载片20封闭。
因此，介质形成包括回路的流体头，该回路用于在已经在相互作用区域上形成弯液面之后，使技术油墨循环，该技术油墨穿过孔216，217中的一个进入相互作用区域并穿过另一个孔流出。
制造方法
这种流体介质的制造开始于制备尺寸为50×75×1或50×75×1.6mm的矩形载玻片或直径为6或8英寸的玻璃晶片。第二步骤包括将聚合物倾倒在载玻片上，当其温度升高时，该聚合物将硬化。该聚合物例如是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，其具有在室温下为液体和加热后硬化的特性。固化步骤使得可以固结PDMS。为了形成0.1至0.2毫米的薄且均匀的层，进行快速旋涂。
第三步骤包括在载玻片中制造圆形切口，一方面，例如通过钻孔，用于形成上层10。另一方面，圆形切口21和轨道212、216、218；213、217、219通过激光、通过湿法化学蚀刻(“湿法蚀刻”)或通过切割来产生。
下一步骤包括例如通过在PDMS层的固结温度下加压来合并这三层。中间玻璃层可以由玻璃层代替，并且在这种情况下，可以通过热结合完成关联。
然后，在由切口11、21界定的区域中通过真空沉积来执行在下载片30的圆形表面上沉积金层的步骤。
然后将液体介质清洗、包装、灭菌。
打印机的说明
图5示出了使用如前所述的流体头1000的打印机的方框图。相互作用区域定位在夹持器2000上，该夹持器包括用于连接供应管道5011和排出管道5010的流体连接器。
夹持器2000被安装在具有竖直贯穿通道3210的界面板3200上，用于使激光束3100穿过流体介质1000的相互作用区域。由机器人臂支撑的移液器4000使得可以将细胞油墨的液滴沉积在流体介质1000的相互作用区域上。
生物油墨回路包括用于从贮存器5004向流体介质1000的相互作用区域进行供应的第一蠕动泵5001，以及确保流体介质1000的相互作用区域的内容物被抽吸并被排放到收集器5003中的第二蠕动泵5002。电子控制电路6000控制两个蠕动泵5001、5002以及移液器4000的操作并控制用于控制该移液器相对于流体介质1000的定位的机器人臂的操作。该设备还包括连接到夹持器2000的真空泵。
该设备使得可以将与细胞油墨接触的元件限制到单个移液器4000和流体介质1000以及供应贮存器5004和收集器5005，该设备的所有其它元件不与生物油墨接触。
夹持器的详细描述。
图6和图7示出了用于流体介质1000的夹持器2000的一个实施方式的详细视图。在打印介质上形成的活性空腔形成一种陪替氏培养皿，其中存在要通过激光脉冲被转移到接收器的受关注的颗粒。困难在于，对于流体介质1000的整个有用的相互作用区域，确保流体介质1000相对于激光焦点的非常精确的定位。预期的精度通常是±20μm。为了实现这种精度，已知流体介质1000是可互换的，这意味着流体介质被重复地放置和移除，同时每次都具有相对于激发激光的聚焦平面的精确定位。
为此，夹持器2000由可磁化的金属块机加工而成。该固体块具有完全平坦的上表面2010，四个圆柱形密封壳体2011至2014形成到该上表面中。第一对弯曲通道2021、2023将空腔2011，2013中的两个连接到设置在侧面上的流体连接器2033。
第二对倾斜通道2022、2024将另外两个空腔2012、2014连接到设置在前面上的气动连接器2032、2034。
这些流体连接器中的两个用于将连接到真空泵7000的真空管道相连接，真空泵用于产生低压，该低压通过抽吸作用以大的力和精度保持流体介质1000被施加在夹持器2000的上表面2010上。根据真空泵7000的控制，流体介质被保持在适当位置或被释放。
另外两个空腔2011、2013用于传送进入和离开流体介质1000的流体。它们的位置与孔216、217的位置相对应。这些空腔2011、2013包括密封件并且与流体连接器2031、2033连通，该流体连接器用于将连接蠕动泵5001和5002的管道相连接。
夹持器通过磁性连接或通过穿过设置在突片2061、2062上的通道2051、2052的螺栓被固定在激发头上，特别是固定在允许激发激光束穿过的窗口的边缘上。
流体介质1000的上面交替地面向自动移液器4000放置，以将受关注的物质沉积在形成在流体介质1000的空腔中的流体膜上，或者与接收器相对，通过生物打印过程将关注的物质沉积在该接收器上。使用机器人臂定位两个元件。
工作原理
根据本发明的系统使得可以在无菌的封闭腔室中完全自动地执行生物打印循环，而无需人工干预，这使得可以避免接收器的任何玷污或污染风险。
整个方法被分解成5个不同的步骤，并且每个步骤响应于某些约束。
第一步骤：供应消耗品。
在操纵开始时，实验者安装一次性消耗品，该一次性消耗品由流体管、技术油墨、特别是技术油墨源5004和废物容器5003、细胞油墨、用于移液器的锥体、接收器、头和具有这些连接的夹持器组成。
为了便于使用者安装，该系统使用蠕动泵5001、5002，从而允许与这些流体管的容易连接。
打印40cm2组织需要约40个打印循环；如果1ml的技术油墨用于1个循环，这意味着需要40ml的技术油墨。必须使每个循环使用的技术油墨的体积最小化。
第二步骤：灌注流体介质的相互作用空腔。
灌注的目的是填充管、流体介质1000的入口通道以及空腔。
在填充期间，应当避免在管和空腔密封中产生气泡。这些气泡然后将在该方法期间移动到容器中并干扰其平稳行进。为此，以协调的方式控制两个蠕动注射泵5001和抽吸泵5002，以在灌注期间抽吸的同时用力推动，以便消除气泡。
第三步骤：图案打印循环。
该步骤将循环尽可能多的次数以在同一盒处发射。使用两个蠕动泵5001、5002使得可以在流体介质的入口212和出口213之间建立连续的流体桥，并且避免由局部干燥引起的任何干扰，从而形成对技术油墨流动的屏障。该流体桥使得可以在流体介质的入口和出口之间建立接触，因为如果没有接触，则抽吸不会影响存在于空腔中的液体。流体桥尤其使得可以将接触线推回，以便完全润湿相互作用空腔。
执行抽吸以便减小膜的厚度并断开膜和流体系统的其余部分(通道和空腔的边缘)之间的接触。
希望确保膜的再现性。它必须总是具有相同的轮廓和相同的厚度。预润湿膜的控制对于散布的再现性是关键的。
此外，必须断开流体接触；否则，细胞可通过毛细作用被抽吸到通道中。为此，可以在空腔上蚀刻锚固线，以便固定预润湿膜的接触线。
第四步骤：细胞油墨沉积。
这种沉积是通过机器人臂完成的。为了防止在沉积期间形成细胞簇并不利地影响散布的均匀性，移液器必须正好在沉积之前使细胞油墨溶液均质化。
第五步骤：安装接收器。
该步骤由机器人臂执行。
生物打印步骤
然后，在流体介质1000的空腔上执行连续的激光照射，以便将图案打印在接收器上。
然后只要盒可以被拉动，循环就从循环的开始重新开始。
在使用牺牲层的解决方案的情况下，在流体头上可能的照射的次数受到激光打印方法中金的烧蚀的限制。实际上，不可能在相同的位置发射，因为金的缺乏阻碍了图案的转移。对于间隔500μm的正方形图案的液滴，以及50μm的电流斑点，理论上可以有100个图案。然而，已经观察到发射后点周围金表面的变形，并且在该区域中的移除可能降低打印的质量。
当完成组织的打印时，可以通过在抽吸中使用管中的两个来清空管，并且可以丢弃消耗品。
Claims (27)
1.一种打印方法，所述打印方法采用包括能量传递激发装置的设备，所述能量传递激发装置能够定向成与至少一种油墨产生点状相互作用，以便使所述油墨的目标部分转移到接收器，所述至少一种油墨可能包含不均匀性并且被沉积在具有透明相互作用区域的打印介质上，其特征在于，所述方法包括：产生至少部分地覆盖所述透明相互作用区域的润湿膜的步骤，随后是将所述油墨沉积在所述润湿膜的表面上的步骤，以及转移步骤。
2.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，形成润湿膜的所述步骤是通过在圆柱形空间的周边处注射润湿液体而在所述周边处进行的，所述圆柱形空间的底部由所述透明相互作用区域形成。
3.根据权利要求2所述的打印方法，其特征在于，在通过连续施加可定向能量激发的转移步骤期间，润湿液体的所述膜仅部分地与所述圆柱形空间的周边边缘接触。
4.根据权利要求2所述的打印方法，其特征在于，通过包括光聚合、温度改变或凝胶化的中间处理步骤来使所述润湿膜改性，以便赋予所述润湿膜除润湿性以外的特定性能。
5.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，在所述打印步骤之后进行移除覆盖所述透明相互作用区域的所述油墨的后续步骤。
6.根据权利要求1或2所述的打印方法，其特征在于，移除所述润湿膜的所述步骤是通过从所述圆柱形空间的所述周边抽吸来进行的。
7.根据权利要求6所述的打印方法，其特征在于，移除流体的所述步骤是通过经由外部抽吸器从顶部抽吸来进行的。
8.根据权利要求2所述的打印方法，其特征在于，润湿流体的所述膜的横截面大于所述润湿流体的毛细管长度。
9.根据权利要求2所述的打印方法，其特征在于，形成润湿流体的膜的所述步骤是通过向所述相互作用区域提供接收一定体积的加压润湿流体的至少一个通道来进行的。
10.根据权利要求2所述的打印方法，其特征在于，形成润湿流体的膜的所述步骤是通过涂覆、电润湿或离心来进行的。
11.根据权利要求2所述的打印方法，其特征在于，形成润湿流体的膜的所述步骤是通过允许无接触散布的气流来进行的。
12.根据权利要求1或2所述的打印方法，其特征在于，移除液体膜的所述步骤是通过由至少一个通道连接所述相互作用区域来进行的，所述至少一个通道连接到低于大气压的压力源。
13.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，移除液体膜的所述步骤是通过由至少一个通道连接所述相互作用区域来进行的，所述至少一个通道经由注射泵和/或蠕动泵或甚至是用于微流体的MEMS系统连接到流动工作的源。
14.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，移除液体膜的所述步骤是通过将所述圆柱形开口(11、21)放置在相对于大气压的过压下来进行的。
15.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，沉积油墨的所述步骤是从所述润湿流体膜的上表面来进行的。
16.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，沉积油墨的所述步骤是从所述设备的下部分通过向外通到所述中心圆柱形相互作用区域(11、21、30)上的孔口来进行的。
17.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述方法包括测量至少一种物理性质的改变的步骤，所述至少一种物理性质包括温度、pH、粘度或组件(10、20、30)的位置和定向。
18.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，通过伺服马达和反馈回路的系统，将组件(10、20、30)相对于激光束的传播轴线以特定定向定位。
19.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，组件(10、20、30)直接连接到平台。
20.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，包含不均匀性的所述油墨被存储在管中，所述管的内径尺寸优选地在100和300μm之间，但是范围能够从30μm至1mm。
21.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，所述接收器被设置在所述打印介质上方。
22.根据权利要求1所述的打印方法，其特征在于，载有颗粒的所述油墨是生物油墨。
23.一种用于油墨的打印介质，所述油墨与能够定向的能量传递激发装置相互作用以产生点状相互作用，所述打印介质用于实现根据权利要求1至20中至少一项所述的方法，所述介质具有由边界围绕的透明相互作用区域，以便形成圆柱形空间，其特征在于，所述打印介质具有：通向所述圆柱形空间的所述边界以用于向所述透明相互作用区域注射润湿流体的多个通道，以及通向所述圆柱形空间的所述边界的一个或多个抽吸通道。
24.根据权利要求23所述的打印介质，其特征在于，所述抽吸通道经由扩口区域通向所述圆柱形空间的所述边界。
25.根据权利要求23所述的打印介质，其特征在于，使用若干技术液体，特别是一种类型的最初有利于润湿的技术液体和在与能量源相互作用之后有利于清洁的技术液体，最初有利于润湿的所述技术液体能够具有对所述打印方法有用的其它性能(温度、凝胶化、吸收等)。
26.根据权利要求23所述的打印介质，其特征在于，所述油墨穿过侧通道被输送到中心相互作用空间。
27.根据权利要求23所述的打印介质，其特征在于，所述润湿膜通过包括蒸汽冷凝、毛细管润湿和电润湿的方法形成。
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