FR3141091A1 - Impression d’objets a partir d’un puits - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé et un équipement de transfert d’un objet depuis un substrat donneur (30) en direction d’un substrat cible (40), ledit substrat donneur (30) contenant les objets à transférer de dimension (Dx, Dy, Dz), ledit transfert étant assuré par excitation énergétique locale dudit liquide pour former une bulle de cavitation localisé au niveau d’un objet, caractérisé en ce que ledit substrat est constitué par une plaque de micro-puits présentant une pluralité de puits formant chacun un réceptacle présentant une base supérieure ouverte se rétrécissant vers le fond, la largeur (L) de la base desdits puits étant L > 2DxDy et la hauteur (h) dudit puits h > 2Dz, et le transfert se fait Avec un premier niveau d’énergie E1 si le ratio entre la dimension (Dz) dudit objet et épaisseur (e) dudit film liquide est inférieur à 1Avec un deuxième niveau d’énergie E2> E1 si le ratio entre la dimension (Dz) dudit objet et épaisseur (e) dudit film liquide est supérieur à 1. Figure de l’abrégé : figure 1
Description
La présente invention concerne le domaine de la fabrication additive d’un matériau par transferts répétés de particules entre un substrat donneur et un substrat récepteur, un film de liquide vecteur contenant les particules à transférer étant déposé sur le substrat donneur, et notamment le domaine de la bio-impression. Le domaine particulier de la bio-impression concerne l’utilisation de procédés de fabrication numérique permettant d’organiser et d’assembler en 2D et en 3D les constituants des tissus biologiques dans le but de produire des greffons pour la médecine régénératrice ou des modèles physiologiques pour la recherche biomédicale et pharmaceutique.
Le principe général consiste à transférer des objets biologiques (des cellules par exemple), organiques ou minérales à partir d’un liquide vecteur déposé sur un substrat sous forme d’un film et d’apporter une impulsion énergétique pour former une bulle de cavitation, directement par vaporisation de la partie de liquide dans le champ focal de la source d’énergie- généralement un laser – ou par l’intermédiaire d’un fin revêtement métallique formant sur le substrat donneur une couche sacrificielle. Cette bulle de cavitation entraîne la ou les particules se trouvant dans l’axe de tir vers un substrat récepteur, sur lequel viennent s’accumuler les particules transférées, au fur et à mesure de la répétition des tirs.
Une des solutions adaptées à la bio-impression est connue sous l’acronyme LIFT (en anglais « Laser Induced Forward Transfert »). Le transfert de matière est provoqué par
la focalisation d’un laser sur une surface. Ce transfert peut se faire dans deux sens, soit provoquant l’ablation d’une surface par le haut, puis en la laissant chuter par force capillaire, soit en tirant sur la surface vers le bas et en se servant de l’énergie libérée pour provoquer un transfert de matière vers un receveur positionné au-dessus de la surface. Le LIFT consiste en la projection d’une bio-encre étalée sur un support donneur vers un support receveur. Le support donneur est composé d’une lame de verre recouverte d’une fine couche d’or sur laquelle la bio-encre est étalée. Le support receveur peut être par exemple une plaque 6-puits ou une plaque sans puits pour l’impression de grandes surfaces.
Un laser délivre de courtes impulsions infrarouges (de quelques centaines de femtosecondes jusqu’à la dizaine de nanosecondes). Le faisceau est agrandi, et dirigé par un jeu de miroirs vers un scanner. Celui-ci oriente le faisceau vers une lentille F-Thêta, qui permet de le focaliser sur la lame donneuse. Les coordonnées des points d’ablation du laser sur la lame donneuse sont pilotées par l’angle appliqué par le scanner.
Lorsque l’impulsion laser focalisée arrive au niveau de la couche d’or, les électrons contenus dans celle-ci absorbent les photons du laser. Un plasma se crée et une bulle de vapeur se forme à la surface du verre, appelée bulle de cavitation. Cette bulle située entre le verre et la bio-encre projette une gouttelette d’encre contenant une ou plusieurs cellules sur le support receveur. La distance entre la couche d’or du donneur et la surface du receveur est définie comme la Distance Donneur-Receveur (DDR). Cette distance est un des principaux paramètres influençant la qualité d’impression.
On connaît par exemple le brevet EP3941712 décrivant un procédé d'impression mettant en œuvre un équipement comportant un moyen d'excitation énergétique orientable pour produire une interaction ponctuelle avec au moins une encre pouvant contenir des inhomogénéités déposée sur un support d' impression présentant une surface transparente d'interaction, afin de provoquer le transfert d'une partie ciblée de ladite encre vers un récepteur, caractérisé en ce qu' il comporte une étape de génération d'un film de mouillage recouvrant au moins partiellement ladite surface transparente d'interaction, suivie d'une étape de dépôt de ladite encre sur la surface dudit film de mouillage et d'étapes de transfert.
On connait aussi la demande de brevet EP22181067.4. En effet, il s’agit d’un brevet protégeant un procédé de fabrication d'un tissu de cartilage tridimensionnel par bio-impression assistée par laser, comprenant les étapes suivantes :
a) fournir une bio-encre donneuse comprenant des agrégats de cellules formant du cartilage,
b) transférer une couche structurée d'agrégats cellulaires sur un substrat récepteur par une énergie laser pulsée focalisée sur la bio-encre.
c) répéter les étapes a) et b) pour obtenir des couches d'agrégats à motifs supplémentaires
sur les couches précédemment déposées, obtenant ainsi une dite couche tridimensionnelle
avec un facteur de compacité minimal de 30 %.
Parmi ces technologies, il y a le brevet : EP2873751A1 qui décrit un processus de dépôt direct d'un matériau solide sur un substrat cible en faisant passer une rafale d'impulsions laser ultrarapides d'un faisceau laser focalisé en dessous de la limite de diffraction à travers un substrat porteur qui est transparent au faisceau laser. Le substrat porteur est revêtu d'un matériau solide à transférer sur sa face inférieure. Les électrons à l'arrière dudit support transparent revêtu du matériau sont excités par les premières sous-impulsions du faisceau laser qui soulève le matériau du substrat porteur et les sous-impulsions ultérieures du faisceau laser envoient le matériau dans l'espace avec une vitesse hypersonique par une onde de choc qui entraîne le matériau avec un élan vers l'avant à travers un espace étroit entre le substrat porteur et le substrat cible.
Le procédé décrit dans ce brevet est basé sur la fusion du matériau à transférer par absorption laser et les ondes de chocs nécessaires pour le transfert ne sont pas compatibles avec un usage dans le domaine biologique.
La bioimpression par technologie Kenzan [Yurie et al. (2017) PLoS ONE 12(2), e0171448] est une méthode permettant d'assembler des agrégats cellulaires en 3D sans l'aide d'un échafaudage composé de matériaux de collagène ou d'hydrogel. En effet, les sphéroïdes sont disposés dans un réseau d'aiguilles fines où ils peuvent fusionner avec les sphéroïdes adjacents pour former une structure connectée. En utilisant un alignement approprié des aiguilles, les sphéroïdes peuvent être positionnés selon certaines dispositions 3D, en particulièrement pour des constructions creuses. Cette technologie est limitée en termes de débit de production car les sphéroïdes doivent être manipulés individuellement à l'aide d'une pince ou d'une seringue. De plus, la taille des sphéroïdes est généralement grande pour être compatible avec l'insertion d'une aiguille. La technologie Kenzan ne permet pas de produire des tissus denses (avec un facteur de compacité élevé) composés de sphéroïdes inférieurs à 500μm de diamètre. Enfin, cette technologie est limitée du point de vue applicatif du fait qu’elle est basée sur une manipulation par contact des objets. Elle est peu adaptée à la manipulation d’objets déformables, de cellules fragiles aux variations environnementales ou aux conditions GMP.
La bio-impression assistée par aspiration est une autre technique particulièrement adaptée à la manipulation et au modelage des sphéroïdes comme dans décrit dans la publication :
« Aspiration-assisted bioprinting for precise positioning of biologics »
Ayan B, Heo D N, Zhang Z, Dey M, Povilianskas A, Drapaca C and Ozbolat I T
2020 Sci. Adv. 6 1–17
Cette technologie permet de prélever et de positionner des agrégats en 3D en exploitant la puissance des forces d'aspiration. Elle fait fonctionner une pipette, qui est utilisée pour "prélever" des sphéroïdes d'un gel ou d'une bio-encre et les "bio-imprimer en 3D" dans ou sur un substrat de gel (récepteur). Cette technologie revendique un positionnement de haute précision et une grande viabilité, mais l'aiguille d'aspiration est en contact avec le sphéroïde, avec un potentiel de contaminations et de dommages mécaniques. De plus, pour assurer une bonne aspiration, cette solution est limitée à la manipulation de sphéroïdes de grande taille et est donc limitée en terme de débit de production. Comme pour la technologie Kenzan, la technologie par aspiration impose de manipuler les sphéroïdes individuellement au ralenti et ne permet pas de produire des tissus denses (facteur de compacité élevé) composés de sphéroïdes de moins de 500μm de diamètre. Cette technologie est limitée du point de vue applicatif du fait qu’elle est basée sur une manipulation par contact des objets. Elle est peu adaptée à la manipulation d’objets déformables, de cellules fragiles aux variations environnementales ou aux conditions GMP.
Inconvénients de l’art antérieur
Les solutions de l’art antérieur sont mal adaptées à des particules présentant des tailles supérieures à 100 µm et posent par ailleurs de difficultés en ce qui concerne le centrage du tir par rapport à la particule à transférer.
Par ailleurs, les solutions de l’art antérieur impliquent des opérations de manipulation des objets présentant des risques de perte de viabilité, notamment pour les objets biologiques fragiles.
Solution apportée par l’invention
Afin de remédier à ces inconvénients, la présente invention concerne selon son acception la plus générale un procédé de fabrication d'un matériau par un transfert d’au moins une particule depuis un substrat donneur en direction d’un substrat cible. Il concerne plus particulièrement un procédé de transfert d’un objet depuis un substrat donneur en direction d’un substrat cible, un film de liquide vecteur contenant les particules à transférer étant déposé sur ledit substrat donneur contenant les objets à transférer de dimension (Dx, Dy, Dz), ledit transfert étant assuré par excitation énergétique locale pour former une bulle de cavitation localisé au niveau d’un objet, caractérisé en ce que
- ledit substrat est constitué par une plaque de micro-puits présentant une pluralité de puits formant chacun un réceptacle présentant une base supérieure ouverte se rétrécissant vers le fond, la largeur (L) de la base desdits puits étant L > 2DxDyet la hauteur (h) dudit puits h > 2Dz, et
- le transfert se fait
- Selon un premier mode de transfert avec un premier niveau d’énergie E1si le ratio entre la dimension (Dz) dudit objet et épaisseur (e) dudit film liquide est inférieur à 1
- Selon un deuxième mode de transfert avec un deuxième niveau d’énergie E2> E1si le ratio entre la dimension (Dz) dudit objet et épaisseur (e) dudit film liquide est supérieur à 1.
Selon une première variante, le dépôt d’énergie est réalisé par la focalisation d’un laser pour les deux modes de transfert, propulsion et LIFT.
Selon une deuxième variante, le dépôt d’énergie est réalisé via un champ électrique pour le mode propulsion.
Selon une troisième variante, le dépôt d’énergie est réalisé par la focalisation d’une onde acoustique pour le mode propulsion.
Selon un mode de réalisation particulier, le substrat receveur comporte un moyen d’amortissement selon l’axe de transfert des objets.
Selon une variante, le transfert des objets biologiques est réalisé sans contact par la génération d’une bulle de cavitation dans le liquide présent entre l’objet et le fonds du puits, le transfert étant assuré
- soit par la conversion de l’énergie déposée en une énergie cinétique de l’objet qui décolle et quitte la couche liquide avec une forte directivité dans le mode propulsion
- soit par la conversion de l’énergie déposée en un mouvement du liquide qui emporte les objets via un jet dans le mode LIFT
Le transfert sans contact garantit l’absence de déformation plastique de l’objet.
Avantageusement, les objets à transférer sont choisis parmi la catégorie des agrégats cellulaires, des sphéroïdes, des organoïdes, des explants (îlots de Langherans), des particules de polymères encapsulant les cellules (organoïde recouvert d’une couche de biomatériau), des micro-carriers ensemencés de cellules, des billes de biomatériaux.
Selon une variante, le transfert est répété pour fabriquer un matériau, tissu ou organe et que la fraction volumique ou la densité volumique des objets biologiques transférés par propulsion dans ledit matériau, tissu ou organe imprimé est supérieure à 30 %.
Selon une autre variante, le transfert est effectué une seule fois dans le but de caractériser précisément un unique objet.
Selon une autre variante, le procédé est combiné avec d’autres technologies d’impression comme l’extrusion, le jet d’encre, LIFT afin de fabriquer des matériaux ou tissus complexes comportant différents composants.
L’invention concerne aussi un équipement de manipulation et de transfert par dépôt d’énergie comportant :
- une source d’énergie orientée vers le matériel à transférer,
- au moins un puits à partir duquel ledit matériel est manipulé et transféré,
- un substrat receveur cible qui recueille le matériel transféré
Ledit donneur étant constitué par une plaque comportant des puits contenant les objets transférables disposés dans un liquide avec une orientation Dx,Dydans le plan du film liquide et Dzperpendiculaire audit film, caractérisé en ce que le transfert se fait
- soit par LIFT si le ratio entre la dimension (Dz) de l’objet et l’épaisseur (e) du film liquide est inférieur à 1
- soit par propulsion si le ratio entre la dimension (Dz) de l’objet et l’épaisseur (e) du film liquide est supérieur à 1
Selon une variante, le dépôt d’énergie est réalisé par la focalisation d’un laser pour les deux modes de transfert, propulsion et LIFT.
Avantageusement, le substrat de la plaque comportant les puits est transparent ou faiblement absorbant à la longueur d’onde dudit faisceau laser.
Selon une variante, il comporte un scanner permettant de positionner précisément le faisceau laser sur le centroïde ou centre de masse de chaque objet assurant ainsi une forte directivité dans le transfert dudit objet.
Selon une autre variante, le dépôt d’énergie est réalisé via un champ électrique.
Selon une autre variante, le dépôt d’énergie est réalisé par la focalisation d’une onde acoustique.
Selon une autre variante, il comporte un système de contrôle et d’asservissement de la valeur d’énergie déposée afin de transférer l’objet de façon optimale en fonction de sa taille.
Selon une autre variante, il intègre des moyens d’automatisation du déplacement du substrat (30).
Selon une autre variante, le substrat de la plaque à puits est recouvert par une couche sacrificielle ayant des propriétés de forte absorption / conduction du dépôt d’énergie par laser ou par champ électrique.
Avantageusement, il comporte un moyen pour commander une succession temporelle de plusieurs dépôt d’énergie sur un même puits pour le transfert d’un objet.
Selon une autre variante, qu’il comporte un moyen pour commander plusieurs dépôts d’énergie séparés spatialement afin de transférer plusieurs objets disposés dans différents puits en parallèle.
Selon une autre variante, il comporte en outre au moins une autre technologie d’impression comprenant l’extrusion, le jet d’encre, le LIFT pour la fabrication de matériaux ou tissus complexes comportant différents composants.
Selon une autre variante, il intègre un système pour délivrer plusieurs faisceaux lasers simultanément au niveau de l’objet lorsque celui-ci a une forme non isotrope afin de garantir son transfert selon une trajectoire homogène.
Description détaillée d’un exemple non limitatif de réalisation
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés où :
Contexte général de l’invention
L’invention concerne particulièrement la fabrication additive d’un greffon biologique par transfert sur une surface cible d’objets biologiques de dimensions supérieures à 100 µm tels que des sphéroïdes ou des organoïdes. Les sphéroïdes sont des agrégats cellulaires tridimensionnels (3D) qui peuvent imiter les tissus. Une fois ensemencés dans un puits d’une microplaque à fond pyramidal ou tronconique, ces agrégats forment un sphéroïde discret.
Les sphéroïdes contiennent à la fois des cellules profondément enfoncées et celles dont la surface est exposée, des cellules proliférantes et non proliférantes, ainsi qu’un centre entouré avec une couche externe bien oxygénée de cellules. Leur assemblage par transfert sur un substrat cible permet de constituer des tissus tridimensionnels tels que du cartilage par exemple pour reconstituer un cartilage lésé.
Les sphéroïdes et organoïdes peuvent être constitués de différentes cellules souches, progénitrices et / ou différenciées par exemple les cellules cardiaques, cérébrales, hépatiques, etc.
La culture des sphéroïdes et organoïdes peut être réalisées dans des plaques à 1 seul puits comme dans des plaques de 12, 24, 48, 96 voire 384 puits contenant plusieurs milliers à plusieurs dizaines de milliers de micro-puits.
Présentation générale du substrat donneur
Les figures 1 et 2 représentent des vues d’un micro-puits (31) d’un substrat donneur (30). Le micro-puits (31) est réalisé dans une plaque transparente comprenant une matrice de micro-puits, et présente une forme pyramidale inversée avec une base carrée ouverte (32) de largeur L typiquement entre 200 µm et 800 µm et un fond inférieur (33) pointu ou de préférence avec un méplat. Il présente une hauteur h comprise typiquement entre 200 µm et 800 µm,
Le sphéroïde (35) est composé d’environ 500 cellules, et n’occupe qu’une partie de la hauteur h du micro-puits,
Le sphéroïde (36) est composé d’environ 2000 cellules, et occupe toute la partie du micro-puits de hauteur h.
Un liquide aqueux, par exemple de l’eau additionnée de sels ou un milieu de culture, par exemple une solution de BSA (Bovine Serum Albumine) à 2%, remplit au moins partiellement le micro-puits (31).
Selon la taille du sphéroïde (35, 36) que le micro-puits (31) contient, le liquide recouvre entièrement le sphéroïde, ou le sphéroïde repose dans un fond liquide.
Dans le premier cas, le transfert se fera selon un mode LIFT, avec une puissance modérée typiquement de 15 à 20 microjoules.
Dans le second cas, le transfert se fera selon un mode de propulsion, sans que la particule ne soit emportée dans une bulle de liquide, avec une puissance 2 à 5 fois supérieure, de l’ordre de 30 à 60 microjoules.
La valeur d’énergie déposée est minimisée afin de transférer l’objet en fonction de sa taille tout en garantissant son intégrité post transfert. La minimisation de l’énergie déposée assure également une faible vitesse de transfert permettant un dépôt ralenti sur le substrat receveur contribuant ainsi à l’intégrité de l’objet transféré.
Optionnellement, la surface du micro-puits (31) est revêtue d’une couche sacrificielle, typiquement une couche d’or, pour favoriser la formation d’une bulle de cavitation éjectant la particule contenue dans le micro-puits. Cette couche sacrificielle peut aussi être constituée par une couche mince de métal, de polymère, de gel, etc....
Présentation générale du système de transfert
Le système de transfert comporte plusieurs parties :
- une partie optique comprenant un laser impulsionnel (10) pour produire l’énergie de cavitation du liquide vecteur et optionnellement une caméra (20) pour l’observation du substrat donneur (30) et du substrat récepteur (40). Cette caméra et le système optique associé n’est pas nécessaire pour le tir d’objets exclusivement contenus dans des micro-puits, car le positionnement des objets à tirer est contraint et ne nécessite pas de correction par observation optique
- Une partie automate, avec un bras robot (50) utilisé pour l’automatisation de la manipulation du receveur (40). Le substrat receveur (40) présente avantageusement des propriétés mécaniques capables d’amortir les chocs afin de garantir l’intégrité de l’objet transféré, soit par un revêtement déformable élastiquement, soit par un support monté sur un système d’amortissement selon l’axe de transfert.
et optionnellement, le système peut comporter un extrudeur pour ajouter sur le substrat récepteur (40) un lien, par exemple du collagène entre les couches de particules transférées.
Plus généralement, l’équipement peut combiner plusieurs technologies d’impression 3D, de bio-impression, de photo-polymérisation.
Le substrat (30) est constitué par une plaque à micro-puits décrit ci-avant, maintenue par un support avantageusement déplacé par un système motorisé (37) positionnant la pointe de l’un des micro-puits dans l’axe optique, pour permettre le transfert de la particule contenue dans le micro-puits avec une grande précision de tir, inférieur à 50 µm, en raison de la connaissance de la géométrie de la plaque et du positionnement contraint de la particule (35, 36) dans le micro-puits (31).
La partie optique du dispositif est possiblement constituée de deux parties, une partie optionnelle comprenant la caméra (20) servant à viser les objets, et une partie comprenant le laser (10) servant à « tirer », c’est-à-dire délivrer des impulsions énergétiques dans un plan du micro-puits donneur (30) où se trouve une particule à transférer.
Le laser (10) est par exemple un laser Nd-YAG qui émet des impulsions de 1 à 10 ns à 1064 nm avec une énergie de 15 à 60 microjoules, sensiblement supérieure à l’énergie utilisée habituellement pour des procédés LIFT.
Selon un autre exemple, il est constitué par un laser à fibre pulsée Ytterbium émettant à 1030nm, avec impulsions plus courtes, de 350 femtosecondes à 10 picosecondes, avec plusieurs dizaines de microjoules d'énergie par impulsion.
La puissance sera déterminée pour chaque tir en fonction de la taille de la particule présente dans le micro-puits dans l’axe optique, et du mode de transfert approprié.
La lentille (16) est typiquement une lentille F-theta avec une distance focale de 100mm adaptée au balayage laser. La taille typique du spot au plan focal est de l'ordre de 30 à 35µm de diamètre.
Le faisceau laser (14) traverse une optique de mise en forme (13) puis est dirigé via un jeu de miroirs (11, 12) vers un scanner (15) qui enverra ensuite le faisceau à la verticale vers le substrat donneur (30), via la lentille F-Théta (16).
Le scanner (15) est composé de deux miroirs automatisés qui vont rediriger le faisceau à l’horizontale avec un certain angle en direction de l’objectif (16). L’objectif (16) va ensuite redresser le faisceau (14) pour qu’il arrive perpendiculaire au substrat donneur (30) et le focaliser. Les miroirs du scanner (15) permettent de commander le déplacement du faisceau laser (14) selon les axes horizontaux sur le substrat donneur (30). Le faisceau laser (14) est donc focalisé sur le substrat donneur (30) et dirigeable selon les axes X et Y définissant le plan horizontal.
Pour un substrat donneur (30), le faisceau (14) est focalisé sur la couche sacrificielle revêtant la surface du substrat, par exemple une couche d’or de 20 nanomètres déposée sur une fenêtre optique transparente.
La deuxième partie optique optionnelle comprenant la caméra (20) est la partie servant à viser. Il peut s’avérer nécessaire d’utiliser un système de visualisation si les particules sont plus petites que la taille du micro-puits utilisé, par exemple des sphéroïdes formés par une agrégation de cellules ayant un diamètre de 100µm.
Une source lumineuse dans le visible, typiquement une LED (21) est placée au-dessus de la cartouche, et le faisceau lumineux (22) passe par le scanner (15) en suivant le chemin inverse du faisceau laser. Il arrive ensuite au niveau d’un miroir semi-réfléchissant (12) qui laisse passer la lumière visible dirigée vers la caméra (20), mais réfléchit l’infrarouge vers le laser (10). Le faisceau passe ensuite par une lentille (23), un iris (24) et un objectif (25) avant d’arriver sur la caméra (20). Le tout est aligné de telle sorte à ce que le focus du faisceau laser (10) se fasse au centre de l’image récupérée par la caméra (20).
Cette image permet de déterminer la taille de la particule présente dans le micro-puits se trouvant dans l’axe de tir, et déterminer ainsi la puissance de l’impulsion requise.
L’invention porte de façon non limitative au transfert de sphéroïdes formés par un agrégat de cellules cultivées en laboratoire et présentant l’aspect d’une petite perle faite de cellules et de matrice extracellulaire.
Afin de produire les sphéroïdes, les cellules souches, progénitrices ou différenciées sont cultivées par des méthodes conventionnelles et ensemencées dans des micro-puits afin de produire des agrégats qui sont ensuite manipulés selon le procédé de la présente invention.
Comme exposé ci-avant, la partie « imagerie de la zone de tir » est optionnelle. Elle est utile lorsque les micro-puits peuvent recevoir des particules de petites dimensions, dont le positionnement ne sera pas contraint par les parois du micro-puits. Il est alors nécessaire d’utiliser l’information fournie par un système d’imagerie pour centrer précisément, à 50 µm près, l’axe du faisceau laser avec le centre de la particule.
Par contre, lorsque les particules sont systématiques de taille importante, supérieure à la section à mi-hauteur du micro-puits, ce sous-système d’imagerie est optionnel et peut être omis, car la précision du tir résulte du positionnement contraint de la particule dans le micro-puits, et du positionnement précis du substrat présentant les micro-puits par rapport à un révérenciel de l’équipement.
Micro-puits à fond plat
Selon une variante de réalisation illustrée par la , les micro-puits présentent une cavité pyramidale inversée avec un pointe tronquée, pour limiter les phénomènes de réflexion et de diffraction du tir laser centré sur le micro-puits. La surface de la base du micro-puits est supérieure à la largeur du faisceau laser, typiquement entre 50 et 100 µm.
Claims (23)
- - Procédé de transfert d’un objet depuis un substrat donneur (30) en direction d’un substrat cible (40), un film de liquide vecteur contenant les particules à transférer étant déposé sur ledit substrat donneur (30) contenant les objets à transférer de dimension (Dx, Dy, Dz), ledit transfert étant assuré par excitation énergétique locale dudit liquide pour former une bulle de cavitation localisé au niveau d’un objet, caractérisé en ce que
- ledit substrat est constitué par une plaque de micro-puits présentant une pluralité de puits formant chacun un réceptacle présentant une base supérieure ouverte se rétrécissant vers le fond, la largeur (L) de la base desdits puits étant L > 2DxDyet la hauteur (h) dudit puits h > 2Dz, et
- le transfert se fait
- Selon un premier mode de transfert avec un premier niveau d’énergie E1si le ratio entre la dimension (Dz) dudit objet et épaisseur (e) dudit film liquide est inférieur à 1
- Selon un deuxième mode de transfert avec un deuxième niveau d’énergie E2> E1si le ratio entre la dimension (Dz) dudit objet et épaisseur (e) dudit film liquide est supérieur à 1.
- - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dépôt d’énergie est réalisé par la focalisation d’un laser que ce soit pour les deux modes de transfert par propulsion ou par LIFT.
- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dépôt d’énergie est réalisé via un champ électrique pour le mode propulsion.
- - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dépôt d’énergie est réalisé par la focalisation d’une onde acoustique pour le mode propulsion.
- - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat receveur (40) comporte un moyen d’amortissement selon l’axe de transfert des objets.
- - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transfert des objets est réalisé sans contact par la génération d’une bulle de cavitation dans le liquide présent entre l’objet et le fonds du puits, le transfert étant assuré
- soit par la conversion de l’énergie déposée en une énergie cinétique de l’objet qui décolle et quitte la couche liquide avec une forte directivité dans le mode propulsion
- soit par la conversion de l’énergie déposée en un mouvement du liquide qui emporte les objets via un jet dans le mode LIFT
Le transfert sans contact garantit l’absence de déformation plastique de l’objet. - - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les objets à transférer sont choisis parmi la catégorie des agrégats cellulaires, des sphéroïdes, des organoïdes, des explants (îlots de Langherans), des particules de polymères encapsulant les cellules (organoïde recouvert d’une couche de biomatériau), des micro-carriers ensemencés de cellules, des billes de biomatériaux.
- - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le transfert est répété pour fabriquer un matériau, tissu ou organe et que la fraction volumique ou la densité volumique des objets biologiques transférés par propulsion dans ledit matériau, tissu ou organe imprimé est supérieure à 30 %.
- - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le transfert est effectué une seule fois dans le but de caractériser précisément un unique objet.
- - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il peut être combiné avec d’autres technologies d’impression comme l’extrusion, le jet d’encre, LIFT afin de fabriquer des matériaux ou tissus complexes comportant différents composants.
- - Équipement de manipulation et de transfert par dépôt d’énergie comportant :
- une source d’énergie orientée vers le matériel à transférer,
- au moins un puits à partir duquel ledit matériel est manipulé et transféré,
- un substrat receveur cible qui recueille le matériel transféré
- ledit substrat est constitué par une plaque de micro-puits présentant une pluralité de puits formant chacun un réceptacle présentant une base supérieure ouverte se rétrécissant vers le fond, la largeur (L) de la base desdits puits étant L > 2DxDyet la hauteur (h) dudit puits h > 2Dz, et
- le transfert se fait :
- soit par propulsion si le ratio entre la dimension (Dz) de l’objet et l’épaisseur (e) du film liquide est supérieur à 1 avec un deuxième niveau d’énergie E2> E1. - - Équipement selon la revendication 11 caractérisé en ce que le dépôt d’énergie est réalisé par la focalisation d’un laser pour les deux modes de transfert, propulsion et LIFT.
- - Équipement selon la revendication 11 caractérisé en ce que le substrat de la plaque comportant les puits est transparent ou faiblement absorbant à la longueur d’onde dudit faisceau laser.
- - Équipement selon la revendication 11 caractérisé en ce qu’il comporte un scanner permettant de positionner précisément le faisceau laser sur le centroïde ou centre de masse de chaque objet assurant ainsi une forte directivité dans le transfert dudit objet.
- - Équipement selon la revendication 11 caractérisé en ce que le dépôt d’énergie est réalisé via un champ électrique.
- - Équipement selon la revendication 11 caractérisé en ce que le dépôt d’énergie est réalisé par la focalisation d’une onde acoustique.
- - Équipement selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’il comporte un système de contrôle et d’asservissement de la valeur d’énergie déposée afin de transférer l’objet de façon optimale en fonction de sa taille.
- - Équipement selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’il intègre des moyens d’automatisation du déplacement du substrat (30).
- - Équipement selon la revendication 11, caractérisé en ce que le substrat (30) de la plaque à puits est recouvert par une couche sacrificielle ayant des propriétés d’absorption / conduction du dépôt d’énergie par laser ou par champ électrique.
- - Équipement selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’il comporte un moyen pour commander une succession temporelle de plusieurs dépôt d’énergie sur un même puits pour le transfert d’un objet.
- - Équipement selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’il comporte un moyen pour commander plusieurs dépôts d’énergie séparés spatialement afin de transférer plusieurs objets disposés dans différents puits en parallèle.
- - Équipement selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’il comporte en outre au moins une autre technologie d’impression comprenant l’extrusion, le jet d’encre, le LIFT pour la fabrication de matériaux ou tissus complexes comportant différents composants.
- - Équipement selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’il intègre un système pour délivrer plusieurs faisceaux lasers simultanément au niveau de l’objet lorsque celui-ci a une forme non isotrope afin de garantir son transfert selon une trajectoire homogène.
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| WO2024084031A1 (fr) | 2024-04-25 |
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