EP4192378A1 - Tröpfchenweise digital gesteuertes aufbringen einer kryogenen flüssigkeit - Google Patents

Tröpfchenweise digital gesteuertes aufbringen einer kryogenen flüssigkeit

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EP4192378A1
EP4192378A1 EP21773742.8A EP21773742A EP4192378A1 EP 4192378 A1 EP4192378 A1 EP 4192378A1 EP 21773742 A EP21773742 A EP 21773742A EP 4192378 A1 EP4192378 A1 EP 4192378A1
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EP
European Patent Office
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cryogenic liquid
temperature
application
use according
liquid
Prior art date
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Pending
Application number
EP21773742.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas GIMMER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuerth Elektronik GmbH and Co KG
Original Assignee
Wuerth Elektronik GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Wuerth Elektronik GmbH and Co KG filed Critical Wuerth Elektronik GmbH and Co KG
Publication of EP4192378A1 publication Critical patent/EP4192378A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/02—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by cooling, e.g. cryogenic techniques
    • A61B18/0218—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by cooling, e.g. cryogenic techniques with open-end cryogenic probe, e.g. for spraying fluid directly on tissue or via a tissue-contacting porous tip
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    • A61B2018/00791—Temperature
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    • A61B2018/00982—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body combined with or comprising means for visual or photographic inspections inside the body, e.g. endoscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F7/00—Heating or cooling appliances for medical or therapeutic treatment of the human body
    • A61F2007/0001—Body part
    • A61F2007/0052—Body part for treatment of skin or hair

Definitions

  • the invention relates to a use of a cryogenic liquid, a device which is designed for a corresponding use of a cryogenic liquid, and a system for producing a component, which includes a corresponding device.
  • the invention relates to the use of a cryogenic liquid, characterized in that the cryogenic liquid is applied to a surface drop by drop in a digitally controlled manner in order to influence, in particular to specifically influence, a temperature of the surface.
  • the use also includes, for example, influencing, in particular targeted influencing, of a temperature of an area lying beneath the surface, in particular of a layer or a substrate.
  • Embodiments can have the advantage that they enable a targeted local thermo-kinetic influencing of the surface to which the cryogenic liquid is applied dropwise in a digitally controlled manner.
  • the application of the cryogenic liquid droplets can serve to specifically, for example exclusively, specifically influence the temperature of the surface acted upon, for example a surface of a substrate.
  • a temperature of the surface can be set by means of this targeted temperature influencing.
  • a two-dimensional spatial temperature gradient can be generated in a targeted manner.
  • the application can serve, for example, to selectively influence the temperature of an area below the applied surface, i.e. a three-dimensional area of an object whose surface is exposed to the cryogenic liquid.
  • a temperature of the area can be set by means of this targeted temperature influencing.
  • a three-dimensional spatial temperature gradient can be generated in a targeted manner.
  • Application or “acting on” is understood here to mean such a dropwise, digitally controlled application of the cryogenic liquid that the applied droplets of the cryogenic liquid influence the temperature of the “acted on” surface.
  • cryogenic liquid reaches the surface, remains on it or changes to a gaseous state of aggregation during or immediately after the application process and leaves the surface again.
  • the “application” or “acting on” can include an application of the droplets, in which the applied droplets of the cryogenic liquid change into the gaseous state of aggregation during the application process.
  • the cryogenic liquid does not reach the "acted on” surface.
  • the transition to the gaseous state of aggregation creates, for example, a temperature sink over the "acted on” surface, which extracts heat from the "acted on” surface Heat is withdrawn, for example, via the atmosphere the surface is in.
  • the temperature of the surface can be indirectly influenced by the cryogenic liquid.
  • Whether the droplets reach the surface or not can be done, for example, by controlling or regulating one or more of the following parameters: droplet size, exit velocity, distance of the printhead from the surface, angle of droplet emission relative to the surface, ambient pressure and/or ambient temperature.
  • cryogenic liquid can be specifically controlled, for example, whether, when and/or where the droplets reach the surface. This corresponds to focusing the cooling using the cryogenic liquid.
  • the cryogenic liquid reaches the surface, locally stronger cooling of the surface and/or cooling that extends deeper into the area below the surface can be achieved. If the cryogenic liquid does not reach the surface, a weaker cooling of the surface locally and/or a cooling that extends less deeply into the area below the surface can be achieved.
  • excessive stress on the surface due to direct contact of the surface with the cryogenic liquid can be avoided.
  • undesired, for example chemical interactions of the cryogenic liquid with the surface and/or with substances applied to the cooled surface can be avoided.
  • the temperature of the surface is recorded with a suitable, preferably non-contact, temperature measuring device during the application of the cryogenic liquid.
  • a suitable, preferably non-contact, temperature measuring device for example, an infrared thermometer can be used.
  • the temperature can be measured once or preferably several times, in particular continuously, during dpr Rpaii chlaPiin? ppmpwpn wprdpn 7 R 11m fp ⁇ ;t7iistpllpn. oh dip Tpmnpratur in
  • a distribution scheme for distributing the cryogenic liquid on and/or over the surface can define, for example, where, when, how much cryogenic liquid is to be applied and whether the applied cryogenic liquid is to reach the surface or not.
  • the distribution scheme defines a spatial and/or temporal distribution of the cryogenic liquid.
  • the distribution scheme defines a spatially and/or temporally varying release quantity of the cryogenic liquid.
  • the distribution scheme may define a distribution in which the delivery of the cryogenic liquid is modulated such that the cryogenic liquid reaches the surface at one or more locations while not reaching the surface at one or more other locations.
  • a distribution can be implemented which includes both a direct and an indirect temperature influence on the surface in a locally controlled manner.
  • thermo-kinetic influencing of the surface can be used, for example, to prepare the exposed surface, i.e. to set the temperature, for a subsequent processing operation on the surface.
  • the thermo-kinetic influencing of the surface can serve to functionally influence the surface acted upon.
  • the temperature setting can affect the physical, chemical and/or biological properties of the surface.
  • the thermo-kinetic influencing of the surface can serve to structurally influence the surface that is acted upon.
  • Embodiments can have the advantage that a cryogenic liquid is applied to the surface precisely drop by drop, ie drop by drop.
  • the droplets can be small droplets.
  • it can be a droplet size of less than 100 picoliters (pl), preferably less than 10 pl.
  • they can be droplets with a droplet size of 1 pl to 10 pl, preferably 1 pl to 5 pl.
  • a corresponding finely structured temperature control or temperature regulation on the surface makes it possible to control physical and/or chemical processes or reactions on the surface precisely or with pinpoint accuracy.
  • the corresponding cooling effect can be controlled not only two-dimensionally but also three-dimensionally. and chemical nature of the surface. If more cryogenic liquid is applied locally, its cooling effect can last longer, for example, since a larger cold reservoir is provided.
  • the temperature profile over time on the surface and in the interior of the object to which the action is applied, for example a substrate can be controlled or regulated in conjunction with a suitable temperature measurement. Based on the temperature measurement, for example, the amount of cryogenic liquid dispensed, such as the number and/or frequency of the droplets, can be regulated. For example, the delivery of the cryogenic liquid can be regulated to reach and/or maintain a predefined temperature.
  • non-contact temperature measurement Preferably non-contact temperature measurement.
  • a print head used for the application may be in contact with the surface or spaced from it.
  • the digitally controlled deposition of the cryogenic liquid controls a location of the deposition in 2D or 3D, a volume of the deposition, and/or an angle of the deposition relative to the surface.
  • the volume and/or the angle can be position-dependent.
  • Embodiments can have the advantage that the application of the cryogenic liquid can be controlled as a function of position.
  • the position of one or more print heads and/or one or more print nozzles of a print head can be detected and controlled relative to the surface.
  • the dropwise deposition is dependent on a position in 2D, ie dependent on a position within a plane parallel to the surface.
  • the dropletwise application occurs as a function of a 3D position, ie as a function of a position in three dimensions above the surface.
  • the surface can include structures and the print head can be moved in the z direction perpendicular to the surface in addition to movements in the x and y directions parallel to the surface.
  • the x, y and z directions are, for example, coordinates of a Cartesian coordinate system. particularly into the object having the surface.
  • the volume of cryogenic liquid applied can be controlled, for example, by controlling the number and/or size of cryogenic liquid droplets applied at the same location.
  • Angular control of the dropwise application of the cryogenic liquid relative ZL of the surface makes it possible, for example in the case of a structured surface, to cover corresponding structural elements of the surface with cryogenic liquid with pinpoint accuracy.
  • side walls of the corresponding elevations and/or indentations in the surface can also be covered with cryogenic liquid in precise droplets.
  • a digital controller is understood to mean a computer-based controller using control commands which, for example, controls the application of the cryogenic liquid in droplets as a function of the position.
  • the dispensing position of the cryogenic liquid in 2D or 3D as well as the volume, i.e. the number of droplets and/or droplet size, and the angle of the droplet dispensing can be controlled.
  • a rate at which the droplets are dispensed can also be controlled.
  • Digital control of the drop-by-drop delivery of the cryogenic liquid can have the advantage that the amount of cryogenic liquid delivered can be precisely controlled, on a drop-by-drop basis, i.e., in the picoliter range for example.
  • control is accomplished using digital control commands.
  • Corresponding control commands translate, for example, a predefined distribution scheme for distributing the cryogenic liquid on and/or over the surface into instructions for controlling a pressure unit applying the cryogenic liquid to the surface.
  • the cryogenic liquid is stored in a container that is fluidly connected to a digital printhead.
  • the digital print head is digitally controlled to apply the cryogenic liquid drop by drop to the surface.
  • the distribution scheme may define a distribution in which the delivery of the cryogenic liquid is modulated such that the cryogenic liquid reaches the surface at one or more locations while not reaching the surface at one or more other locations.
  • a distribution can be implemented which includes both a direct and an indirect temperature influence on the surface in a locally controlled manner.
  • Embodiments can have the advantage that, for example, a printing unit can be provided with a digital print head, which is digitally controlled and, depending on the control, dispenses the cryogenic liquid dropwise over the surface and/or applies it to the surface.
  • the digital printhead is moveable relative to the surface.
  • Embodiments can have the advantage that, by moving the digital print head in 2D or 3D, different dispensing positions can be assumed relative to the surface and the cryogenic liquid can be dispensed or applied to the surface depending on the respective dispensing position.
  • an object comprising the surface can be movable in 2D and/or 3D relative to the print head.
  • both the print head and the object can be movable.
  • a detection unit is also provided, which detects the relative position of the surface and the digital print head to one another.
  • the object and/or the digital print head can have position markings, which are detected by the corresponding detection unit.
  • the corresponding acquisition unit can, for example, comprise an image sensor for acquiring image data.
  • the corresponding detection unit can be configured for a distance measurement using interferometry, in particular laser interferometry.
  • the position of the digital print head can be controlled so that it maintains a predefined minimum distance from the surface.
  • the position of the digital printhead can be controlled to maintain a constant distance from the surface and/or a distance within a predefined interval.
  • Rpj nipkwp p can dip position dps dieitalpn Driickkonfs so ppstpuprt wprdpn that dr
  • the surface has a temperature above -50°C, above -20°C, in particular above 0°C, before the liquid is applied.
  • the surface is at room temperature before the liquid is applied.
  • the surface has the body temperature of an animal or a human before the liquid is applied.
  • the surface has a maximum temperature of 100° C. before the liquid is applied.
  • Embodiments can have the advantage that strong local cooling of the surface can be achieved by means of the cryogenic liquid.
  • the temperature of the cryogenic liquid can be -275 to -75°C.
  • the cryogenic liquid may be -272°C to -269°C in the case of helium, -259°C to 252°C in the case of hydrogen, -210 to -196°C in the case of nitrogen, 189 to 189°C in the case of argon -186°C, in the case of oxygen -218°C to -183°C and in the case of carbon dioxide -78.5°C.
  • the corresponding temperature ranges can be varied by adjusting the pressure. For example, at a lower pressure, lower temperatures can be achieved with the cryogenic liquid without a liquid-to-solid phase transition. For example, at higher pressure, higher temperatures can be achieved with the cryogenic liquid without a liquid to gas phase transition.
  • the cryogenic liquid is applied under a protective atmosphere.
  • the cryogenic liquid is applied under a protective atmosphere with an increased or reduced oxygen content relative to the normal atmosphere.
  • a protective atmosphere serves to prevent chemical reactions between the surface exposed to the cryogenic liquid and the atmosphere, i.e. the protective atmosphere.
  • Embodiments can have the advantage that undesired chemical reactions of the cryogenic liquid and/or chemical components of the surface can be suppressed by using a protective atmosphere.
  • protective gases such as nitrogen, carbon dioxide, oxygen, argon, helium, hydrogen and/or carbon monoxide can be used for the protective atmosphere.
  • Gphalt dpr pnt ⁇ ;nrpchpndpn c.hiit7Pasp in dpr Atmo ⁇ ;nh rp can rplativ 7iir Normalat-
  • an oxygen-free atmosphere can be used, such as in the case of using hydrogen as the cryogenic liquid.
  • the oxygen content in the protective atmosphere can be increased relative to the normal atmosphere. This can be particularly advantageous if the cryogenic liquid is used in connection with an oxidation process. In this case, for example, no hydrogen is used as the cryogenic liquid.
  • the cryogenic liquid is applied under overpressure. According to embodiments, the cryogenic liquid is applied under reduced pressure.
  • Embodiments can have the advantage that by controlling the pressure under which the cryogenic liquid is applied, the temperature of the applied cryogenic liquid can be controlled. This means that the physical state of the cryogenic liquid in the liquid phase is dependent on the pressure. By changing the pressure, the temperature at which the cryogenic liquid is actually in the liquid state can be controlled. The temperature which the cryogenic liquid has when it is applied as a liquid can thus also be varied. For example, the pressure can be reduced and as a result lower temperatures can be achieved with the cryogenic liquid without it changing into the solid phase. For example, the pressure can be increased and as a result higher temperatures can be achieved with the cryogenic liquid without it changing into the gas phase.
  • the pressure of the atmosphere in which the cryogenic liquid is applied to the surface it can be controlled whether the applied cryogenic liquid remains in the liquid phase or changes to a gaseous or solid phase.
  • contact times between the cryogenic liquid and the surface can be controlled.
  • this makes it possible to control the effect of the filling effect and, on the other hand, interactions of the cryogenic liquid with other physical and/or chemical processes for which the cooling takes place can be controlled and/or prevented.
  • the pressure can be reduced, thereby achieving a transition of the cryogenic liquid from the liquid to the gaseous phase.
  • the cryogenic liquid can be detached from the surface again within a short time and a disturbance of further subsequent physical and/or chemical processes can be avoided.
  • Embodiments can have the advantage that a 2D and/or 3D structure of the surface or of the object comprising the surface is recorded.
  • a corresponding detection can, for example, take place visually using a camera.
  • the detection can take place using a microscope.
  • a scanning probe microscope such as a scanning tunneling microscope, atomic force microscope, magnetic force microscope, scanning near-field optical microscope or a scanning near-field acoustic microscope can be used.
  • a digital model for example a 3D model, of the surface is created using the recorded data. Based on the recorded 2D and/or 3D surface structures, structural elements of the surface to which the cryogenic liquid is to be applied can be determined.
  • a corresponding determination of the structure elements can take place, for example, by a selection by a user or automatically using an image recognition method.
  • the structural elements of the surface are determined and/or the control data are generated automatically.
  • the control data is generated automatically as a function of the structural elements of the surface determined, for example, by means of an image recognition method.
  • characteristic properties can be, for example, geometric properties or physical properties, such as color in the case of an image acquisition of the surface structure. Color here refers to the reflectance behavior when irradiated with light of one or more wavelengths in the visible and/or non-visible wavelength range, ie monochromatic or polychromatic light.
  • control data can be generated which control the application of the cryogenic liquid to the specific structural elements.
  • the corresponding control data can define, for example, at which positionpn WPICHP Vnlumpn krvoppnpr Flii ⁇ ; ⁇ ;ipkpit in wplcnpm Winkpl ar>7iipphpn h?w aiif7iihrin-
  • the use also includes creating a digital distribution scheme for applying the cryogenic liquid to the specific structural elements depending on the detected 2D and/or 3D structure.
  • the control data is configured to control the application of the cryogenic liquid to the particular structural elements according to the distribution scheme.
  • a digital distribution scheme is created that defines the application of the cryogenic liquid to the specific structural elements depending on the detected 2D and/or 3D structure.
  • a 3D model of the structures of the surface is used for this purpose, for example.
  • a corresponding distribution scheme can be used in particular to visualize a proposal for applying the cryogenic liquid.
  • a corresponding suggestion is generated automatically, for example, and/or using user input.
  • the recorded 2D and/or 3D structure or a digital model of the surface generated using the recorded data can be used to define at which positions and at what angles cryogenic liquid is to be applied.
  • it can be defined on the basis of 3D structures, for example, which volume of cryogenic liquid is to be applied.
  • the control data is designed to control the application of the cryogenic liquid to the specific structural elements according to the distribution scheme.
  • the control data can be a translation of the distribution scheme into control data, i.e. control commands, for a controller controlling the application of the cryogenic liquid.
  • the digital distribution scheme is displayed on a display device and controlling the application of the cryogenic liquid using the control data according to the distribution scheme entails receiving confirmation of the displayed distribution scheme via an input device.
  • Embodiments can have the advantage that the digital distribution scheme is displayed on the display device and is thus visualized for a user.
  • the user can there"; pnt nrpchpndp Vprtpihinp ⁇ ; ⁇ ;chpma nrüfpn Rpj nipkwpi p will be there «; pnt nrpchpndp Vpr Change droplet size, number of droplets and/or droplet rate.
  • angles can be set at which the cryogenic liquid is applied.
  • use of the control data according to the distribution scheme requires explicit confirmation of the displayed distribution scheme by the user. A corresponding confirmation can be received from the user directly in response to the display of the distribution scheme or after receiving correction information and changing the distribution scheme according to the received correction data.
  • the surface is living or dead biological material.
  • the biological material includes in particular: microorganisms, a cell culture and/or a cell assembly, in particular an in-vivo or in-vitro cell assembly, in particular an in-vitro cell assembly for the growth of an artificial organ or part of an organ, the biological material being human or animal skin or tissue sample.
  • Embodiments may have the advantage of having a cooling rate ("freezing rate") of over 100°C per minute while cooling the tissue to below -25°C, preferably to a temperature of -45°C to -25°C It has been shown that a very high proportion of the cells cooled in this way die as a result.This temperature range is particularly useful in those applications in which the low temperatures are used for the targeted killing of cells in a spatially narrowly defined area.
  • the amount of cryogenic liquid applied is metered to cool the temperature of the cells to about 0.5°C to 15°C. This leads to a local suppression of pain sensations and can, for example, be carried out in addition to local surgical, e.g. laser-based interventions. For example, initially on a specific tissue to be operated on or treated with a laser with the
  • a control device can control the amount of cryogenic liquid delivered via the printhead per unit of time and/or the position of the printhead relative to the surface in such a way that the amount and frequency of the applied droplets ensures that the temperature of the tissue surface and/or the cells within an in vivo or in vitro tissue is maintained within a predefined temperature range for a predefined period of time.
  • the temperature range and the depth profile of the temperature range depend on the respective application (cryogenic destruction of cells or pain reduction, depth and 3D structure of subcutaneous structures (e.g. warts, cancerous growths, etc.).
  • the method is repeatedly applied to the same surface multiple times, e.g., twice or three times, e.g., multiple times within an hour or multiple times within a second. This can further increase the proportion of dead and/or thermally inactivated cells.
  • the controller is configured to control the application of droplets of the cryogenic liquid to the surface such that the application is continuous and maintains discrete areas on and below the surface at a defined temperature for a defined period of time.
  • the device has multiple containers for multiple volumes of cryogenic liquid.
  • the printhead has a plurality of nozzles, each fluidly connected to one of the reservoirs.
  • the containers contain different cryogenic liquids and/or cryogenic liquids of different temperatures. This makes it possible, similar to inkjet printing, to cool down very finely granular surface areas and/or tissue areas to a specific temperature by complex control of the print pattern generated by the individual printing nozzles.
  • the printing process can be controlled in such a way that a first cryogenic liquid from a first container with a particularly low temperature is applied in high droplet density by a first nozzle onto a first area of the surface, under which the 7pntrum dps 711 yprstörpndpn GPWPHPS (7th R War7P Krphsppswear ptc ) hp- Drop-densely applied to surrounding, "second" areas of the surface. The surrounding skin and tissue areas are cooled, but at temperatures above 0°C, to avoid ice formation.
  • the device has a plurality of nozzles which can be controlled individually and emit droplets of the cryogenic liquid of different sizes and/or different frequencies. This also makes it possible to cool down very finely granular surface areas and/or tissue areas to a specific temperature by complex control of the print pattern generated by the individual print nozzles.
  • the printing process can be controlled in such a way that a first nozzle applies the cryogenic liquid in a high droplet density and/or with a large droplet volume to a first area of the surface, below which the center of the tissue to be destroyed is located.
  • the tissue is cooled to such an extent that the cells die as a result of the cell walls being perforated by ice crystals.
  • a second nozzle applies the cryogenic liquid in a low droplet density and/or with a small droplet volume to surrounding, "second" areas of the surface.
  • the surrounding skin and tissue areas are cooled here, but to temperatures above 0°C to avoid ice formation .
  • “Small” or “large/high” drop density or volumes can be a relative specification, which means, for example, that a "small” drop has a volume that is at least 20% smaller than a "large” drop or that a "small “ Drop density is at least 20% less than a "large” drop density.
  • cryo-based destruction of tissue and a cryo-based, non-destructive cooling of surrounding tissue for the purpose of reducing pain can be carried out in a single application step.
  • low temperatures are already being used to relieve pain during surgical interventions (e.g. with scalpels or lasers).
  • these methods have the disadvantage that they are associated with a high outlay in terms of equipment (additional cryogenic devices are required in addition to the surgical devices).
  • embodiments of the invention can have the advantage that the surgical intervention and the cooling for pain relief can be carried out in a single work step and with the same device.
  • cryogenic liquid is used here to refer to a liquid that is used to cool objects by applying this liquid, e.g. in technical applications or scientific experiments.
  • a cryogenic liquid has a temperature below 0 °C.
  • the cryogenic liquid be a liquid gas that is generated, for example, by central facilities or commercial providers by liquefying the corresponding gases (for air/nitrogen, for example, using the Linde process) and brought to the respective application in special transport containers be, for example, liquid nitrogen and/or liquid helium, hydrogen, nitrogen, argon, oxygen or mixtures of two or more of the aforementioned gases.
  • the cryogenic liquid used for biological, medical and/or cosmetic purposes can in particular be liquid nitrogen or other non-toxic, biocompatible cryogenic liquids.
  • cryogenic liquids makes it possible to achieve very high freezing speeds and is less dangerous to handle (risk of explosion and fire) than liquid oxygen, for example.
  • the print head is designed as a matrix print head in which an application pattern or print image is generated by the targeted firing or deflection of small liquid droplets.
  • the printhead may be a drop-on-demand printhead, i.e., a printhead that fires a single drop.
  • the printhead is configured to generate droplets having a droplet size of less than 100 picoliters (pl), preferably less than 10 picoliters.
  • the production of such fine droplets can have the advantage that a particularly finely structured pattern can be produced.
  • Top devices are in the range of 1 pl to 5 pl.
  • the droplets can be sprayed at a frequency of more than 10,000 drops/second.
  • the print head contains a plurality of print nozzles that can emit the droplets at a nozzle-specific frequency, with the nozzles being able to be controlled individually and droplets being able to be generated at different frequencies.
  • the generation of very small droplets in high and preferably variabe adjustable - Scar tissue, especially excessive scar tissue (keloid);
  • the removal of pigment spots, scar tissue, port-wine stains, warts and/or keratoses can serve aesthetic purposes.
  • the use is:
  • cryosurgical procedure in particular a local dermatological procedure
  • an interventional therapy method for tumors e.g. therapy for liver metastases, lung or prostate tumors;
  • a procedure for the temporary or permanent inactivation or destruction of nerve cells e.g. pain therapy for phantom pain or to reduce pain caused by surgical interventions.
  • the temporary inactivation of nerve cells to reduce surgery-related pain can be carried out before, during or after the operation.
  • the operation is a cryosurgical procedure performed by the same device that performs the cryogenic liquid for pain relief.
  • the cryosurgical intervention and the pain treatment intervention are controlled and performed together in a single work step.
  • a cryogenic jet of at least 5 milliseconds with liquid nitrogen can already bring about significant pain relief.
  • the surface is human or animal skin in vivo or in vitro.
  • An "in vitro" skin is a two-dimensional or three-dimensional cell structure that consists of or contains skin cells and is cultivated using various methods on nutrient media or nutrient substrates.
  • "in vitro" tissues such as in vitro organs are involved or organ parts to those cultured outside of a human or animal organism in an artificial environment.
  • this enables very fine-grained local growth control.
  • Growth-inhibiting active ingredients can hardly be applied locally because they diffuse in the medium.
  • the cryogenic liquid can also be used to control the cell inhibition over time, as it can be ended or extended at any time.
  • growth-inhibiting substances can no longer be removed from the cell culture medium.
  • the pressure device can be completely integrated into a sterile incubator for cell cultures, so that it is not necessary to open the incubator to carry out manual steps manipulating cell growth.
  • the cryogenic liquid is applied, for example, at least before one of the structuring steps in order to influence the subsequent structuring step.
  • a structuring step takes place through the application of the cryogenic liquid.
  • Embodiments can have the advantage that local structuring processes of a substrate can be controlled through the use of the cryogenic liquid.
  • the surface temperature can be varied locally with pinpoint accuracy by applying the cryogenic liquid.
  • Physical and/or chemical processes affecting the surface can depend on the corresponding surface temperature.
  • chemical reaction rates can be controlled.
  • a deposition rate can be temperature-dependent and structure formation on the surface can thus be controlled.
  • a chemical removal process such as an etching process, can be temperature dependent and thus the rate of removal can be controlled by controlling the local temperature.
  • a synthesis reaction in the course of a polymerization i.e. a synthesis reaction which converts identical or different monomers into polymers, can be temperature-dependent.
  • a corresponding polymerization process can be locally controlled by a local temperature variation.
  • the structuring step is a chemical reaction, a physical deposition step and/or a polymerization.
  • a reaction speed of the chemical reaction is controlled locally by the application of the cryogenic liquid.
  • the application of the cryogenic liquid locally changes an aggregate state of a substance involved in the chemical reaction, the physical deposition step and/or the polymerization.
  • a local temperature variation can locally vary the states of aggregation.
  • the substances involved can be converted from a gas phase into a liquid or solid phase by cooling.
  • a corresponding change in the state of aggregation can influence a chemical reaction, a physical separation step iind/odpr pinp Pnlvmprisatinn hahpn Rpi ni kw i cannpn by pinpn Phaspn- Embodiments can have the advantage that the cryogenic liquid can be used, for example, for structuring a substrate on which a circuit is to be printed.
  • the structuring can create a structural requirement that is necessary for the imprinting or the geometric configuration of the circuit.
  • the cryogenic liquid is used to produce a component.
  • the component is, for example, an electronic component.
  • the electronic component is, for example, an integrated electronic circuit, for example based on silicon and/or germanium or on a polymer electronic basis.
  • the component can be, for example, an electronic component, a mechanical component and/or a component that provides a specific surface structure.
  • a surface structure can be used, for example, to support, prevent and/or control a mechanical, electromagnetic or chemical process.
  • Mechanically the surface structure can, for example, support, prevent and/or control mechanical movements, for example of atoms, molecules or moving elements on the surface.
  • Electromagnetically the surface structure can, for example, support, prevent and/or control electromagnetic interactions on the surface or across the surface.
  • the surface structure can, for example, support, prevent and/or control a chemical process, for example as a catalyst or inhibitor.
  • the cryogenic liquid is applied before a doping step in order to locally modulate a doping.
  • Embodiments can have the advantage that doping can be locally modulated by local temperature control using the cryogenic liquid.
  • doping can take place by means of diffusion.
  • Diffusion is a thermally activated balancing process of a concentration difference, for example in a solid. If there is a concentration difference, foreign atoms can, at sufficiently high temperatures, pr pindrinppn and I hpwpppn Dip pntsnrpchpndp Rpwppun? dpr Frpmdatomp
  • the invention relates to a device designed for carrying out the use of a cryogenic liquid according to one of the embodiments described here.
  • the device is configured, for example, for one or more or each of the aforementioned embodiments of using the cryogenic liquid.
  • the invention relates to a device for applying a cryogenic liquid to a surface to influence a temperature of the surface with a container for holding the cryogenic liquid, a digital print head which is fluidically connected to the container and a control device for controlling the print head for dropwise application of the cryogenic liquid to the surface.
  • Embodiments can have the advantage that a corresponding device can be provided, for example in the form of a printing unit, which prints the cryogenic liquid drop by drop onto the surface using the digital print head.
  • the dropwise application is controlled by a control device.
  • the corresponding control device uses control data, for example.
  • the corresponding control data can result, for example, from a distribution scheme provided for applying the cryogenic liquid.
  • the control data can translate the corresponding distribution scheme into control commands, with which the control device controls the printing unit.
  • the control device can be a device integrated into the printing unit or, for example, a computer system to which the printing unit is connected.
  • the print head contains a plurality of individually controllable nozzles.
  • Each of the nozzles is configured to control the size and/or frequency of droplets ejected from the respective nozzle in response to control data from the controller.
  • the device is a medical device, in particular a medical device for the selective application of the cryogenic liquid to an organ or a part of an organ.
  • the organ or organ part can be an in-vivo or in-vitro organ or organ part.
  • the organ can in particular be human or animal skin.
  • the medical device can also be pin Gpr t 711m splpktivpn Aufhrinppn dpr krvoppnpn getssipkpit on pinzplnp and is 0.05 millimeters thick.
  • the horny layer on the palms of the hands and the soles of the feet is up to several millimeters thick ("cornea").
  • the dermis consists mainly of connective tissue fibers and serves to nourish and anchor the epidermis. It contains blood vessels, nerves and the smooth muscles that are important for temperature regulation and blood vessels.
  • the hypodermis contains the larger blood vessels and nerves for the upper skin layers as well as the subcutaneous fat and loose connective tissue.
  • the subcutaneous tissue contains sensory cells for strong pressure stimuli, for example the lamellar bodies.
  • all skin layers can be cooled to temperatures below 10°C, also below 0°C, also below -20°C, also below -40°C for a predefined period. This can destroy tissue and/or reduce the activity of the nerves located therein, in particular for the purpose of pain relief).
  • the device can be embodied as a tool with a shape that enables the print head to be guided and positioned with one hand.
  • the shape can in particular have the form of a pen, painting or drawing implement.
  • the device may have an elongate shape and the print head mounted at the front end of the device.
  • the device has a holding portion designed to allow the device to be picked up and guided by a human hand.
  • the holding area can have a depression or taper and/or consist of elastic material.
  • the device can be an endoscope.
  • the device can comprise a first unit, which contains the container and the control device, and a second unit, which is intended for introduction into the body in order to destroy metastases or other undesirable tissue formations there and/or temporarily or permanently to individual nerves disable.
  • the second unit contains the print head and optionally further elements (camera, temperature sensor, possibly surgical forceps, laser, etc.) and is coupled to the first unit via a preferably flexible connection.
  • the device is a pressure device that is an integral part of a device for the automated cultivation of one or more cell cultures.
  • the device is an apparatus designed to be movable in two or three dimensions for charging the individual cells and/or the organ or part of an organ, in particular an organ or part of an organ cultivated in vitro, with the cryogenic liquid.
  • the apparatus includes a temperature sensor and is designed to detect the surface temperature of the organ or organ part during exposure to the temperature sensor and to use it to regulate exposure. For example, the number, size and/or exit velocity of the cryogenic droplets and/or the distance or angle of the print head relative to the surface can be adjusted such that the temperature of the surface is within a predefined temperature range. This very fine-grained control of the surface temperature can be particularly advantageous when biological material is exposed, since temperatures that are too low can lead to the destruction of individual cells or entire tissue.
  • the death of cells should be avoided in application scenarios in which it is only a matter of locally slowing down cell growth or relieving pain. But also in applications in which specific tissue areas are to be destroyed, a narrow focus of the application area is advantageous since damage to the surrounding tissue can be prevented.
  • the device may be configured to adjust the surface temperature to a range that slows cell growth but does not result in cell death.
  • the device can be configured so that when the tissue or the organ or part of an organ is exposed to a cryogenic liquid, the surface temperature is within a target temperature, with the target temperature being selected such that tissue damage and cell death is avoided.
  • the application process can be regulated in such a way that the cryogenic droplets are already in contact with dpr before they reach the surface of the cells or tissue 7PIIP prfolet «jondprn dip Kühhin?
  • a device described here for applying a wide variety of biological and non-biological materials can also be equipped with a - preferably contactless - temperature sensor and/or can be configured to carry out the application in such a way that the temperature of the exposed surface is within a target temperature range , which excludes damage to the material.
  • a temperature range can, for example, be a temperature range in which a cooling effect only takes place via the ambient air, because the droplets have evaporated before they reach the surface.
  • the invention relates to a system for producing a component, in particular an electronic component, comprising a device according to one of the embodiments described above.
  • the surface is a substrate.
  • the system carries out one or more structuring steps in order to structure the surface and/or to apply a two-dimensional or three-dimensional structure to the surface.
  • the cryogenic liquid is applied by the device, for example, at least before one of the structuring steps in order to influence the subsequent structuring step.
  • a structuring step takes place through the application of the cryogenic liquid.
  • the component can be, for example, an electronic component, a mechanical component and/or a component that provides a specific surface structure.
  • Such a surface structure can be used, for example, to support, prevent and/or control a mechanical, electromagnetic or chemical process.
  • the surface structure can, for example, support, prevent and/or control mechanical movements, for example of atoms, molecules or moving elements on the surface.
  • Electromagnetically, the surface structure can, for example, support, prevent and/or control electromagnetic interactions on the surface or across the surface.
  • the surface structure can, for example, support, prevent and/or control a chemical process, for example as a catalyst or inhibitor.
  • Embodiments can have the advantage that the cryogenic liquid can be used in the course of manufacturing a component, such as an electronic component, for controlling physical and/or chemical processes.
  • a system for producing a corresponding component includes a corresponding
  • a pressure unit can be provided, for example, which prepares the surface accordingly by applying the cryogenic liquid. Structuring then takes place in an adjacent structuring unit, into which the treated surface is transferred.
  • FIG. 1 is a schematic view of an exemplary apparatus for applying a cryogenic liquid
  • FIG. 2 is a schematic view of an exemplary pressure unit for applying a cryogenic liquid
  • FIG. 3 is a schematic view of an exemplary pressure unit for applying a cryogenic liquid
  • FIG. 4 shows a schematic view of an exemplary system for producing a component
  • FIG. 5 shows a flow chart of an exemplary method for applying a cryogenic liquid
  • FIG. 6 shows a flow diagram of an exemplary method for applying a cryogenic liquid
  • FIG. 7 shows a flow diagram of an exemplary method for applying a cryogenic liquid
  • FIG. 8 shows a schematic view of an exemplary device for the cryosurgical application of a cryogenic liquid
  • FIG. 9 shows a schematic view of an exemplary device for manual application of a cryogenic liquid in vitro.
  • FIG. 10 shows a schematic view of an exemplary device for the automatic application of a cryogenic liquid in vitro.
  • FIG. 1 shows an exemplary device 100 for applying a cryogenic liquid 103 dropwise to a surface 112 of an object 113.
  • pinp pushbutton 104 hprpitpp tpllt WPICHP pinpn pushbutton 106 is included. wplchpr about that cryogenic liquid 103 to be applied is located.
  • one or more print heads 106 can be provided, which can be moved in two or three spatial directions by a movement unit 107 .
  • the print heads 106 can, for example, each comprise one or more individually controllable nozzles.
  • each of the nozzles may be configured to control the size and/or frequency of droplets ejected from the respective nozzle in response to commands from a controller 102 .
  • a protective atmosphere can prevail inside the printing unit 104, for example.
  • the pressure in the printing unit 104 can be increased or decreased compared to the normal pressure of the environment.
  • the control device 102 can be a computer system or a computer device, for example.
  • the corresponding computer device can include hardware 114 with one or more processors and a memory in which program instructions are stored for controlling the computer system 102 and the printing unit 104.
  • the control device 102 can input devices, such as a keyboard 116 and/or a mouse 118.
  • the control device can comprise a display device 120, such as a screen, on which a graphical user interface or GUI ("Graphical User Interface") is displayed.
  • the corresponding graphical user interface 122 can, for example, display an image 127 of the surface 112 as well as a distribution scheme 126 which displays an intended distribution of the cryogenic liquid on and/or over the surface 112 .
  • the graphical user interface 122 may include controls 124 to confirm a proposed distribution scheme 126 and/or to correct the corresponding proposal.
  • a user can confirm the proposed distribution scheme 126 and/or make corrections to the proposed distribution scheme 126 by means of the corresponding control elements 124 using the input devices 116 , 118 .
  • the device 100 may further include a capture device.
  • the corresponding detection device can be, for example, a visual detection device such as a camera. In particular, the detection device can be a microscope. Structure elements to which the cryogenic liquid 103 is to be applied can be determined on the basis of the image 127 of the surface 112 .
  • FIG. 2 shows a detailed view of an exemplary printing unit 104 from FIG. 1.
  • the corresponding printing unit 104 includes a print head 106.
  • the corresponding print head can include one or more printing nozzles.
  • a position of the corresponding print head relative to the surface 112 can be controlled by a movement unit 107, for example.
  • the corresponding movement unit 107 makes it possible, for example, to move the print head 106 relative to the surface 112 in 2D, ie in a plane parallel to the surface 112, and/or in 3D.
  • a distance D of the print head 106 from the surface 112 can be set.
  • the corresponding distance D can be varied, in particular depending on a 2D position relative to the surface 112.
  • the distance D can be kept constant and/or kept constant within a predetermined interval.
  • a minimum distance between the print head 106 and the surface 112 can be maintained, for example, by regulating the distance D.
  • an angle a can be varied, at which the print head 106 applies the cryogenic liquid to the surface 112 drop by drop.
  • a corresponding variation of the angle a can take place, for example, by pivoting the print head 106 about one, two or three pivot axes which are perpendicular to one another.
  • a protective atmosphere can be generated within the pressure unit 104 and/or the prevailing pressure can be regulated.
  • a protective atmosphere and/or regulating the pressure under which the cryogenic liquid is applied to the surface 112 the effect of the cryogenic liquid, in particular the effect on the surface and/or on substances involved in physical and/or chemical reactions, can be targeted be controlled locally.
  • the effect of the substances involved in the physical and/or chemical reactions can be controlled by using a protective atmosphere and/or by regulating the pressure.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a printing unit 104 which comprises a plurality of print heads 106.
  • the movement unit 107 can be designed, for example, so that the individual print heads 106 can be moved independently of one another in 2D and/or 3D.
  • the corresponding print heads can, for example, be pivoted independently of one another about one, two and/or three pivot axes which are perpendicular to one another.
  • Fiei ir 4 7Pi?t pi np An lapp 1 0 7 iir Hp r tp llu np pi np ⁇ ; Ra i ip lp mpnt"; i n ⁇ ;hp ⁇ ;nnnp rp pi np ⁇ ; p lp kt
  • the application of the cryogenic liquid can, for example, take place simultaneously with a structuring of the surface 112 .
  • the printing unit 104 would be integrated into the structuring unit 109 .
  • the cryogenic liquid can be applied before a corresponding structuring step, as shown in FIG.
  • the cryogenic liquid is applied to the surface 112 of the object 113 by means of the print head 106 that can be positioned using the movement unit 107 .
  • the application can take place, for example, according to a previously defined distribution scheme.
  • the corresponding object 113 is then transferred to the structuring unit 109 .
  • the same atmospheres prevail in the printing unit 104 of the structuring unit 109, in particular a protective atmosphere.
  • the pressure in both units 104, 109 can be identical. Alternatively, the pressures prevailing in the units 104, 109 could differ.
  • the structuring unit 109 can be, for example, a unit that is configured to carry out a chemical reaction, a physical deposition step and/or a polymerization.
  • the structuring unit 109 provides, for example, the substances involved in the corresponding structuring step and controls the physical framework conditions.
  • a local temperature variation for influencing the structuring step then occurs, for example, through the local distribution of the cryogenic liquid.
  • FIG. 5 shows a flow chart of an exemplary method for applying a cryogenic liquid to a surface.
  • a distribution scheme is created.
  • a corresponding distribution scheme can be specified or set by a user, for example.
  • a distribution scheme can be based on a predefined structure to be produced of the surface to which the cryogenic liquid is to be applied.
  • a corresponding structuring template is provided, which defines the predefined structure to be produced.
  • the distribution scheme can be a distribution of the cryogenic liquid according to the predetermined structural shapes.
  • the distribution scheme for distributing the cryogenic liquid on and/or over the surface can define, for example, where, when, how much cryogenic liquid is to be applied and whether the applied cryogenic liquid is to reach the surface or not.
  • the distribution scheme defines a spatial and/or temporal distribution of the cryogenic liquid.
  • Example- wpi p dpfiniprt da «; prtpiliinp ⁇ ; ⁇ ;chpma pinp räiimlichp iind/ndpr 7Pilichp variiprpndp Ahea- includes both a direct and an indirect temperature influence on the surface.
  • control data is generated using the distribution scheme.
  • the corresponding control data are, for example, control commands for controlling one or more print heads for applying the cryogenic liquid to a surface.
  • the control data can define at which positions of the printhead relative to the surface, how much cryogenic liquid is to be applied and at what angle.
  • an appropriate device such as a pressure unit, is controlled to apply the cryogenic liquid to the surface using the control data.
  • the cryogenic liquid is dispensed over the surface and/or the cryogenic liquid is applied to the surface according to the distribution scheme generated in block 204 .
  • further physical and/or chemical processes can be carried out in a controlled manner, which are influenced by the local temperature change caused by the cryogenic liquid.
  • FIG. 6 shows a flow chart of an exemplary method for applying a cryogenic liquid which, in addition to the method shown in FIG. 5, includes detecting a structure of the surface in block 200.
  • a corresponding detection of a structure of the surface can be advantageous, for example, if the physical and/or chemical processes which are to be influenced by the application of the cryogenic liquid depend on predetermined structures of the surface.
  • the structure of the surface is recorded in block 200, for example.
  • structural elements are determined to which the cryogenic liquid is to be applied. The corresponding determination of the structure elements can take place, for example, by input from a user and/or can take place automatically. In the case of an automatic determination of the structural elements, a method for image recognition can be used, for example.
  • the corresponding structural elements can be determined, for example, based on their geometry and/or their visual appearance, such as their color.
  • the distribution scheme in block 204 is generated, for example, based on the determined structural elements such that the positions at which the cryogenic liquids are applied to the surface correspond to the positions of the structural elements.
  • nip meneen of the applied kvoeenen Fl i issiekeit in Ah- Controlling a corresponding device for applying the cryogenic liquid is used. Subsequent to or at the same time as the application of the cryogenic liquid, for example, further physical and/or chemical processes can be carried out in a controlled manner, which are influenced by the local temperature change caused by the cryogenic liquid.
  • FIG. 7 shows a flow chart of a further exemplary method for applying a cryogenic liquid to a surface.
  • the structure of a surface to which the cryogenic liquid is to be applied is first detected in block 200 .
  • structural elements are determined which are to be at least partially covered with the cryogenic liquid.
  • a distribution scheme for applying the cryogenic liquid is generated using the determined structural elements.
  • the generated distribution scheme is displayed on a display device, for example.
  • a user's confirmation of the distribution scheme is received.
  • corrections to the distribution scheme can be received and the displayed distribution scheme corrected accordingly. For example, after the corrections have been completed, the correspondingly corrected distribution scheme is confirmed.
  • control data for controlling a device for applying the cryogenic liquid according to the distribution scheme is generated.
  • the corresponding device is controlled using the control data generated in block 210 .
  • one or more further physical and/or chemical processes can take place in a controlled manner, which are controlled locally by the local temperature control using the cryogenic liquid.
  • FIG. 8 shows an exemplary device 700 for applying a cryogenic liquid 708 to a surface 712 for use in a medical or cosmetic context.
  • the device can be used to destroy or remove skin lesions.
  • the apparatus includes a container 702 for holding the cryogenic liquid, a digital printhead 706 fluidly connected to the container, and a controller 704 for controlling the printhead to apply the cryogenic liquid dropwise to the surface.
  • Rpi dpr device 700 can p ⁇ ; So I urn pin mpniyintpchnischps Gpraet inshpsondprp
  • the surface 712 can be, for example, the epidermis of human or animal skin 710 or some other surface of individual cells or a cell assembly.
  • the epidermis is a stratified squamous epithelium usually between 0.03 and 0.05 millimeters thick.
  • the horny layer on the palms of the hands and the soles of the feet is up to several millimeters thick ("cornea").
  • the dermis consists mainly of connective tissue fibers and serves to nourish and anchor the epidermis. It contains blood vessels, nerves and the smooth muscles that are important for temperature regulation and blood vessels.
  • the hypodermis contains the larger blood vessels and nerves for the upper skin layers as well as the subcutaneous fat and loose connective tissue.
  • the subcutaneous tissue contains sensory cells for strong pressure stimuli, for example the lamellar bodies.
  • all skin layers can be cooled to temperatures below 10°C, also below 0°C, also below -20°C, also below -40°C for a predefined period.
  • tissue can be destroyed and/or the activity of the nerves located therein can be reduced, in particular for the purpose of relieving pain before, during or after a local operation.
  • the application of the cryogenic liquid is preferably not carried out according to the "all or nothing" principle, but via a large number of nozzles which can be controlled individually and eject the droplets of the cryogenic liquid in such a way that the droplet ejection of the various nozzles differs in terms of size and/or or frequency.
  • This can result in complex patterns that adapt individually to the skin and subcutaneous structures to be treated. For example, it is even possible to produce ring-shaped pressure patterns with very strong cooling, so that the cells within the ring-shaped pressure pattern die but the cells in the center not. Such structures occur again and again in various skin lesions.
  • cryogen applied to the skin creates a heat sink beneath the skin's surface, formed as a temperature gradient. The steeper the gradient, the faster a given amount of heat is extracted. Thus, to be successful, the cryogen should produce a large drop in surface temperature as quickly as possible.
  • FIG. 9 shows a manually operable device 800 for applying the cryogenic liquid in vitro.
  • flat 2D or 3D cell structures such as bacterial cell structures (“biofilm”), artificial skin, artificial cartilage, associations of liver cells, muscle cells, etc.
  • biofilm bacterial cell structures
  • the growth of the cells can be controlled.
  • the print head 706 is positioned manually on the areas of the cell assembly that are to be destroyed or slowed down in growth.
  • a highly localized application of a cryogenic liquid can be used not only for medical and cosmetic purposes but also for scientific questions, for example to promote metabolism and cell growth in certain areas amen or the cell metabolism selectively in a selected region by very rapid cooling to below 0°C for further analysis.
  • FIG. 10 shows a device 900 for the automatic application of the cryogenic liquid via a print head 706 in vitro.
  • the device 900 is attached to a movable element 902 in a rigid or movable (eg rotatable and/or pivotable) manner.
  • a movable element 902 eg rotatable and/or pivotable
  • the automatic drip application of cryogenic liquid via printhead 706 may have the advantage of increasing control over exactly where cryogenic liquid is applied.
  • Corresponding embodiments are therefore particularly suitable for high-precision applications.
  • the print head 706 preferably has a plurality of individually controllable print nozzles.
  • the device and the arm 902 are an integral part of an incubator or other device that is used to control the temperature and optionally also to move one or more prokaryotic or eukaryotic cell cultures.
  • This can have the advantage that the device can be regularly positioned on certain surface areas of the cell assembly in order to apply the cryogenic liquid there and to control cell growth. Since both the device 900 and the movable unit 902 are part of the incubator or device, a cryotreatment can be carried out repeatedly without increasing the risk of infection.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer kryogenen Flüssigkeit (103). Die Verwendung umfasst ein tröpfchenweises digital gesteuertes Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit (103) auf eine Oberfläche (112, 712) zur gezielten Beeinflussung einer Temperatur der Oberfläche (112, 712) und/oder eines unter der Oberfläche liegenden Bereichs, insbesondere einer Schicht oder eines Substrats.

Description

Tröpfchenweise digital gesteuertes Aufbringen einer kryogenen Flüssigkeit
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer kryogenen Flüssigkeit, eine Vorrichtung, welche ausgebildet ist zu einer entsprechenden Verwendung einer kryogenen Flüssigkeit, sowie eine Anlage zur Herstellung eines Bauelements, welche eine entsprechende Vorrichtung umfasst.
Aus dem Stand der Technik ist die Auftragung von kryogenen Flüssigkeiten auf verschiedene Oberflächen zu verschiedenen Zwecken bekannt. Allerdings erlauben herkömmliche Verfahren oftmals nur eine grobe Kontrolle des Aufragvorgangs, der vielen Anforderungen nicht gerecht wird. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Ausführungsformen der Erfindung können miteinander kombiniert werden sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
In einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung einer kryogenen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die kryogene Flüssigkeit tröpfchenweise digital gesteuert auf eine Oberfläche aufgebracht wird zur Beeinflussung, insbesondere zur gezielten Beeinflussung, einer Temperatur der Oberfläche.
Nach Ausführungsformen umfasst die Verwendung beispielsweise ferner eine Beeinflussung, insbesondere eine gezielte Beeinflussung, einer Temperatur eines unter der Oberfläche liegenden Bereichs, insbesondere einer Schicht oder eines Substrats.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass sie eine gezielte lokale thermo-kinetischen Beeinflussung der Oberfläche ermöglichen, auf welche die kryogene Flüssigkeit tröpfchenweise digital gesteuert aufgebracht wird. Beispielseise kann das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeitstropfen einer gezielten, beispielsweise ausschließlich einer gezielten Temperaturbeeinflussung der beaufschlagten Oberfläche dienen, beispielsweise einer Oberfläche eines Substrats. Mittels dieser gezielten Temperaturbeeinflussung kann eine Temperatur der Oberfläche eingestellt werden. Beispielsweise kann gezielt ein zweidimensionaler räumlicher Temperaturgradient erzeugt werden. Zudem kann die Beaufschlagung beispielsweise einer gezielten Temperaturbeeinflussung eines Bereichs unterhalb der beaufschlagten Oberfläche dienen, d.h. eines dreidimensionalen Bereichs eines Objekts, dessen Oberfläche mit der kryogenen Flüssigkeit beaufschlagt wird. Mittels dieser gezielten Temperaturbeeinflussung kann eine Temperatur des Bereichs eingestellt werden. Beispielsweise kann gezielt ein dreidimensionaler räumlicher Temperaturgradient erzeugt werden. Unter „Aufbringen" bzw. „Beaufschlagen" wird hier eine derartige tröpfchenweise digital gesteuerte Applikation der kryogene Flüssigkeit verstanden, dass die applizierten Tröpfchen der kryogenen Flüssigkeit die Temperatur der „beaufschlagten" Oberfläche beeinflussen.
Dabei ist es unerheblich, ob die kryogene Flüssigkeit die Oberfläche erreicht, auf ihr verbleibt oder bereits während oder unmittelbar nach dem Applikationsvorgang in einen gasförmigen Aggregatszustand übergeht und dabei die Oberfläche wieder verlässt. Mit ande- rpn Wnrtpn kann da«; Aiifhrinppn hzw Rpaii chlappn pinp Annlikation dpr Trönfchpn flussung der Oberfläche durch die kryogene Flüssigkeit erfolgen. Ferner kann das „Aufbringen" bzw. „Beaufschlagen" eine Applikation der Tröpfchen umfassen, bei welcher die applizierten Tröpfchen der kryogene Flüssigkeit während des Applikationsvorgangs in den gasförmigen Aggregatszustand übergehen. Infolge des Übergangs in den gasförmigen Aggregatszustand, erreicht die kryogene Flüssigkeit nach Ausführungsformen beispielsweise nichl die „beaufschlagte" Oberfläche. Durch den Übergang in den gasförmigen Aggregatszustand entsteht beispielsweise eine Temperatursenke über der „beaufschlagten" Oberfläche, welche der „beaufschlagten" Oberfläche Wärme entzieht. Dieser Wärmeentzug erfolgt beispielsweise über die Atmosphäre, in welcher sich die Oberfläche befindet. Somit kann beispielsweise eine indirekte Temperaturbeeinflussung der Oberfläche durch die kryogene Flüssigkeit erfolgen.
Ob die Tröpfchen die Oberfläche erreichen oder nicht, kann beispielsweise durch Steuerung oder Regelung ein oder mehrerer der folgenden Parameter erfolgen: Tröpfchengröße, Austrittsgeschwindigkeit, Abstand des Druckkopfes von der Oberfläche, Winkel der Tröpfchenabgabe relativ zu der Oberfläche, Umgebungsdruck und/oder Umgebungstemperatur.
Es kann somit beispielsweise gezielt gesteuerte werden ob, wann und/oder wo die Tröpfchen die Oberfläche erreichen. Dies entspricht einer Fokussierung der Abkühlung unter Verwendung der kryogenen Flüssigkeit. Erreicht die kryogenen Flüssigkeit die Oberfläche, kann lokal eine stärkere Abkühlung der Oberfläche und/oder eine sich tiefer in den Bereich unterhalb der Oberfläche erstreckende Abkühlung erzielt werden. Erreicht die kryogenen Flüssigkeit die Oberfläche nicht, kann lokal eine schwächere Abkühlung der Oberfläche und/oder eine sich weniger tief in den Bereich unterhalb der Oberfläche erstreckende Abkühlung erzielt werden. Zudem kann eine übermäßige Beanspruchung der Oberfläche durch einen direkten Kontakt der Oberfläche mit der kryogenen Flüssigkeit vermieden werden. Ferner können unerwünschte, etwa chemische Wechselwirkungen der kryogenen Flüssigkeit mit der Oberfläche und/oder mit auf die gekühlte Oberfläche aufgebrachten Stoffen vermieden werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Temperatur der Oberfläche während der Applikation der kryogenen Flüssigkeit mit einem geeigneten, vorzugsweise kontaktlosen, Temperaturmessgerät erfasst. Beispielsweise kann ein Infrarotthermometer verwendet werden. Die Temperatur kann einmalig oder vorzugsweise mehrfach, insbesondere kontinuierlich wäh- rpnd dpr Rpaii chlaPiin? ppmpwpn wprdpn 7 R 11m fp<;t7iistpllpn. oh dip Tpmnpratur in Ein Verteilungsschema zum Verteilen der kryogenen Flüssigkeit auf und/oder über der Oberfläche kann beispielsweise definieren, wo, wann, wieviel kryogene Flüssigkeit zu applizieren ist und ob die applizierte kryogene Flüssigkeit die Oberfläche erreichen soll oder nicht. Beispielsweise definiert das Verteilungsschema eine räumliche und/oder zeitliche Verteilung der kryogenen Flüssigkeit. Beispielsweise definiert das Verteilungsschema eine räumliche und/oder zeitliche variierende Abgabemenge der kryogenen Flüssigkeit. Das Verteilungsschema kann beispielsweise eine Verteilung definieren, bei welchem die Abgabe der kryogenen Flüssigkeit derart moduliert wird, dass die kryogenen Flüssigkeit die Oberfläche an ein oder mehreren Stellen erreicht, während sie die Oberfläche an ein oder mehreren anderen Stellen nicht erreicht. Somit kann beispielsweise eine Verteilung implementiert werden, welche lokal gezielt gesteuert sowohl eine direkte, als auch eine indirekte Temperaturbeeinflussung der Oberfläche umfasst.
Diese thermo-kinetische Beeinflussung der Oberfläche kann beispielsweise einer Vorbereitung der beaufschlagten Oberfläche, d.h. einer Temperatureinstellung, für einen nachfolgenden Bearbeitungsvorgang der Oberfläche dienen. Beispielsweise kann die thermo-kinetische Beeinflussung der Oberfläche einer funktionalen Beeinflussung der beaufschlagten Oberfläche dienen. So kann die Temperatureinstellung Auswirkung auf physikalische, chemische und/oder biologische Eigenschaften der Oberfläche haben. Beispielsweise kann die thermo-kinetische Beeinflussung der Oberfläche einer strukturellen Beeinflussung der beaufschlagten Oberfläche dienen.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass eine kryogene Flüssigkeit präzise tröpfchenweise, d.h. tröpfchengenau, auf die Oberfläche aufgebracht wird. Dies ermöglicht eine feinstrukturierte Temperatursteuerung bzw. Abkühlsteuerung auf der entsprechenden Oberfläche. Beispielsweise kann es sich bei den Tröpfchen um Tröpfchen kleiner Tröpfchengröße handeln. Beispielsweise kann es sich um Tröpfchen einer Tröpfchengröße von weniger als 100 Picolitern (pl), vorzugsweise weniger als 10 pl handeln. Beispielsweise kann es sich um Tröpfchen einer Tröpfchengröße von 1 pl bis 10 pl, vorzugsweise 1 pl bis 5 pl handeln. Eine entsprechende feinstrukturierte Temperatursteuerung bzw. Temperaturregulierung auf der Oberfläche ermöglicht es, physikalische und/oder chemische Vorgänge bzw. Reaktionen auf der Oberfläche präzise bzw. punktgenau zu steuern. Ferner kann beispielsweise durch Regulierung der lokal aufgebrachten Menge an kryogener Flüssigkeit die entsprechende Kühlwirkung nicht nur zweidimensional, sondern auch dreidimensional gesteu- prt wprdpn Wird lokal mphr krvoppnp Fl i sipkpit aufpptrappn o kann dprpn Kiihlwirkun? und chemischen Beschaffenheit der Oberfläche. Wird lokal mehr kryogene Flüssigkeit aufgetragen, so kann deren Kühlwirkung beispielsweise länger anhalten, da ein größeres Kältereservoir bereitgestellt wird. Außerdem kann durch eine Wiederholung oder kontinuierliche Fortsetzung der Applikation der kryogenen Flüssigkeit der zeitliche Temperaturverlauf an der Oberfläche und im Inneren des beaufschlagten Objekts, beispielsweise eines Substrats, gesteuert bzw. in Verbindung mit einer geeigneten Temperaturmessung geregelt werden. Basierend auf der Temperaturmessung kann beispielsweise die abgegebene Menge an kryogener Flüssigkeit, etwa die Anzahl und/oder Frequenz der Tröpfchen, geregelt werden. Beispielsweise kann die Abgabe der kryogenen Flüssigkeit so geregelt werden, dass eine vordefinierte Temperatur erreicht und/oder beibehalten wird.
Vorzugsweise berührungslose Temperaturmessung.
Bei der Aufbringung der kryogenen Flüssigkeit auf die Oberfläche kann ein zur Aufbringung verwendeter Druckkopf mit der Oberfläche in Kontakt treten oder von dieser beabstandet sein.
Nach Ausführungsformen wird durch das digital gesteuerte Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit eine Position des tröpfchenweisen Aufbringens in 2D oder 3D, ein Volumen des tröpfchenweisen Aufbringens und/oder ein Winkel des tröpfchenweisen Aufbringens relativ zu der Oberfläche gesteuert. Beispielsweise kann das Volumen und/oder der Winkel positionsabhängig sein.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit positionsabhängig gesteuert werden kann. Hierbei kann die Position eines oder mehrerer Druckköpfe und/oder einer oder mehrerer Druckdüsen eines Druckkopfes relativ zu der Oberfläche erfasst und gesteuert werden. Beispielsweise erfolgt das tröpfchenweise Aufbringen abhängig von einer Position in 2D, d.h. abhängig von einer Position innerhalb einer Ebene parallel zu der Oberfläche. Beispielsweise erfolgt das tröpfchenweise Aufbringen in Abhängigkeit von einer Position 3D, d.h. in Abhängigkeit von einer Position in drei Dimensionen oberhalb der Oberfläche. Beispielsweise kann die Oberfläche Strukturen umfassen und der Druckkopf kann zusätzlich zu Bewegungen in x- und y-Richtung parallel zur Oberfläche zusätzlich in z-Richtung senkrecht zur Oberfläche bewegt werden. Bei den Richtungen x, y und z handelt es sich beispielsweise um Koordinaten eines kartesischen Koordinatensystems. besondere in das die Oberfläche aufweisende Objekt hinein, gesteuert werden. Das Volumen der aufgebrachten kryogenen Flüssigkeit kann beispielsweise gesteuert werden durch Steuerung der Anzahl und/oder Größe der an derselben Position aufgebrachten Tröpfchen kryogener Flüssigkeit.
Eine Winkelsteuerung des tröpfchenweisen Aufbringens der kryogenen Flüssigkeit relativ ZL der Oberfläche ermöglicht es beispielsweise im Falle einer strukturierten Oberfläche entsprechende Strukturelemente der Oberfläche punktgenau mit kryogener Flüssigkeit zu bedecken. Beispielsweise können im Falle von Erhebungen und/oder Vertiefungen auch Seitenwände der entsprechenden Erhebungen und/oder Vertiefungen in der Oberfläche präzise tröpfchenweise mit kryogener Flüssigkeit bedeckt werden. Beispielsweise ist es möglich, selektiv entsprechende Seitenflächen zu bedecken.
Unter einer digitalen Steuerung wird eine computerbasierte Steuerung unter Verwendung von Steuerungsbefehlen verstanden, welche beispielsweise positionsabhängig das tröpfchenweise Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit steuert. Insbesondere kann dabei die Abgabeposition der kryogenen Flüssigkeit in 2D oder 3D sowie das Volumen, d.h. die Anzahl der Tröpfchen und/oder Tröpfchengröße, sowie der Winkel der Tröpfchenabgabe gesteuert werden. Beispielsweise kann auch eine Rate, mit der die Tröpfchen abgegeben werden, gesteuert werden.
Eine digitale Steuerung der tröpfchenweisen Abgabe der kryogenen Flüssigkeit kann den Vorteil haben, dass die abgegebene Menge an kryogener Flüssigkeit präzise gesteuert werden kann, und zwar tröpfchenweise, d.h. beispielsweise im Pikoliterbereich. Im Falle einer digitalen Steuerung erfolgt die Steuerung unter Verwendung von digitalen Steuerungsbefehlen. Entsprechende Steuerungsbefehle übersetzen beispielsweise ein vordefiniertes Verteilungsschema zum Verteilen der kryogenen Flüssigkeit auf und/oder über der Oberfläche in Instruktionen zum Steuern einer die kryogenen Flüssigkeit auf die Oberfläche aufbringenden Druckeinheit.
Nach Ausführungsformen ist die kryogene Flüssigkeit in einem Behälter gelagert, welcher mit einem digitalen Druckkopf fluidisch verbunden ist. Der digitale Druckkopf wird für das tröpfchenweise Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit auf die Oberfläche digital angesteuert. räumliche und/oder zeitliche variierende Abgabemenge der kryogenen Flüssigkeit. Das Verteilungsschema kann beispielsweise eine Verteilung definieren, bei welchem die Abgabe der kryogenen Flüssigkeit derart moduliert wird, dass die kryogenen Flüssigkeit die Oberfläche an ein oder mehreren Stellen erreicht, während sie die Oberfläche an ein oder mehreren anderen Stellen nicht erreicht. Somit kann beispielsweise eine Verteilung implementiert werden, welche lokal gezielt gesteuert sowohl eine direkte, als auch eine indirekte Temperaturbeeinflussung der Oberfläche umfasst.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass beispielsweise eine Druckeinheit bereitgestellt werden kann mit einem digitalen Druckkopf, welcher digital angesteuert wird und in Abhängigkeit von der Ansteuerung die kryogene Flüssigkeit tröpfchenweise über der Oberfläche abgibt und/oder auf der Oberfläche aufbringt.
Nach Ausführungsformen ist der digitale Druckkopf relativ zu der Oberfläche bewegbar.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass durch eine Bewegung des digitalen Druckkopf in 2D oder 3D verschiedene Abgabepositionen relativ zu der Oberfläche eingenommen werden können und die kryogene Flüssigkeit in Abhängigkeit von der jeweiligen Abgabeposition abgegeben bzw. auf die Oberfläche aufgebracht werden kann. Nach alternativen Ausführungsformen kann ein die Oberfläche umfassendes Objekt in 2D und/oder 3D relativ zu dem Druckkopf bewegbar sein. Beispielsweise können sowohl der Druckkopf als auch das Objekt bewegbar sein. Beispielsweise ist ferner eine Erfassungseinheit vorgesehen, welche die relative Position von Oberfläche und digitalem Druckkopf zueinander erfasst. Hierzu können beispielsweise das Objekt und/oder der digitale Druckkopf Positionsmarkierungen aufweisen, welche von der entsprechenden Erfassungseinheit erfasst werden. Die entsprechende Erfassungseinheit kann beispielsweise einen Bildsensor zur Erfassung von Bilddaten umfassen. Beispielsweise kann die entsprechende Erfassungseinheit zu einer Abstandsmessung mittels Interferometrie, insbesondere Laserinterferometrie, konfiguriert sein.
Beispielsweise kann die Position des digitalen Druckkopfs so gesteuert werden, dass dieser einen vordefinierten Mindestabstand zu der Oberfläche einhält. Beispielsweise kann die Position des digitalen Druckkopfs so gesteuert werden, dass dieser einen konstanten Abstand zu der Oberfläche und/oder einen Abstand innerhalb eines vordefinierten Intervalls einhält.
Rpj nipkwp p kann dip Position dps dieitalpn Driickkonfs so ppstpuprt wprdpn dass d r Nach Ausführungsformen hat die Oberfläche vor dem Aufbringen der Flüssigkeit eine Temperatur von über -50°C, von über -20°C, insbesondere von über 0°C. Nach Ausführungsformen hat die Oberfläche vor dem Aufbringen der Flüssigkeit Raumtemperatur. Nach Ausführungsformen hat die Oberfläche vor dem Aufbringen der Flüssigkeit Körpertemperatur eines Tieres oder eines Menschen.
Nach Ausführungsformen hat die Oberfläche vor dem Aufbringen der Flüssigkeit eine Temperatur von maximal 100 °C.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass mittels der kryogenen Flüssigkeit eine starke lokale Kühlung der Oberfläche erzielt werden kann. Beispielsweise kann die Temperatur der kryogenen Flüssigkeit -275 bis -75°C betragen. Beispielsweise kann die kryogene Flüssigkeit im Falle von Helium -272°C bis -269°C, im Falle von Wasserstoff -259°C bis 252°C, im Falle von Stickstoff -210 bis -196°C, im Falle von Argon 189 bis -186°C, im Falle von Sauerstoff -218°C bis -183°C und im Falle von Kohlenstoffdioxid -78,5°C betragen.
Durch Anpassung des Drucks können die entsprechenden Temperaturbereiche variiert werden. Beispielsweise können bei einem niedrigeren Druck tiefere Temperaturen mit der kryogenen Flüssigkeit erzielt werden, ohne dass es zu einem Phasenübergang von flüssig zu fest kommt. Beispielsweise können bei einem höheren Druck höhere Temperaturen mit der kryogenen Flüssigkeit erzielt werden, ohne dass es zu einem Phasenübergang von flüssig zu gasförmig kommt.
Nach Ausführungsformen erfolgt das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit unter einer Schutzatmosphäre. Nach Ausführungsformen erfolgt das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit unter einer Schutzatmosphäre mit erhöhtem oder verringertem Sauerstoffgehalt relativ zur Normalatmosphäre. Beispielsweise dient die Verwendung einer Schutzatmosphäre einem Verhindern chemischer Reaktionen zwischen der mit der kryogenen Flüssigkeit beaufschlagten Oberfläche und der Atmosphäre, d.h. der Schutzatmosphäre.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass durch Verwendung einer Schutzatmosphäre unerwünschte chemische Reaktionen der kryogenen Flüssigkeit und/oder chemischer Komponenten der Oberfläche unterbunden werden können. Für die Schutzatmosphäre können beispielsweise Schutzgase verwendet werden, wie etwa Stickstoff, Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff, Argon, Helium, Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid. Der
Gphalt dpr pnt<;nrpchpndpn c.hiit7Pasp in dpr Atmo<;nh rp kann rplativ 7iir Normalat- kann eine sauerstofffreie Atmosphäre verwendet werden, etwa im Falle einer Verwendung von Wasserstoff als kryogener Flüssigkeit. Andererseits kann beispielsweise der Sauerstoffgehalt in der Schutzatmosphäre erhöht werden relativ zur Normalatmosphäre. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, falls die Verwendung der kryogenen Flüssigkeit in Zusammenhang mit einem Oxidationsprozess erfolgt. In diesem Fall wird beispielsweise kein Wasserstoff ais kryogene Flüssigkeit verwendet.
Nach Ausführungsformen erfolgt das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit unter Überdruck. Nach Ausführungsformen erfolgt das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit unter Unterdrück.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass durch eine Steuerung des Drucks, unter welchem die kryogene Flüssigkeit aufgebracht wird, die Temperatur der aufgebrachten kryogenen Flüssigkeit gesteuert werden kann. Dies bedeutet, dass der physikalische Zustand der kryogenen Flüssigkeit in der flüssigen Phase abhängig vom Druck ist. Durch Änderung des Drucks kann die Temperatur, bei welcher sich die kryogene Flüssigkeit tatsächlich im flüssigen Zustand befindet, gesteuert werden. Somit kann auch die Temperatur, welche die kryogene Flüssigkeit beim Aufträgen als Flüssigkeit aufweist, variiert werden. Beispielsweise kann der Druck verringert werden und dadurch können tiefere Temperaturen mit der kryogenen Flüssigkeit realisiert werden, ohne dass diese in die feste Phase übergeht. Beispielsweise kann der Druck erhöht werden und dadurch können höhere Temperaturen mit der kryogenen Flüssigkeit realisiert werden, ohne dass diese in die Gasphase übergeht. Ferner können durch eine Steuerung des Drucks der Atmosphäre, in welcher die kryogene Flüssigkeit auf die Oberfläche aufgebracht wird, gesteuert werden, ob die aufgebrachte kryogene Flüssigkeit in der flüssigen Phase verbleibt oder in eine gasförmige bzw. feste Phase übergeht. Somit können beispielsweise Kontaktzeiten zwischen der kryogenen Flüssigkeit und der Oberfläche gesteuert werden. Dies ermöglicht einerseits die Wirkung des Fülleffekts zu steuern und zum anderen können somit Interaktionen der kryogenen Flüssigkeit mit weiteren physikalischen und/oder chemischen Prozessen, für welche die Kühlung erfolgt, gesteuert und/oder unterbunden werden. Beispielsweise kann der Druck reduziert werden und dadurch ein Übergang der kryogenen Flüssigkeit von der flüssigen in die gasförmige Phase erzielt werden. Somit kann sich die kryogene Flüssigkeit innerhalb kurzer Zeil von der Oberfläche wieder lösen und eine Störung weiterer nachfolgender physikalischer und/oder chemischer Prozesse vermieden werden. • Erfassen einer 2D und/oder 3D Struktur der Oberfläche und/oder eines Objekts, das die Oberfläche umfasst,
• Bestimmen von Strukturelementen der Oberfläche, auf welche die kryogene Flüssigkeit aufzubringen ist, in Abhängigkeit von der erfassten 2D und/oder 3D Struktur; und
• Erzeugen von Steuerungsdaten, die zum Steuern des Aufbringens der kryogenen Flüssigkeit auf die bestimmten Strukturelemente ausgebildet sind.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass eine 2D- und/oder 3D-Struktur der Oberfläche bzw. des die Oberfläche umfassenden Objekts erfasst wird. Eine entsprechende Erfassung kann beispielsweise visuell mittels einer Kamera erfolgen. Beispielsweise kann die Erfassung mittels eines Mikroskops erfolgen. Insbesondere kann beispielsweise ein Rastersondenmikroskop, wie etwa ein Rastertunnelmikroskop, Rasterkraftmikroskop, Magnetkraftmikroskop, optisches Rasternahfeldmikroskop oder ein akustisches Rasternahfeldmikroskop verwendet werden. Beispielsweise wird unter Verwendung der erfassten Daten ein digitales Modell, beispielsweise ein 3D Modell, der Oberfläche erstellt. Basierend auf der erfassten 2D- und/oder 3D-Oberflächenstrukturen können Strukturelemente der Oberfläche bestimmt werden, auf welche die kryogene Flüssigkeit aufzubringen ist. Eine entsprechende Bestimmung der Strukturelemente kann beispielsweise durch eine Auswahl eines Nutzers erfolgen oder automatisch unter Verwendung eines Bilderkennungsverfahrens. Beispielsweise erfolgt das Bestimmen der Strukturelemente der Oberfläche und/oder das Erzeugen der Steuerungsdaten automatisch. Beispielsweise erfolgt ein Erzeugen der Steuerungsdaten automatisch in Abhängigkeit der, etwa mittels Bilderkennungsverfahrens, bestimmten Strukturelemente der Oberfläche.
Beispielsweise kann für eine bestimmte Anwendung vorgegeben sein, welche charakteristischen Eigenschaften Strukturelemente aufweisen, auf welche kryogene Flüssigkeit aufzubringen ist. Entsprechende Eigenschaften können beispielsweise geometrische Eigenschaften sein oder physikalische Eigenschaften, wie etwa Farbe im Falle einer Bilderfassung der Oberflächenstruktur. Farbe bezieht sich hier auf das Reflexionsverhalten unter Bestrahlung mit Licht ein oder mehrere Wellenlängen im sichtbaren und/oder nicht-sichtbaren Wellenlängenbereich, d.h. monochromatischem oder polychromatischem Licht. In Abhängigkeit von den bestimmten Strukturelementen können Steuerungsdaten erzeugt werden, welche das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit auf die bestimmten Strukturelemente steuern. Die entsprechenden Steuerungsdaten können beispielsweise definieren, an welchen Positi- onpn WPICHP Vnlumpn krvoppnpr Flii<;<;ipkpit in wplcnpm Winkpl ar>7iipphpn h?w aiif7iihrin- Nach Ausführungsformen umfasst die Verwendung ferner ein Erstellen eines digitalen Verteilungsschemas zum Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit auf die bestimmten Strukturelemente in Abhängigkeit von der erfassten 2D und/oder 3D Struktur. Die Steuerungsdaten sind zum Steuern des Aufbringens der kryogenen Flüssigkeit auf die bestimmten Strukturelemente gemäß dem Verteilungsschema ausgebildet.
Beispielsweise wird ein digitales Verteilungsschema erstellt, welches das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit auf die bestimmten Strukturelemente in Abhängigkeit der erfassten 2D- und/oder 3D-Struktur definiert. Hierzu wird beispielsweise eine 3D Modell der Strukturen der Oberfläche verwendet. Ein entsprechendes Verteilungsschema kann insbesondere zur Visualisierung eines Vorschlags zum Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit verwendet werden. Ein entsprechender Vorschlag wird beispielsweise automatisch erzeugt und/oder unter Verwendung von Nutzereingaben. Beispielsweise kann anhand der erfassten 2D- und/oder 3D-Struktur bzw. eines unter Verwendung der erfassten Daten erzeugten digitalen Modells der Oberfläche definiert werden, an welchen Positionen unter welchen Winkeln kryogene Flüssigkeit aufzubringen ist. Ferner kann beispielsweise anhand von 3D- Strukturen definiert werden, welches Volumen an kryogener Flüssigkeit aufzubringen ist. Soll beispielsweise eine Erhebung vollständig abgekühlt werden, so kann es erforderlich sein, eine größere Menge kryogener Flüssigkeit, d.h. ein größeres Volumen, lokal auf die entsprechende Erhebung aufzubringen als im Falle einer ebenen Struktur, bei der keine Kühlwirkung in die Tiefe, d.h. senkrecht zu der Oberfläche in das entsprechende Objekt, notwendig ist. Beispielsweise sind die Steuerungsdaten so ausgebildet, dass sie das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit auf die bestimmten Strukturelemente gemäß dem Verteilungsschema steuern. Mit anderen Worten kann es sich bei den Steuerungsdaten um eine Übersetzung des Verteilungsschemas in Steuerungsdaten, d.h. Steuerungsbefehle, für ein das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit steuerndes Steuergerät handeln.
Nach Ausführungsformen wird das digitale Verteilungsschema auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt und das Steuern des Aufbringens der kryogenen Flüssigkeit unter Verwendung der Steuerungsdaten gemäß dem Verteilungsschema setzt einen Empfang einer Bestätigung des angezeigten Verteilungsschemas über eine Eingabevorrichtung voraus.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass das digitale Verteilungsschema auf der Anzeigevorrichtung angezeigt und einem Nutzer somit visualisiert wird. Der Nutzer kann da«; pnt nrpchpndp Vprtpihinp<;<;chpma nrüfpn Rpj nipkwpi p wird da«; pnt nrpchpndp Vpr- Tröpfchengröße, Tröpfchenanzahl und/oder Tröpfchenrate verändern. Ferner können beispielsweise Winkel eingestellt werden, unter welchen die kryogene Flüssigkeit aufgebracht wird. Beispielsweise setzt eine Verwendung der Steuerungsdaten gemäß des Verteilungsschemas eine explizite Bestätigung des angezeigten Verteilungsschemas durch den Nutzer voraus. Eine entsprechende Bestätigung kann von dem Nutzer direkt in Antwort auf die Anzeige des Verteilungsschemas empfangen werden oder nach einem Empfang von Korrekturangaben und einer Änderung des Verteilungsschemas gemäß den empfangenen Korrekturdaten.
Nach Ausführungsformen handelt es sich bei der Oberfläche um lebendes oder totes biologisches Material. Das biologische Material umfasst insbesondere: Mikroorganismen, eine Zellkultur und/oder einen Zellverband, insbesondere einen in-vivo oder in-vitro Zellverband, insbesondere einen in-vitro Zellverband für das Wachstum eines künstlichen Organs oder eines Organteils, wobei das biologische Material insbesondere menschliche oder tierische Haut oder eine Gewebeprobe ist.
Durch sehr schnelles Abkühlen von Zellen bilden sich innerhalb wie auch an der Oberfläche von Zellen Eiskristalle, die die Zellmembran perforieren. Es kommt dadurch zum Eindringen von Wasser in die Zelle, dem Zusammenbruch lebensnotwendiger Regelungsprozesse und zum raschen Zelltod. Es hat sich gezeigt, dass die Geschwindigkeit des Einfrierens einen starken Einfluss auf den Anteil der Zellen hat, die aufgrund des Einfrierens sterben. Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass sie eine Abkühlgeschwindigkeit („Gefriergeschwindigkeit") von über 100°C pro Minute haben und das Gewebe dabei auf unter - 25° C, vorzugsweise auf eine Temperatur von -45°C bis -25°C, abkühlen. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch ein sehr hoher Anteil der derart abgekühlten Zellen stirbt. Dieser Temperaturbe- reich ist insbesondere bei solchen Anwendungen sinnvoll, bei welchen die niedrigen Temperaturen zur gezielten Abtötung von Zellen in einem räumlich eng umgrenzten Bereich verwendet werden.
In anderen Ausführungsformen wird die Menge der aufgetragenen kryogenen Flüssigkeit so dosiert, dass die Temperatur der Zellen auf ca. 0,5°C bis 15°C abgekühlt wird. Dies führt zu einem lokalen Unterdrücken von Schmerzempfindungen und kann z.B. ergänzend zu lokalen chirurgischen, z.B. Laser-basierten Eingriffen erfolgen. Beispielsweise kann zunächst auf ein bestimmtes zu operierendes oder mit einem Laser zu behandelndes Gewebe mit dem
Driickkonf dip krvoppnp Flii<;<;ipkpit aufpptrappn wprdpn sodass da P PÖP lokal stark ah- mittels Skalpells oder Laser entfernt wird oder bereits in einem vorhergehenden Behandlungsschritt entfernt wurde.
Beispielsweise kann ein Steuerungsgerät die Menge der über den Druckkopf pro Zeiteinheit abgegebenen kryogenen Flüssigkeit und/oder die Position des Druckkopfes relativ zu der Oberfläche so steuern, dass durch die Menge und Frequenz der aufgetragenen Tröpfchen sichergestellt ist, dass die Temperatur der Gewebeoberfläche und/oder der Zellen innerhalb eines in-vivo oder in-vitro Gewebes während einer vordefinierten Zeitspanne innerhalb eines vordefinierten Temperaturbereiches gehalten wird. Der Temperaturbereich und das Tiefenprofil des Temperaturbereiches hängen von der jeweiligen Anwendungsform (kryogene Zerstörung von Zellen oder Schmerzreduktion, Tiefe und 3D Struktur subkutaner Strukturen (z.B. Warzen, Krebsgeschwüre u.a.) ab.
Nach Ausführungsformen wird das Verfahren mehrfach, z.B. zweimal oder dreimal, wiederholt auf die gleiche Oberfläche angewandt, z.B. mehrfach innerhalb einer Stunde oder mehrfach innerhalb einer Sekunde. Dies kann den Anteil der abgestorbenen und/oder thermisch inaktivierten Zellen weiter erhöhen.
Gemäß Ausführungsformen ist das Steuerungsgerät dazu konfiguriert, das Aufbringen von Tröpfchen der kryogenen Flüssigkeit auf die Oberfläche so zu steuern, dass die Aufbringung kontinuierlich ist und einzelne Bereiche auf und unter der Oberfläche für einen definierten Zeitraum auf einer definierten Temperatur hält.
Nach einer Ausführungsform hat die Vorrichtung mehrere Behälter für mehrere kryogene Flüssigkeitsvolumina. Der Druckkopf hat mehrere Düsen, die je mit einem der Behälter fluidisch verbunden sind. Die Behälter beinhalten verschiedene kryogene Flüssigkeiten und/oder kryogene Flüssigkeiten unterschiedlicher Temperaturen. Hierdurch ist es möglich, ähnlich wie bei einem Tintenstrahldruck, durch komplexe Steuerung der von den einzelnen Druckdüsen erzeugten Druckmuster sehr feingranular Oberflächenbereiche und/oder Gewebebereiche auf eine bestimmte Temperatur herabzukühlen.
Beispielsweise kann der Druckvorgang so gesteuert werden, dass eine erste kryogene Flüssigkeit aus einem ersten Behälter mit besonders tiefer Temperatur in hoher Tropfendichte von einer ersten Düse auf einen ersten Bereich der Oberfläche aufgebracht wird, unter wel- chpr ich das 7pntrum dps 711 yprstörpndpn GPWPHPS (7 R War7P Krphsppschwür ptc ) hp- Tropfendichte auf umliegende, „zweite" Bereiche der Oberfläche aufgebracht. Die umliegenden Haut- und Gewebebereiche werden hierbei gekühlt, jedoch auf Temperaturen über 0°C, um Eisbildung zu vermeiden.
Zusätzlich oder alternativ dazu hat die Vorrichtung mehrere Düsen, die individuell ansteuerbar sind und Tröpfchen der kryogenen Flüssigkeit in unterschiedlicher Größe und/oder unterschiedlicher Frequenz abgeben. Auch hierdurch ist es möglich, durch komplexe Steuerung der von den einzelnen Druckdüsen erzeugten Druckmuster sehr feingranular Oberflächenbereiche und/oder Gewebebereiche auf eine bestimmte Temperatur herabzukühlen.
Beispielsweise kann der Druckvorgang so gesteuert werden, dass eine erste Düse die kryogene Flüssigkeit in hoher Tropfendichte und/oder mit großem Tropfenvolumen auf einen ersten Bereich der Oberfläche aufbringt, unter welcher sich das Zentrum des zu zerstörenden Gewebes befindet. Das Gewebe wird dabei so stark gekühlt, dass die Zellen durch Perforation der Zellwände durch Eiskristalle sterben. Zusätzlich bringt eine zweite Düse die kryogene Flüssigkeit in geringer Tropfendichte und/oder mit kleinem Tropfenvolumen auf umliegende, „zweite" Bereiche der Oberfläche auf. Die umliegenden Haut- und Gewebebereiche werden hierbei gekühlt, jedoch auf Temperaturen über 0°C, um Eisbildung zu vermeiden.
„Kleine" bzw. „große/hohe" Tropfendichte bzw. Volumina können eine relative Angabe sein, die z.B. beinhaltet, dass ein „kleiner" Tropfen ein um mindestens 20% kleineres Volumen hat als ein „großer" Tropfen bzw. dass eine „kleine" Tropfendicht mindestens 20% geringer ist als eine „große" Tropfendichte.
Dies kann vorteilhaft sein, weil eine kryobasierte Zerstörung von Gewebe und eine kryoba- sierte, zerstörungsfreie Kühlung umliegenden Gewebes zum Zwecke der Schmerzreduktion in einem einzigen Anwendungsschritt durchgeführt werden kann. Teilweise werden niedrige Temperaturen schon jetzt zur Schmerzlinderung bei chirurgischen Eingriffen (z.B. mit Skalpellen oder Lasern) eingesetzt. Allerdings haben diese Verfahren den Nachteil, dass sie mit einem hohen apparativen Aufwand verbunden sind (neben den chirurgischen Geräten sind zusätzliche Kryogeräte erforderlich). Ausführungsformen der Erfindung können demgegenüber den Vorteil haben, dass der chirurgische Eingriff und die Kühlung zur Schmerzlinderung in einem einzigen Arbeitsschritt und mit der gleichen Vorrichtung vorgenommen wprdpn könnpn Dip«; hat auch dpn Vortpil pinpr vprhp<;<;prtpn räumlichpn Koordination zwi- Als „kryogene Flüssigkeit" wird hier eine Flüssigkeit bezeichnet, die benutzt wird, um Objekte durch Aufträgen dieser Flüssigkeit zu kühlen, z.B. in technischen Anwendungen oder wissenschaftlichen Experimenten. Typischerweise hat eine kryogene Flüssigkeit eine Temperatur von unter 0 °C. Beispielsweise kann die kryogene Flüssigkeit ein flüssiges Gas sein, das z.B. von zentralen Einrichtungen oder kommerziellen Anbietern durch Verflüssigung der entsprechenden Gase erzeugt wird (für Luft/Stickstoff z. B. nach dem Linde-Verfahren) und mit besonderen Transportbehältern zur jeweiligen Anwendung gebracht. Bei dem flüssigen Gas kann es sich z.B. um flüssigen Stickstoff und/oder flüssiges Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Argon, Sauerstoff oder Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Gase handeln.
Bei der kryogenen Flüssigkeit, die für biologische, medizinische und/oder kosmetische Zwecke verwendet wird, kann es sich insbesondere um flüssigen Stickstoff oder andere nicht toxische, biokompatible kryogene Flüssigkeiten handeln.
Der Einsatz kryogener Flüssigkeiten ermöglicht es, sehr hohe Gefriergeschwindigkeiten zu erzielen und ist in der Handhabung (Explosions- und Brandgefahr) weniger gefährlich als beispielsweise flüssiger Sauerstoff.
Nach Ausführungsformen ist der Druckkopf ais Matrix-Druckkopf ausgebildet, bei dem durch den gezielten Abschuss oder das Ablenken kleiner Flüssigkeitströpfchen ein Auftragsmuster bzw. Druckbild erzeugt wird. Der Druckkopf kann z.B. als Drop On Demand Druckkopf ausgebildet sein, d.h. als ein einzelner Tropfen verschießender Druckkopf.
Nach Ausführungsformen ist der Druckkopf dazu ausgebildet, Tröpfchen einer Tröpfchengröße von weniger als 100 Picolitern (pl), vorzugsweise weniger als 10 Picolitern, zu erzeugen. Die Erzeugung derart feiner Tröpfchen kann den Vorteil haben, dass ein besonders feinstrukturiertes Muster erzeugt werden kann. Spitzengeräte liegen im Bereich von 1 pl bis 5 pl. Die Tröpfchen können beispielsweise mit einer Frequenz von über 10.000 Tropfen/ Sekunde gespritzt werden. Nach Ausführungsformen enthält der Druckkopf mehrere Druckdüsen, die die Tröpfchen in einer düsen-individuellen Frequenz abgeben können, wobei die Düsen einzeln angesteuert werden können und Tröpfchen in unterschiedlicher Frequenz erzeugen können. Die Erzeugung sehr kleiner Tröpfchen in hoher und vorzugsweise variabe einstellbarer - Narbengewebe, insb. überschießendes Narbengewebe (Keloid);
- Warzen, insbesondere Stilwarzen und Dellwarzen (Molluscum contagiosum),
- Fibroma molle Geschwülste,
- Lentigo solaris Läsionen,
- Hämangiome,
- Feuermaie,
- Keratosen, insbesondere Seborrhoische Keratose;
- hautkrebsbedingte Hautveränderungen.
Beispielsweise kann die Entfernung von Pigmentflecken, Narbengewebe, Feuermalen, Warzen und/oder Keratosen ästhetischen Zwecken dienen.
Nach Ausführungsformen handelt es sich bei der Verwendung um:
- ein kryochirurgisches Verfahren, insbesondere um ein lokales dermatologisches Verfahren; und/oder
- ein interventionelles Therapieverfahren von Tumoren, z.B. Therapie von Lebermetastasen, Lungen- oder Prostatatumoren;
- ein Verfahren zur temporären oder permanenten Inaktivierung oder Zerstörung von Nervenzellen, z.B. Schmerztherapie bei Phantomschmerzen oder zur Verringerung von Schmerzen durch chirurgische Eingriffe.
Beispielsweise kann die temporäre Inaktivierung von Nervenzellen zur Verringerung von operationsbedingten Schmerzen vor, während oder nach der Operation durchgeführt werden. Vorzugsweise ist die Operation ein kryochirurgischer Eingriff, der durch die gleiche Vorrichtung vorgenommen wird, die auch die kryogene Flüssigkeit zur Schmerzbekämpfung vornimmt. Vorzugsweise werden der kryochirurgische Eingriff und der schmerzbehandelnde Eingriff in einem einzigen Arbeitsschritt zusammen gesteuert und durchgeführt.
Ein Kryomittel-Strahl von zumindest 5 Millisekunden mit flüssigem Stickstoff kann bereits eine deutliche Schmerzlinderung bewirken.
Nach Ausführungsformen handelt es sich bei der Oberfläche um eine menschliche oder tierische Haut in vivo oder in vitro. Bei einer „in vitro" Haut handelt es sich um zweidimensionale oder dreidimensionale Zellverbände, die aus Hautzellen bestehen oder diese beinhalten und mittels verschiedener Verfahren auf Nährmedien oder Nährsubstraten gezüchtet werden. Ganz allgemein handelt es sich bei „in vitro" Geweben wie z.B. in vitro Organen oder Organteilen um solche, die außerhalb eines menschlichen oder tierischen Organismus in einer künstlichen Umgebung kultiviert werden.
Durch regelmäßiges „Bedrucken" von Oberflächenbereichen dieses Zellverbandes mit kryogener Flüssigkeit kann auf definierte Weise das Wachstum der Zellen lokal gesteuert werden. Bereiche des Zellverbands, die regelmäßig gekühlt wurden, wachsen langsamer, bei starker Kühlung tritt Zelltod ein. Somit kann das Wachstum von Hautzellen in 2D und/oder 3D lokal gezielt beeinflusst werden und dadurch dem (z.B. für Transplantationszwecke) gezüchteten Gewebe eine gewisse Form gegeben werden.
Die Wachstumskontrolle von „in Vitro" Haut und sonstigen „in vitro" Zellverbänden kann aus mehreren Gründen vorteilhaft sein:
Zum einen wird dadurch eine sehr feingranulare lokale Wachstumskontrolle ermöglicht. Wachstumshemmende Wirkstoffe können kaum lokal begrenzt angewendet werden, da sie im Medium diffundieren. Auch eine zeitliche Kontrolle der Zellhemmung ist durch die kryogene Flüssigkeit möglich, denn sie kann jederzeit beendet oder verlängert werden. Wachstumshemmende Stoffe können dagegen nicht mehr aus dem Zellkulturmedium entfernt werden.
Außerdem handelt es sich um ein digital kontrolliertes, vollautomatisches Druckverfahren welches vollautomatisiert, regelmäßig und unter sterilen Bedingungen durchgeführt werden kann. So kann z.B. die Druckvorrichtung komplett in einen sterilen Inkubator für Zellkulturen integriert werden, sodass ein Öffnen des Inkubators zur Durchführung manueller, das Zellwachstum manipulierender Schritte, nicht notwendig ist.
Bei der „in vitro" Synthese von Haut und anderen Organen handelt es sich um ein Feld mit sehr großem medizinischem Potential. Für manche Zelltypen konnte gezeigt werden, dass sie auf einer Matrix wachsen (z.B. Knorpelzellen auf einer Matrix aus Quallenkollagen). Die Matrix ermöglicht es, die 3D Struktur der Zellen zu bestimmen. Dies ist jedoch nicht bei allen Zelltypen möglich. Die selektive Hemmung des Zellwachstums durch Reduktion der
Tpmnpratiir «jchpint ipdoch iinivprspll für allp 7plltvnpn anwpndnar 711 pin da dip Wachs- und/oder eine zwei- oder dreidimensionale Struktur auf die Oberfläche aufzubringen. Das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit erfolgt beispielsweise zumindest vor einem der Strukturierungsschritte, um den nachfolgenden Strukturierungsschritt zu beeinflussen. Beispielsweise erfolgt durch das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit ein Strukturierungsschritt.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass durch die Verwendung der kryogenen Flüssigkeit lokal Strukturierungsprozesse eines Substrats gesteuert werden können. Beispielsweise kann durch Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit lokal die Oberflächentemperatur punktgenau variiert werden. Von der entsprechenden Oberflächentemperatur können physikalische und/oder chemische Prozesse, welche die Oberfläche betreffen, abhängen. Beispielsweise können chemische Reaktionsgeschwindigkeiten gesteuert werden. Beispielsweise kann eine Abscheidungsrate temperaturabhängig sein und somit eine Strukturbildung auf der Oberfläche gesteuert werden. Beispielsweise kann ein chemischer Abtragungsprozess, wie etwa ein Ätzverfahren, temperaturabhängig sein und somit eine Steuerung der Abtragungsrate durch Steuerung der lokalen Temperatur erfolgen. Beispielsweise kann eine Synthesereaktion im Zuge einer Polymerisation, d.h. eine Synthesereaktion, welche gleichartige oder unterschiedliche Monomere in Polymere überführt, temperaturabhängig sein. Durch eine lokale Temperaturvariation kann lokal ein entsprechender Polymerisationsvorgang gesteuert werden.
Nach Ausführungsformen handelt es sich bei dem Strukturierungsschritt um eine chemische Reaktion, einen physikalischen Abscheidungsschritt und/oder eine Polymerisation.
Nach Ausführungsformen wird durch das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit eine Reaktionsgeschwindigkeit der chemischen Reaktion lokal gesteuert wird.
Nach Ausführungsformen wird durch das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit lokal ein Aggregatszustand eines an der chemischen Reaktion, dem physikalischen Abscheidungsschritt und/oder der Polymerisation beteiligten Stoffes geändert.
Durch eine lokale Temperaturvariation können lokal Aggregatszustände variiert werden. Beispielsweise können beteiligte Stoffe von einer Gasphase durch Abkühlung in eine flüssige oder feste Phase überführt werden. Eine entsprechende Änderung des Aggregatszustandes kann Einfluss auf eine chemische Reaktion, einen physikalischen Abscheidungs- schritt iind/odpr pinp Pnlvmprisatinn hahpn Rpi ni kw i könnpn durch pinpn Phaspn- Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass die kryogene Flüssigkeit beispielsweise für eine Strukturierung eines Substrats, auf welches eine Schaltung gedruckt werden soll, verwendet werden kann. Durch die Strukturierung kann eine für das Aufdrucken bzw. die geometrische Ausgestaltung der Schaltung notwendige strukturelle Voraussetzung geschafft werden.
Nach Ausführungsformen erfolgt die Verwendung der kryogenen Flüssigkeit zur Herstellung eines Bauelements. Bei dem Bauelement handelt es sich beispielsweise um ein elektronisches Bauelement. Bei dem elektronischen Bauelement handelt es sich beispielsweise um eine integrierte elektronische Schaltung, etwa auf Silizium- und/oder Germanium-Basis cider polymerelektronischer Basis.
Bei dem Bauelement kann es sich beispielsweise um ein elektronisches Bauelement, ein mechanisches Bauelement und/oder ein Bauelement handeln, welches eine bestimmte Oberflächenstruktur bereitstellt. Eine solche Oberflächenstruktur kann beispielsweise zur Unterstützung, Unterbindung und/oder Steuerung eines mechanischen, elektromagnetischen oder chemischen Prozesses dienen. Mechanisch kann die Oberflächenstruktur beispielsweise mechanische Bewegungen, etwa von Atomen, Molekülen oder Bewegungselementen, auf der Oberfläche unterstützen, unterbinden und/oder steuern. Elektromagnetisch kann die Oberflächenstruktur beispielsweise elektromagnetisch Wechselwirkungen auf der Oberfläche bzw. über die Oberfläche hinweg unterstützen, unterbinden und/oder steuern. Chemisch kann die Oberflächenstruktur beispielsweise einen chemischen Prozess unterstützen, unterbinden und/oder steuern, etwa als Katalysator oder Inhibitor.
Nach Ausführungsformen erfolgt das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit vor einem Dotierungsschritt, um eine Dotierung lokal zu modulieren.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass durch eine lokale Temperatursteuerung mittels der kryogenen Flüssigkeit eine Dotierung lokal moduliert werden kann. Beispielsweise kann eine Dotierung mittels Diffusion erfolgen. Bei einer Diffusion handelt es sich um einen thermisch aktivierten Ausgleichsprozess eines Konzentrationsunterschieds, beispielsweise in einem Festkörper. Im Falle eines vorhandenen Konzentrationsunterschieds können Fremdatome bei ausreichend hohen Temperaturen in einen anderen Fest- körnpr pindrinppn und ich dort hpwpppn Dip pntsnrpchpndp Rpwppun? dpr Frpmdatomp In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung ausgebildet zur Durchführung der Verwendung einer kryogenen Flüssigkeit nach einer der hier geschilderten Ausführungsformen. Die Vorrichtung ist beispielsweise konfiguriert für ein oder mehrere oder jede der vorgenannten Ausführungsformen einer Verwendung der kryogenen Flüssigkeit.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Aufbringen einer kryogenen Flüssigkeit auf eine Oberfläche zur Beeinflussung einer Temperatur der Oberfläche mit einem Behälter zur Aufnahme der kryogenen Flüssigkeit, einem digitalen Druckkopf, der mit dem Behälter fluidisch verbunden ist und einem Steuerungsgerät zur Ansteuerung des Druckkopfes für ein tröpfchenweises Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit auf die Oberfläche.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass eine entsprechende Vorrichtung beispielsweise in Form einer Druckeinheit bereitgestellt werden kann, welche mittels des digitalen Druckkopfes die kryogene Flüssigkeit tröpfchenweise auf die Oberfläche aufdruckt. Das tröpfchenweise Aufbringen wird dabei von einem Steuerungsgerät gesteuert. Zur Steuerung verwendet das entsprechende Steuerungsgerät beispielsweise Steuerungsdaten. Die entsprechenden Steuerungsdaten können beispielsweise aus einem für das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit vorgesehenen Verteilungsschema resultieren. Mit anderen Worten können die Steuerungsdaten das entsprechende Verteilungsschema in Steuerungsbefehle übersetzen, mit welchen das Steuerungsgerät die Druckeinheit steuert. Bei dem Steuerungsgerät kann es sich um ein in die Druckeinheit integriertes Gerät handeln oder beispielsweise um ein Computersystem, an welches die Druckeinheit angeschlossen ist.
Nach Ausführungsformen enthält der Druckkopf mehrere individuell ansteuerbare Düsen. Jede der Düsen ist dazu konfiguriert, die Größe und/oder Frequenz der Tropfen, die von der jeweiligen Düse ausgestoßen werden, in Abhängigkeit von Steuerungsdaten des Steuerungsgerätes zu steuern.
Nach Ausführungsformen handelt es sich bei der Vorrichtung um ein medizintechnisches Gerät, insbesondere um ein medizinisches Gerät zum selektiven Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit auf ein Organ oder ein Organteil. Bei dem Organ bzw. Organteil kann es sich um ein in-vivo oder in-vitro Organ bzw. Organteil handeln. Bei dem Organ kann es sich insbesondere menschliche oder tierische Haut handeln. Bei dem medizinischen Gerät kann es ich auch um pin Gpr t 711m splpktivpn Aufhrinppn dpr krvoppnpn Flüssipkpit auf pinzplnp und 0,05 Millimeter dick ist. An den Handinnenflächen und den Fußsohlen ist die Horn- schicht bis zu mehreren Millimeter dick („Hornhaut"). Die Dermis besteht vorwiegend aus Bindegewebsfasern und dient der Ernährung und Verankerung der Epidermis. Sie beinhaltet Blutgefäße, Nerven und die für die Temperaturregelung wichtige glatte Muskulatur und Blutgefäße. Die Unterhaut enthält die größeren Blutgefäße und Nerven für die oberen Hautschichten sowie das subkutane Fett und lockeres Bindegewebe. In der Unterhaut liegen Sinneszellen für starke Druckreize, zum Beispiel die Lamellenkörperchen.
Durch entsprechende Steuerung des Druckkopfes können alle Hautschichten auf Temperaturen von unter 10°C, auch unter 0°C, auch unter -20°C, auch unter -40°C für eine vordefinierte Dauer gekühlt werden. Hierdurch kann Gewebe zerstört und/oder die darin befindlichen Nerven in ihrer Aktivität reduziert werden, insbesondere zum Zweck der Schmerzlinderung).
Nach Ausführungsformen kann die Vorrichtung als ein Werkzeug mit einer Formgebung, die das Führen und Positionieren des Druckkopfes mit einer Hand ermöglicht, ausgebildet sein. Die Formgebung kann insbesondere die Form eines Stiftes, Mal- oder Zeichengerätes haben.
Beispielsweise kann die Vorrichtung eine längliche Form haben und der Druckkopf am vorderen Ende der Vorrichtung angebracht sein. Vorzugsweise hat die Vorrichtung einen Haltebereich, der so gestaltet ist, dass er die Aufnahme und Führung der Vorrichtung durch eine menschliche Hand ermöglicht. Beispielsweise kann der Haltebereich eine Vertiefung oder Verjüngung aufweisen und/oder aus elastischem Material bestehen.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann es sich bei der Vorrichtung um ein Endoskop handeln. Beispielsweise kann die Vorrichtung eine erste Einheit umfassen, die der Behälter und das Steuerungsgerät beinhaltet, und eine zweite Einheit umfassen, die zur Einführung in den Körper bestimmt ist um dort z.B. Metastasen oder andere unerwünschte Gewebeformationen zu zerstören und/oder einzelne Nerven temporär oder dauerhaft zu inaktivieren. Die zweite Einheit beinhaltet den Druckkopf und optional weitere Elemente (Kamera, Temperatursensor, ggf. chirurgische Zangen, Laser, etc.) und ist an die erste Einheit über eine vorzugsweise flexible Verbindung gekoppelt.
Rp nipkwpi p kann p<; ich h i dpr Vorrichtiinp urn pin Fndoskon mit in r Kampra han- Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Vorrichtung eine Druckvorrichtung, die integraler Bestandteil eines Geräts zur automatisierten Züchtung von ein oder mehreren Zellkulturen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform handelt es sich bei der Vorrichtung um einen in zwei oder drei Dimensionen beweglich ausgebildeten Apparat zur Beaufschlagung der einzelnen Zellen und/oder des Organs oder Organteils, insbesondere eines in-vitro kultivierten Organs oder Organteils, mit der kryogenen Flüssigkeit. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung beinhaltet der Apparat einen Temperatursensor und ist dazu ausgebildet, die Oberflächentemperatur des Organs oder Organteils während der Beaufschlagung mit dem Temperatursensor zu erfassen und zur Regelung der Beaufschlagung zu verwenden. Beispielsweise kann die Anzahl, die Größe und/oder die Austrittsgeschwindigkeit der kryogenen Tröpfchen und/oder der Abstand oder Winkel des Druckkopfes relativ zur Oberfläche so angepasst werden, dass die Temperatur der Oberfläche innerhalb eines vordefinierten Temperaturbereichs ist. Diese sehr feingranulare Steuerung der Oberflächentemperatur kann insbesondere bei der Beaufschlagung von biologischem Material von Vorteil sein, da zu tiefe Temperaturen zu einer Zerstörung einzelner Zellen oder ganzer Gewebe führen können. Das Absterben von Zellen sollte in Anwendungsszenarien, in welchen es lediglich darum geht, Zellwachstum lokal gezielt zu verlangsamen oder Schmerzen zu lindern, vermieden werden. Aber auch in Anwendungen, in welchen bestimmte Gewebebereiche zerstört werden sollen, ist eine enge Fokussierung des Applikationsbereichs vorteilhaft, da eine Schädigung des umliegenden Gewebes verhindert werden kann.
Beispielsweise kann in manchen Ausführungsformen die Vorrichtung dazu konfiguriert sein, an der Oberfläche die Temperatur in einem Bereich einzustellen, die zwar das Zellwachstum verlangsamt, jedoch nicht zu einem Absterben der Zellen führt. Insbesondere kann die Vorrichtung dazu konfigurierbar sein, dass bei der Beaufschlagung des Gewebes bzw. des Organs oder Organteils mit einer kryogenen Flüssigkeit die Oberflächentemperatur innerhalb einer Solltemperatur liegt, wobei die Solltemperatur so gewählt ist, dass eine Gewebeschädigung und ein Zellsterben vermieden wird. Beispielsweise kann mittels einer derartigen Solltemperatur, deren Erreichen über den - vorzugsweise kontaktlosen - Temperatursensor kontinuierlich überprüft wird, der Applikationsvorgang so geregelt werden, dass die kryogenen T röpfchen bereits vor Erreichen der Oberfläche der Zellen bzw. des Gewebes vprdamnfpn wna« kpin dirpktpr Kontakt mit dpr 7PIIP prfolet «jondprn dip Kühhin? indi- Auch die anderen hier beschriebenen Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Beaufschlagung verschiedenster biologischer wie nicht-biologischer Materialien können mit einem - vorzugsweise kontaktlosen - Temperatursensor ausgestattet sein und/oder können dazu konfiguriert sein, die Beaufschlagung so vorzunehmen, dass die Temperatur der beaufschlagten Oberfläche innerhalb eines Solltemperaturbereichs liegt, der eine Schädigung des Materials ausschließt. Ein solcher Temperaturbereich kann z.B. ein Temperaturbereich sein, bei welchem ein Kühleffekt nur noch über die Umgebungsluft erfolgt, weil die Tröpfchen vor Erreichen der Oberfläche verdampft sind.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Anlage zur Herstellung eines Bauelements, insbesondere eines elektronischen Bauelements, umfassend eine Vorrichtung nach einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen. Bei der Oberfläche handelt es sich um ein Substrat. Die Anlage führt im Zuge der Herstellung des Bauelements ein oder mehrere Strukturierungsschritte durch, um die Oberfläche zu strukturieren und/oder eine zwei- oder dreidimensionale Struktur auf die Oberfläche aufzubringen. Das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit durch die Vorrichtung erfolgt beispielsweise zumindest vor einem der Strukturierungsschritte, um den nachfolgenden Strukturierungsschritt zu beeinflussen. Beispielsweise erfolgt durch das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit ein Strukturierungsschritt. Bei dem Bauelement kann es sich beispielsweise um ein elektronisches Bauelement, ein mechanisches Bauelement und/oder ein Bauelement handeln, welches eine bestimmte Oberflächenstruktur bereitstellt. Eine solche Oberflächenstruktur kann beispielsweise zur Unterstützung, Unterbindung und/oder Steuerung eines mechanischen, elektromagnetischen oder chemischen Prozesses dienen. Mechanisch kann die Oberflächenstruktur beispielsweise mechanische Bewegungen, etwa von Atomen, Molekülen oder Bewegungselementen, auf der Oberfläche unterstützen, unterbinden und/oder steuern. Elektromagnetisch kann die Oberflächenstruktur beispielsweise elektromagnetisch Wechselwirkungen auf der Oberfläche bzw. über die Oberfläche hinweg unterstützen, unterbinden und/oder steuern. Chemisch kann die Oberflächenstruktur beispielsweise einen chemischen Prozess unterstützen, unterbinden und/oder steuern, etwa als Katalysator oder Inhibitor.
Ausführungsformen können den Vorteil haben, dass die kryogene Flüssigkeit im Zuge einer Herstellung eines Bauelements, wie etwa eines elektronischen Bauelements, zur Steuerung physikalischer und/oder chemischer Prozesse verwendet werden kann. Beispielsweise umfasst eine Anlage zur Herstellung eines entsprechenden Bauelements eine entsprechende
Driickpinhpit mit wplchpr dip krvoppnp Flii<;<;ipkpit tmnfchpnwp p auf pinpr Ohprflächp pi- einem Strukturierungsschritt erfolgen. In diesem Fall kann beispielsweise eine Druckeinheit vorgesehen sein, welche die Oberfläche entsprechend durch Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit vorbereitet. Eine Strukturierung erfolgt anschließend in einer benachbarten Strukturierungseinheit, in welche die behandelte Oberfläche überführt wird.
Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht einer exemplarischen Vorrichtung zur Aufbringung einer kryogenen Flüssigkeit;
Figur 2 eine schematische Ansicht einer exemplarischen Druckeinheit zur Aufbringung einer kryogenen Flüssigkeit;
Figur 3 eine schematische Ansicht einer exemplarischen Druckeinheit zur Aufbringung einer kryogenen Flüssigkeit;
Figur 4 eine schematische Ansicht einer exemplarischen Anlage zur Herstellung eines Bauelements;
Figur 5 ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens zum Aufbringen einer kryogenen Flüssigkeit;
Figur 6 ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens zum Aufbringen einer kryogenen Flüssigkeit;
Figur 7 ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens zum Aufbringen einer kryogenen Flüssigkeit;
Figur 8 eine schematische Ansicht einer exemplarischen Vorrichtung zur kryochirurgischen Applikation einer kryogenen Flüssigkeit;
Figur 9 eine schematische Ansicht einer exemplarischen Vorrichtung zur manuellen Aufbringung einer kryogenen Flüssigkeit in-vitro; und
Figur 10 eine schematische Ansicht einer exemplarischen Vorrichtung zur automatischen Aufbringung einer kryogenen Flüssigkeit in-vitro.
Elemente der nachfolgenden Ausführungsbeispiele, die einander entsprechen oder identisch sind, werden jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt eine exemplarische Vorrichtung 100 zum tröpfchenweisen Aufbringen einer kryogenen Flüssigkeit 103 auf eine Oberfläche 112 eines Objekts 113. Beispielsweise wird pinp Driickpinhpit 104 hprpitpp tpllt WPICHP pinpn Druckknnf 106 umfasst. wplchpr dazu aufzubringende kryogene Flüssigkeit 103 befindet. Es können beispielsweise ein oder mehrere Druckköpfe 106 vorgesehen sein, welche durch eine Bewegungseinheit 107 in zwei cider drei Raumrichtungen bewegbar sind. Die Druckköpfe 106 können beispielsweise jeweils einen oder mehrere individuell ansteuerbare Düsen umfassen. Jede der Düsen kann beispielsweise dazu konfiguriert sein, die Größe und/oder Frequenz der Tropfen, die von der jeweiligen Düse ausgestoßen werden, in Abhängigkeit von Steuerungsbefehlen eines Steuerungsgeräts 102 zu steuern. Innerhalb der Druckeinheit 104 kann beispielsweise eine Schutzatmosphäre herrschen. Ferner kann der Druck in der Druckeinheit 104 gegenüber dem Normaldruck der Umgebung erhöht oder verringert sein.
Bei dem Steuerungsgerät 102 kann es sich beispielsweise um ein Computersystem bzw. ein Computergerät handeln. Das entsprechende Computergerät kann Hardware 114 umfassen mit ein oder mehreren Prozessoren sowie einem Speicher, in welchem Programminstruktionen gespeichert sind zur Steuerung des Computersystems 102 sowie der Druckeinheit 104. Zum Empfang von Eingaben kann das Steuerungsgerät 102 Eingabegeräte, wie etwa eine Tastatur 116 und/oder eine Maus 118, umfassen. Ferner kann das Steuerungsgerät eine Anzeigevorrichtung 120, wie etwa einen Bildschirm, umfassen, auf welchem eine grafische Benutzeroberfläche bzw. GUI ("Graphical User Interface") angezeigt wird. Die entsprechende grafische Benutzeroberfläche 122 kann beispielsweise ein Bild 127 der Oberfläche 112 darstellen sowie ein Verteilungsschema 126, welches eine vorgesehene Verteilung der kryogenen Flüssigkeit auf und/oder über der Oberfläche 112 anzeigt. Zur Bestätigung eines vorgeschlagenen Verteilungsschemas 126 und/oder zur Korrektur des entsprechenden Vorschlags kann die grafische Benutzeroberfläche 122 beispielsweise Steuerungselemente 124 umfassen. Mittels der entsprechenden Steuerungselemente 124 kann ein Nutzer unter Verwendung der Eingabegeräte 116, 118 das vorgeschlagene Verteilungsschema 126 bestätigen und/oder Korrekturen des vorgeschlagenen Verteilungsschemas 126 vornehmen. Zur Erfassung des Bilds 127 der Oberfläche 112 kann die Vorrichtung 100 beispielsweise ferner eine Erfassungsvorrichtung umfassen. Bei der entsprechenden Erfassungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine visuelle Erfassungsvorrichtung, wie etwa eine Kamera, handeln. Insbesondere kann es sich bei der Erfassungsvorrichtung um ein Mikroskop handeln. Anhand des Bildes 127 der Oberfläche 112 können Strukturelemente bestimmt werden, auf welche die kryogene Flüssigkeit 103 aufzubringen ist. Beispielsweise kann ein Verteilungsschema 126 basierend auf einer Bilderkennung von bereits vorhandenen Strukturen der Oberfläche 112 unter Verwendung des Bildes 127 bestimmt wprdpn Altprnativprwpi p kann pin Striiktiiripriinp^chpma für dip Struktiiripriinp dpr Figur 2 zeigt eine Detailansicht einer exemplarischen Druckeinheit 104 aus Figur 1. Die entsprechende Druckeinheit 104 umfasst einen Druckkopf 106. Der entsprechende Druckkopf kann eine oder mehrere Druckdüsen umfassen. Eine Position des entsprechenden Druckkopfs relativ zu der Oberfläche 112 kann beispielsweise durch eine Bewegungseinheit 107 gesteuert werden. Die entsprechende Bewegungseinheit 107 ermöglicht beispielsweise ein Verfahren des Druckkopfs 106 relativ zu der Oberfläche 112 in 2D, d.h. in einer Ebene parallel zu der Oberfläche 112, und/oder in 3D. Somit kann beispielsweise im Falle eines Verfahrens in 3D ein Abstand D des Druckkopfs 106 von der Oberfläche 112 eingestellt werden. Beispielsweise kann der entsprechende Abstand D variiert werden, insbesondere in Abhängigkeit von einer 2D-Position relativ zu der Oberfläche 112. Ferner kann der Abstand D konstant gehalten werden und/oder konstant innerhalb eines vorgegebenen Intervalls gehalten werden. Ferner kann beispielsweise durch Regulierung des Abstands D ein Mindestab- stand zwischen Druckkopf 106 und Oberfläche 112 eingehalten werden. Ferner kann ein Winkel a variiert werden, unter welchem der Druckkopf 106 die kryogene Flüssigkeit tröpfchenweise auf die Oberfläche 112 aufbringt. Eine entsprechende Variation des Winkels a kann beispielsweise durch ein Verschwenken des Druckkopfs 106 um eine, zwei oder drei senkrecht aufeinanderstehende Schwenkachsen erfolgen.
Innerhalb der Druckeinheit 104 kann beispielsweise eine Schutzatmosphäre erzeugt werden und/oder der herrschende Druck kann reguliert werden. Durch Verwendung einer Schutzatmosphäre und/oder Regulieren des Drucks, unter denen die kryogene Flüssigkeit auf die Oberfläche 112 aufgebracht wird, kann die Wirkung der kryogenen Flüssigkeit, insbesondere die Wirkung auf die Oberfläche und/oder auf an physikalischen und/oder chemischen Reaktionen beteiligter Stoffe gezielt lokal gesteuert werden. Ferner kann die Wirkung von der an den physikalischen und/oder chemischen Reaktionen beteiligten Stoffe durch Verwendung einer Schutzatmosphäre und/oder Regulieren des Drucks gesteuert werden.
Figur 3 zeigt eine weitere exemplarische Ausführungsform einer Druckeinheit 104, welche eine Mehrzahl von Druckköpfen 106 umfasst. Die Bewegungseinheit 107 kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, dass die individuellen Druckköpfe 106 unabhängig voneinander in 2D und/oder 3D verfahren werden können. Ferner können die entsprechenden Druckköpfe beispielsweise unabhängig voneinander um eine, zwei und/oder drei Schwenkachsen, welche senkrecht aufeinanderstehen, verschwenkt werden.
Fiei i r 4 7Pi?t pi np An lapp 1 0 7 i i r Hp r tp l l u np pi np<; Ra i ip lp mpnt«; i n<;hp<;nnnp rp pi np<; p lp kt- Das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit kann beispielsweise simultan zu einer Strukturierung der Oberfläche 112 erfolgen. In diesem Fall wäre die Druckeinheit 104 in die Strukturierungseinheit 109 integriert. Alternativ kann das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit, wie in Figur 4 gezeigt, vor einem entsprechenden Strukturierungsschritt erfolgen. In diesem Fall wird beispielsweise die kryogene Flüssigkeit mittels des unter Verwendung der Bewegungseinheit 107 positionierbaren Druckkopfs 106 auf die Oberfläche 112 des Objekts 113 aufgebracht. Das Aufbringen kann beispielsweise gemäß eines vorher definierten Verteilungsschemas erfolgen. Anschließend wird das entsprechende Objekt 113 in die Strukturierungseinheit 109 überführt. Beispielsweise herrschen in der Druckeinheit 104 der Strukturierungseinheit 109 dieselben Atmosphären, insbesondere eine Schutzatmosphäre. Ferner kann in beiden Einheiten 104, 109 jeweils identischer Druck herrschen. Alternativ könnten sich die in den Einheiten 104, 109 herrschenden Drücke unterscheiden.
Bei der Strukturierungseinheit 109 kann es beispielsweise um eine Einheit handeln, welche dazu konfiguriert ist, eine chemische Reaktion, einen physikalischen Abscheidungsschritt und/oder eine Polymerisation auszuführen. Hierzu stellt die Strukturierungseinheit 109 beispielsweise die an dem entsprechenden Strukturierungsschritt beteiligten Stoffe bereit und steuert die physikalischen Rahmenbedingungen. Eine lokale Temperaturvariation zur Beeinflussung des Strukturierungsschritts erfolgt dann beispielsweise durch die lokale Verteilung der kryogenen Flüssigkeit.
Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens zum Aufbringen einer kryogenen Flüssigkeit auf eine Oberfläche. In Block 204 wird ein Verteilungsschema erzeugt. Ein entsprechendes Verteilungsschema kann beispielsweise von einem Nutzer vorgegeben bzw. eingestellt werden. Alternativ kann ein Verteilungsschema auf einer vordefinierten herzustellenden Struktur der Oberfläche basieren, auf welche die kryogene Flüssigkeit aufzubringen ist. Beispielsweise wird eine entsprechende Strukturierungsvorlage bereitgestellt, welche die vordefinierte herzustellende Struktur definiert. Beispielsweise kann es sich bei dem Verteilungsschema um eine Verteilung der kryogenen Flüssigkeit gemäß der vorgegebenen Strukturformen handeln. Das Verteilungsschema zum Verteilen der kryogenen Flüssigkeit auf und/oder über der Oberfläche kann beispielsweise definieren, wo, wann, wieviel kryogene Flüssigkeit zu applizieren ist und ob die applizierte kryogene Flüssigkeit die Oberfläche erreichen soll oder nicht. Beispielsweise definiert das Verteilungsschema eine räumliche und/oder zeitliche Verteilung der kryogenen Flüssigkeit. Beispiels- wpi p dpfiniprt da«; prtpiliinp<;<;chpma pinp räiimlichp iind/ndpr 7Pitlichp variiprpndp Ahea- sowohl eine direkte, als auch eine indirekte Temperaturbeeinflussung der Oberfläche umfasst.
In Block 210 werden unter Verwendung des Verteilungsschemas Steuerungsdaten erzeugt. Bei den entsprechenden Steuerungsdaten handelt es sich beispielsweise um Steuerungsbefehle zur Steuerung eines oder mehrerer Druckköpfe zum Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit auf eine Oberfläche. Beispielsweise können die Steuerungsdaten definieren, an welchen Positionen des Druckkopfs relativ zu der Oberfläche, wie viel kryogene Flüssigkeit unter welchem Winkel aufzubringen ist. In Block 212 wird eine entsprechende Vorrichtung, etwa eine Druckeinheit, zum Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit auf die Oberfläche unter Verwendung der Steuerungsdaten gesteuert. Mit anderen Worten erfolgt eine Abgabe der kryogenen Flüssigkeit über der Oberfläche und/oder ein Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit auf der Oberfläche gemäß dem in Block 204 erzeugten Verteilungsschema. Im Anschluss an oder gleichzeitig zu dem Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit können beispielsweise weitere physikalische und/oder chemische Prozesse gesteuert ausgeführt werden, welche durch die von der kryogenen Flüssigkeit hervorgerufenen lokalen Temperaturänderung beeinflusst werden.
Figur 6 zeigt ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens zum Aufbringen einer kryogenen Flüssigkeit, welches zusätzlich zu dem in Figur 5 gezeigten Verfahren ein Erfassen einer Struktur der Oberfläche in Block 200 umfasst. Ein entsprechendes Erfassen einer Struktur der Oberfläche kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn die physikalischen und/oder chemischen Prozesse, welche durch das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit beeinflusst werden sollen, von vorgegebenen Strukturen der Oberfläche abhängen. In diesem Fall wird beispielsweise in Block 200 die Struktur der Oberfläche erfasst. In Block 202 werden Strukturelemente bestimmt, auf welche die kryogene Flüssigkeit aufzubringen ist. Das entsprechende Bestimmen der Strukturelemente kann beispielsweise durch Eingabe eines Nutzers erfolgen und/oder automatisch erfolgen. Im Falle eines automatischen Bestimmens der Strukturelemente kann beispielsweise ein Verfahren zur Bilderkennung verwendet werden. Die entsprechenden Strukturelemente können beispielsweise anhand ihrer Geometrie und/oder ihres visuellen Erscheinungsbilds, wie etwa ihrer Farbe, bestimmt werden. Das Verteilungsschema in Block 204 wird beispielsweise basierend auf den bestimmten Strukturelementen so erzeugt, dass die Positionen, an welchen die kryogene Flüssigkeiten auf die Oberfläche aufgebracht werden, mit der Positionen der Strukturelemente übereinstimmen.
Fprnpr könnpn beispielsweise nip Meneen der aufgebrachten krvoeenen Fl i issiekeit in Ah- Steuern einer entsprechenden Vorrichtung zum Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit verwendet wird. Im Anschluss an oder gleichzeitig zu dem Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit können beispielsweise weitere physikalische und/oder chemische Prozesse gesteuert ausgeführt werden, welche durch die von der kryogenen Flüssigkeit hervorgerufenen lokalen Temperaturänderung beeinflusst werden.
Figur 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines weiteren exemplarischen Verfahrens zum Aufbringen einer kryogenen Flüssigkeit auf eine Oberfläche. Wie bereits in dem Verfahren gemäß Figur 6 wird zunächst in Block 200 die Struktur einer Oberfläche, auf welche die kryogene Flüssigkeit aufzubringen ist, erfasst. In Block 202 werden Strukturelemente bestimmt, welche mit der kryogenen Flüssigkeit zumindest teilweise zu bedecken sind. Im Block 204 wird unter Verwendung der bestimmten Strukturelemente ein Verteilungsschema zum Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit erzeugt. In Block 206 wird das erzeugte Verteilungsschema beispielsweise auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt. In Block 208 wird eine Bestätigung eines Nutzers für das Verteilungsschema empfangen. Alternativ können Korrekturen des Verteilungsschemas empfangen und das angezeigte Verteilungsschema entsprechend korrigiert werden. Beispielsweise wird nach Abschluss der Korrekturen das entsprechend korrigierte Verteilungsschema bestätigt. In Block 210, dessen Voraussetzung beispielsweise die Bestätigung des Verteilungsschemas ist, werden Steuerungsdaten zur Steuerung einer Vorrichtung zum Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit gemäß des Verteilungsschemas erzeugt. In Block 212 erfolgt schließlich das Steuern der entsprechenden Vorrichtung unter Verwendung der im Block 210 erzeugten Steuerungsdaten. Simultan und/oder anschließend zu dem Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit können ein oder mehrere weitere physikalische und/oder chemische Prozesse gesteuert ablaufen, welche durch die lokale Temperatursteuerung mittels der kryogenen Flüssigkeit lokal gesteuert werden.
Die Figur 8 zeigt eine exemplarische Vorrichtung 700 zum Aufbringen einer kryogenen Flüssigkeit 708 auf eine Oberfläche 712 zur Verwendung im medizinischen oder kosmetischen Kontext. Die Vorrichtung kann z.B. zur Zerstörung oder Entfernung von Hautveränderungen verwendet werden. Die Vorrichtung beinhaltet einen Behälter 702 zur Aufnahme der kryogenen Flüssigkeit, einem digitalen Druckkopf 706, der mit dem Behälter fluidisch verbunder ist und einem Steuerungsgerät 704 zur Ansteuerung des Druckkopfes für ein tröpfchenweises Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit auf die Oberfläche.
Rpi dpr Vorrichtung 700 kann p<; ich also urn pin mpniyintpchnischps Gprät inshpsondprp Bei der Oberfläche 712 kann es sich z.B. um die Epidermis menschlicher oder tierischer Haut 710 handeln oder um eine sonstige Oberfläche einzelner Zellen oder eines Zellverbandes.
Die menschliche Haut gliedert sich in drei wesentliche Schichten: Epidermis (Oberhaut), Dermis (Lederhaut, lat. Corium) und Subcutis (Unterhaut). Bei der Epidermis handelt es sich um ein mehrschichtiges verhornendes Plattenepithel, das üblicherweise zwischen 0,03 und 0,05 Millimeter dick ist. An den Handinnenflächen und den Fußsohlen ist die Horn- schicht bis zu mehreren Millimeter dick („Hornhaut"). Die Dermis besteht vorwiegend aus Bindegewebsfasern und dient der Ernährung und Verankerung der Epidermis. Sie beinhaltet Blutgefäße, Nerven und die für die Temperaturregelung wichtige glatte Muskulatur und Blutgefäße. Die Unterhaut enthält die größeren Blutgefäße und Nerven für die oberen Hautschichten sowie das subkutane Fett und lockeres Bindegewebe. In der Unterhaut liegen Sinneszellen für starke Druckreize, zum Beispiel die Lamellenkörperchen.
Durch entsprechende Steuerung des Druckkopfes können alle Hautschichten auf Temperaturen von unter 10°C, auch unter 0°C, auch unter -20°C, auch unter -40°C für eine vordefinierte Dauer gekühlt werden. Hierdurch kann Gewebe zerstört und/oder die darin befindlichen Nerven in ihrer Aktivität reduziert werden, insbesondere zum Zweck der Schmerzlinderung vor, während oder nach einer lokalen Operation.
Die Aufbringung der kryogenen Flüssigkeit erfolgt vorzugsweise nicht nach dem „Alles oder Nichts" Prinzip, sondern über eine Vielzahl von Düsen, die individuell steuerbar sind und die Tropfen der kryogenen Flüssigkeit so ausstoßen, dass der Tröpfchenausstoß der verschiedenen Düsen sich im Hinblick auf Größe und/oder Frequenz unterscheidet. Hierdurch können komplexe Muster entstehen, die sich individuell an die zu behandelnde Haut- und Unterhautstrukturen anpassen. Beispielsweise ist es sogar möglich, ringförmige Druckmuster sehr starker Kühlung zu produzieren, sodass die Zellen innerhalb des ringförmigen Druckmusters absterben aber die Zellen im Zentrum nicht. Solche Strukturen treten bei verschiedenen Hautläsionen immer wieder auf. Mit herkömmlichen Geräten, die nach dem „Alles oder Nichts-Prinzip" (On-Off-Prinzip) arbeiten, war es nicht möglich, derartige Strukturen auf möglichst schonende Weise zu behandeln, da das gesamte Gewebe auf den die kryogene Flüssigkeit aufgebracht wurde abstarb, obwohl oft nur ein Teilbereich wirklich entfernt werden sollte. Die Verwendung eines Druckkopfes mit mehreren individuell ansteuer- harpn Dii pn prmöplicht p<; dappppn auch knmnlpxp Hautlä innpn pinsc.hlipRIic.h «jolchpr dip Der Wärmeverlust von menschlicher Haut im Kontakt mit Luft ist unwesentlich, da Luft ein ausgezeichneter thermischer Isolator ist. Die Aufbringung der kryogenen Flüssigkeit bewirkt eine starke Abkühlung der Oberfläche, auf die die Tröpfchen aufgetragen werden, wobei sich die Kälte auch ins darunterliegende Gewebe ausbreitet, insbesondere dann, wenn von dem Druckkopf weiterhin auf diese Oberflächenstelle kryogene Flüssigkeitströpfchen appliziert werden.
Die seitliche thermische Diffusion und die Kühlung durch die Blutperfusion begünstigten die Ausbreitung der Kühlung ins Innere des Gewebes, wobei dies einige Sekunden dauern kann Das auf die Haut aufgebrachte Kryomittel erzeugt eine Wärmesenke unterhalb der Oberfläche der Haut, die als Temperaturgradient ausgebildet ist. Je steiler der Gradient ist, desto schneller wird eine gegebene Wärmemenge entzogen. Folglich sollte das Kryomittel, um einen Erfolg zu erzielen, so schnell wie möglich einen großen Abfall der Oberflächentemperatur erzeugen.
Die Figur 9 zeigt eine manuell bedienbare Vorrichtung 800 zur Aufbringung der kryogenen Flüssigkeit in-vitro. Beispielsweise können flächige 2D- oder 3D- Zellverbände, z.B. bakterielle Zellverbände („Biofilm"), künstliche Haut, künstliche Knorpel, Verbände von Leberzellen, Muskelzellen u.a. in zunehmendem Maße in vitro, hier z.B. in einer Petrischale 802, gezüchtet werden. Durch manuelle und vorzugsweise wiederholte Applikation einer kryogenen Flüssigkeit auf bestimmte Stellen des Zellverbandes kann das Wachstum der Zellen einschließlich des dreidimensionalen Wachstums gesteuert werden. Der Druckkopf 706 wird hierbei manuell auf den Bereichen des Zellverbands positioniert, der zerstört oder im Wachstum verlangsamt werden soll. Anstelle einer Petrischale können auch Zellkulturschalen verschiedener Größe und Formate verwendet werden. Eine stark lokal begrenzte Applikation einer kryogenen Flüssigkeit kann neben medizinischen und kosmetischen Zwecken auch für wissenschaftliche Fragestellungen verwendet werden, z.B. um in bestimmten Bereichen den Stoffwechsel und das Wachstum von Zellen zu verlangsamen bzw. den Zellmetabolismus selektiv in einer ausgewählten Region durch sehr rasches Abkühlen auf unter 0°C für weitere Analysen zu konservieren.
Figur 10 zeigt eine Vorrichtung 900 zur automatischen Aufbringung der kryogenen Flüssigkeit über einen Druckkopf 706 in-vitro. Die Vorrichtung 900 ist an einem beweglichen Element 902 starr oder beweglich (z.B. rotierbar und/oder verschwenkbar) befestigt. Bei dem hpwpplichpn Flpmpnt kann p<; ich 7 R um pinpn Rohotprarm odpr pinp sonstipp automa- der automatischen tröpfchenförmigen Aufbringung der kryogenen Flüssigkeit über den Druckkopf 706 kann den Vorteil haben, dass die Kontrolle darüber, wo genau eine kryogene Flüssigkeit aufgebracht wird, erhöht wird. Entsprechende Ausführungsformen sind also für Hochpräzisionsanwendungen besonders geeignet. Vorzugsweise verfügt der Druckkopf 706 über mehrere individuell ansteuerbare Druckdüsen.
In einer Ausführungsform sind die Vorrichtung und der Arm 902 integraler Bestandteil eines Inkubators oder sonstigen Geräts, welches der Temperierung und optional auch der Bewegung von ein oder mehreren prokaryotischen oder eukaryotischen Zellkulturen dient. Dies kann den Vorteil haben, dass die Vorrichtung regelmäßig auf bestimmten Oberflächenbereichen des Zellverbandes positioniert werden kann, um dort die kryogene Flüssigkeit zu applizieren und das Zellwachstum zu steuern. Da sowohl Vorrichtung 900 als auch die bewegliche Einheit 902 Bestandteil des Inkubators bzw. Geräts sind, kann wiederholt eine Kryobehandlung durchgeführt werden ohne das Infektionsrisiko zu erhöhen.
Bezugszeichenliste
100 Vorrichtung
102 Steuerungsgerät
103 kryogene Flüssigkeit
104 Druckereinheit
105 Herstellungsanlage
106 Druckkopf
107 Bewegungseinheit
108 Behälter
109 Strukturierungseinheit
110 fluidische Leitung
111 Tröpfchen kryogener Flüssigkeit
112 Oberfläche
113 Objekt
114 Hardwarekomponente
116 Eingabegerät
118 Eingabegerät
120 Bildschirm
122 grafische Benutzeroberfläche
124 Steuerungselemente
126 Verteilungsschema
127 Oberflächenbild
700 Vorrichtung zur medizinischen oder kosmetischen Kryobehandlung
702 Behälter mit kryogener Flüssigkeit
704 Steuerungsgerät
706 Druckkopf
708 Tröpfchen kryogener Flüssigkeit
710 Haut
712 Oberfläche
800 Vorrichtung zur in-vitro Kryobehandlung
802 Petrischale/Zellkulturgefäß
900 Vorrichtunp zur Krvohphandhinp

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung einer kryogenen Flüssigkeit (103), dadurch gekennzeichnet, dass die kryogene Flüssigkeit (103) tröpfchenweise digital gesteuert auf eine Oberfläche (112, 712) aufgebracht wird zur Beeinflussung einer Temperatur der Oberfläche.
2. Verwendung nach Anspruch 1, wobei durch das digital gesteuerte Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit (103) eine Position des tröpfchenweisen Aufbringens in 2D oder 3D, ein Volumen des tröpfchenweisen Aufbringens und/oder ein Winkel des tröpfchenweisen Aufbringens relativ zu der Oberfläche (112, 712) gesteuert wird, wobei das Volumen und/oder der Winkel positionsabhängig sein kann.
3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die kryogene Flüssigkeit (103) in einem Behälter (108, 702) gelagert ist, welcher mit einem digitalen Druckkopf (106, 706) fluidisch verbunden ist, wobei der digitale Druckkopf (106, 706) für das tröpfchenweise Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit (103) auf die Oberfläche (112, 712) digital angesteuert wird.
4. Verwendung nach Anspruch 3, wobei der digitale Druckkopf (106, 706) relativ zu der Oberfläche (112, 712) bewegbar ist.
5. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche (112, 712) vor dem Aufbringen der Flüssigkeit (103) eine Temperatur von über ■ 50°C, von über -20°C, insbesondere von über 0°C, oder Raumtemperatur oder Körpertemperatur eines Tieres oder eines Menschen hat.
6. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche (112, 712) vor dem Aufbringen der Flüssigkeit (103) eine Temperatur von maximal 100 °C hat.
7. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit (103) unter einer Schutzatmosphäre erfolgt, insbesondere unter einer Schutzatmosphäre mit erhöhtem oder verringertem Sauerstoff- pphalt rplativ 711 r Normalatmo<;nhärp 35
9. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der kryogenen Flüssigkeit (103) um Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Argon, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid oder eine Mischung aus einem oder mehreren dieser Stoffe handelt.
5
10. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verwendung ferner umfasst:
• Erfassen einer 2D und/oder 3D Struktur der Oberfläche (112, 712) und/oder eines Objekts (113), das die Oberfläche (112, 712) umfasst, 0 • Bestimmen von Strukturelementen der Oberfläche (112, 712), auf welche die kryogene Flüssigkeit (103) aufzubringen ist, in Abhängigkeit von der erfassten 2D und/oder 3D Struktur; und
• Erzeugen von Steuerungsdaten, die zum Steuern des Aufbringens der kryogenen Flüssigkeit (103) auf die bestimmten Strukturelemente ausgebildet5 sind.
11. Verwendung nach Anspruch 10, wobei die Verwendung ferner ein Erstellen eines digitalen Verteilungsschemas (126) zum Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit (103) auf die bestimmten Strukturelemente in Abhängigkeit von der erfassten 2D0 und/oder 3D Struktur umfasst, wobei die Steuerungsdaten ausgebildet sind zum Steuern des Aufbringens der kryogenen Flüssigkeit (103) auf die bestimmten Strukturelemente gemäß dem Verteilungsschema (126).
12. Verwendung nach Anspruch 11, wobei das digitale Verteilungsschema (126) auf5 einer Anzeigevorrichtung (120) angezeigt wird und das Steuern des Aufbringens der kryogenen Flüssigkeit (103) unter Verwendung der Steuerungsdaten gemäß dem Verteilungsschema (126) einen Empfang einer Bestätigung des angezeigten Verteilungsschemas (126) über eine Eingabevorrichtung (116, 118) voraussetzt. 0 13. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Oberfläche (112, 712) um lebendes oder totes biologisches Material handelt, wobei das biologische Material insbesondere umfasst: Mikroorganismen, eine Zellkultur und/oder einen Zellverband, insbesondere einen in-vivo oder in-vitro Zellverband, insbesondere einen in-vitro Zellverband für das Wachstum eines künstli-^ 14. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Oberfläche (112, 712) um eine menschliche oder tierische Haut (710) in vivo oder in vitro handelt.
15. Verwendung nach Anspruch 14, wobei es sich bei der Verwendung um ein Verfahren zur medizinischen und/oder ästhetischen Behandlung von Hautveränderungen handelt, wobei die Hautveränderungen insbesondere ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend:
• Pigmentflecken;
• überschießendes Narbengewebe (Keloid);
• Warzen, insbesondere Stilwarzen und Dellwarzen (Molluscum contagiosum),
• Fibroma molle Geschwülste,
• Lentigo solaris Läsionen,
• Hämangiome,
• Feuermaie,
• Keratosen, insbesondere Seborrhoische Keratose;
• hautkrebsbedingte Hautveränderungen.
16. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei es sich bei der Oberfläche (112) um ein Substrat handelt, wobei ein oder mehrere Strukturierungsschritte durchgeführt werden, um die Oberfläche (112) zu strukturieren und/oder eine zwei- oder dreidimensionale Struktur auf die Oberfläche (112) aufzubringen, wobei zumindest vor einem der Strukturierungsschritte das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit (103) erfolgt, um den nachfolgenden Strukturierungsschritt zu beeinflussen, oder wobei durch das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit (103) ein Strukturierungsschritt erfolgt.
17. Verwendung nach Anspruch 16, wobei es sich bei dem Strukturierungsschritt um eine chemische Reaktion, einen physikalischen Abscheidungsschritt und/oder eine Polymerisation handelt.
18. Verwendung nach Anspruch 17, wobei durch das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit (103) eine Reaktionsgeschwindigkeit der chemischen Reaktion lokal gesteuert wird und/oder wobei durch das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit 19. Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei es sich bei der Oberfläche (112) um ein Substrat für eine gedruckte Schaltung handelt.
20. Verwendung nach einem der Ansprüche 16 bis 19 zur Herstellung eines Bauelements, insbesondere eines elektronischen Bauelements, wobei es sich bei dem elektronischen Bauelements insbesondere um eine integrierte elektronische Schaltung, auf Silizium- und/oder Germanium-Basis oder polymerelektronischer Basis handelt.
21. Verwendung nach Anspruch 20, wobei vor einem Dotierungsschritt das Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit (103) erfolgt, um eine Dotierung lokal zu modulieren.
22. Vorrichtung (100, 700, 800, 900) ausgebildet zur Durchführung der Verwendung einer kryogenen Flüssigkeit (103) nach einem der vorigen Ansprüche.
23. Vorrichtung (100, 700, 800, 900) zum Aufbringen einer kryogenen Flüssigkeit (103) auf eine Oberfläche (112, 712) zur Beeinflussung einer Temperatur der Oberfläche (112, 712) mit einem Behälter (108, 702) zur Aufnahme der kryogenen Flüssigkeit (103), einem digitalen Druckkopf (106, 706), der mit dem Behälter (108, 702) fluidisch verbunden ist und einem Steuerungsgerät (102, 704) zur Ansteuerung des Druckkopfes (106, 706) für ein tröpfchenweises Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit (103) auf die Oberfläche (112, 712).
24. Vorrichtung (700) nach einem der Ansprüche 22 bis 23, wobei es sich bei der Vorrichtung (700) um ein medizintechnisches Gerät handelt zum selektiven Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit (103) auf ein Organ oder ein Organteil, insbesondere ein in-vivo oder ein in-vitro kultiviertes Organ oder Organteil, insbesondere menschliche oder tierische Haut (710), oder wobei es sich bei der Vorrichtung um eine Vorrichtung zum selektiven Aufbringen der kryogenen Flüssigkeit (103) auf einzelne Zellen, insbesondere Nervenzellen, handelt.
25. Vorrichtung (700, 800) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die Vorrichtung (700, 800) ausgebildet ist als:
• pin in 7\A/pi nrlpr rlrpi Rimpnuinnpn hpxA/pplirh ai pphilrlptpr Annarat 71 ir Rp- 38 umfasst und dazu ausgebildet ist, die Oberflächentemperatur des Organs cider Organteils während der Beaufschlagung mit dem Temperatursensor zu erfassen und zur Regelung der Beaufschlagung zu verwenden; und/oder
• ein Werkzeug mit einer Formgebung, die das Führen und Positionieren des
5 Druckkopfes (106, 706) mit einer Hand ermöglicht, wobei die Formgebung insbesondere die Form eines Stiftes, Mal- oder Zeichengerätes hat; und/oder
• ein Endoskop; und/oder
• ein Endoskop mit einer Kamera, wobei die Kamera am gleichen Ende der Vorrichtung angebracht ist wie der Druckkopf (106, 706) und so ausgerichtet0 ist, dass die Kamera dazu ausgebildet ist, Bilder (127) von dem Druckkopf (106, 706) und der von diesem kontaktierten Oberfläche (112, 712) zu erfassen.
26. Vorrichtung (100, 700, 800, 900) nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei der5 Druckkopf (106, 706) mehrere individuell ansteuerbare Düsen enthält, wobei jede der Düsen dazu konfiguriert ist, die Größe und/oder Frequenz der Tropfen, die von der jeweiligen Düse ausgestoßen werden, in Abhängigkeit von Steuerungsdaten des Steuerungsgerätes (102, 704) zu steuern. 0 27. Vorrichtung (100, 700, 800, 900) nach einem der Ansprüche 22 bis 26, ferner umfassend einen Temperatursensor, der zur vorzugsweise kontaktlosen Erfassung der Oberflächentemperatur des mit der kryogenen Flüssigkeit zu beaufschlagenden Substrats ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die Oberflächentemperatur des Organs oder Organteils während der Beaufschlagung5 mit dem Temperatursensor zu erfassen und die Beaufschlagung so zu regeln, dass die erfasste Oberflächentemperatur innerhalb eines Solltemperaturbereichs liegt.
28. Anlage (105) zur Herstellung eines Bauelements, insbesondere eines elektronischen Bauelements, umfassend eine Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche0 22 bis 27, wobei es sich bei der Oberfläche (112) um ein Substrat handelt, wobei die Anlage (105) im Zuge der Herstellung des Bauelements ein oder mehrere Strukturierungsschritte durchführt, um die Oberfläche (112) zu strukturieren und/oder eine zwei- oder dreidimensionale Struktur auf die Oberfläche (112) aufzubringen, wobei zumindest vor einem der Strukturierungsschritte das Aufbringen^
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