JP2020182474A5

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Publication number: JP2020182474A5
Application number: JP2020117938A
Authority: JP
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2034-06-13

Claims

ヒドロゲル繊維中に同軸に配置された２種類又は３種類以上のヒドロゲル材料を印刷する印刷ヘッドであって、前記印刷ヘッドは、
前記材料を小出しするオリフィスと、前記印刷ヘッド内に配置されたマイクロフルイディックチャネルのそれぞれと流体連通状態にあり材料を受け入れる少なくとも３つの入口と、を含み、前記マイクロフルイディックチャネルは、シース流体を受け入れて方向付ける少なくとも２つのシース流れチャネル（２２４）と、コア材料を受け入れて方向付けるコアチャネル（５０６）と、シェル材料を受け入れて方向付けるシェルチャネル（５０８）と、を含み、
前記コアチャネル及び前記シェルチャネルは、集束チャネル（２２６）を形成するようヒドロゲル集束交点（５１０）のところで互いに繋がっており、前記シェルチャネル（５０８）及び前記集束チャネル（２２６）は、前記コアヒドロゲル材料と前記シェルヒドロゲル材料の同軸集束を容易にするよう前記コアチャネル（５０６）よりも大きな直径を有し、前記シェルチャネルからの前記シェル材料の流れが前記集束チャネル内で前記コア材料周りに同軸シースを形成し、前記集束チャネル（２２６）には前記シース流れチャネル（２２４）が横付けされており、前記シース流れチャネル（２２４）は、前記オリフィス（２２２）まで延びる小出しチャネル（２２０）を形成するよう互いに繋がっている、印刷ヘッド。
前記シェル材料は、迅速に凝固するヒドロゲルを含み、前記コア材料は、ゆっくりと凝固するヒドロゲルを含む、請求項１に記載の印刷ヘッド。
前記コア材料及び前記シェル材料は、同種のヒドロゲルを含む、請求項１に記載の印刷ヘッド。
前記シェル材料は、迅速に凝固するヒドロゲルを含み、前記コア材料は、凝固しない材料を含む、請求項１に記載の印刷ヘッド。
前記シェル材料及び／又は前記コア材料は、生細胞を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の印刷ヘッド。
前記集束チャネル（２２６）は、前記シース流れチャネル（２２４）及び前記小出しチャネル（２２０）のそれぞれよりも小さな直径を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の印刷ヘッド。
三次元（３Ｄ）構造体の付加製造のためのシステムであって、前記システムは、
前記コア材料、前記シェル材料、及び前記シース流体を受け取って小出しする少なくとも１つの請求項１から６のいずれか一項に記載の印刷ヘッドを含み、
各々が前記印刷ヘッド内の前記マイクロフルイディックチャネルの１つと対応すると共に作動時に前記印刷ヘッドの前記マイクロフルイディックチャネル内の流体の流れを許可し又は許可しないよう構成された複数のフルイディックスイッチを含み、前記フルイディックスイッチは、弁を含んでもよく、
前記オリフィスから小出しされた前記材料の第１の層を受け取る受け取り面を含み、
前記印刷ヘッドの前記オリフィスを三次元空間内に位置決めする位置決めユニットを含み、前記位置決めユニットは、前記印刷ヘッドに作動的に結合され、
前記印刷ヘッドの前記オリフィスから前記材料を小出しする小出し手段を含み、前記小出し手段は、圧力制御ユニットを含んでもよい、システム。
前記位置決めユニットを制御すると共に前記印刷ヘッドから前記受け取り面上への前記材料の小出しを制御する、プログラム可能制御プロセッサを更に含む、請求項７に記載のシステム。
前記印刷ヘッドから小出しされた過剰の第３の材料を除去する流体除去特徴を更に含む、請求項７又は８に記載のシステム。
前記流体除去特徴は、過剰の前記第１の材料を前記受け取り面から又は前記受け取り面を通って吸い取る吸収材料又は真空を含む、請求項９記載のシステム。
前記材料を収容する複数のリザーバを更に含み、前記リザーバは、前記印刷ヘッド内の前記入口及び前記マイクロフルイディックチャネルにそれぞれ流体結合されている、請求項７から１０のいずれか一項に記載のシステム。
前記印刷ヘッドは、前記オリフィスから前記受け取り面に向かって延びるよう構成された中空突出部を更に有する、請求項７から１１のいずれか一項に記載のシステム。
三次元（３Ｄ）構造体を印刷する方法であって、前記方法は、
請求項７から１２のいずれか一項に記載の三次元構造体の付加製造のためのシステムを用意するステップを含み、
小出しされるべき材料を用意するステップを含み、前記小出しされるべき材料は、コア材料、シェル材料、及びシース流体を含み、
前記システムを印刷されるべき前記三次元構造体でエンコードするステップを含み、
前記小出しされるべき材料を前記印刷ヘッドオリフィスから小出しするステップを含み、前記シェル材料及び前記コア材料は、同軸配置状態で小出しされ、前記シェル材料は、前記コアヒドロゲルを包囲し、前記シース流体は、前記シェル材料を包囲し、
小出しされた材料の第１の層を前記受け取り面上に被着させるステップを含み、
次に小出しされた材料を前記第１の層上に及び任意の次の小出しされた材料の層上に被着させることによって前記被着ステップを繰り返し、それにより層を小出しされた材料の層上に前記三次元構造体に従って幾何学的配置状態で被着させるステップを含んでもよく、
前記印刷ヘッドの前記オリフィスにより小出しされた過剰のシース流体を被着ステップ中又は被着ステップ相互間における１つ又は２つ以上の時点で除去するステップを含む、方法。
前記シース流体は、前記シェルヒドロゲルを前記シース流体との接触時に架橋すると共に凝固させるのに適した架橋剤であって更に前記コアヒドロゲルを前記シース流体との接触時に架橋すると共に凝固させるのに適していてもよい架橋剤を含み、前記接触により、ヒドロゲル繊維が作製される、請求項１３記載の方法。
前記コアヒドロゲルは、前記架橋剤との接触時にゲル化できず、それにより、中空ヒドロゲル繊維の作製を容易にする、請求項１４に記載の方法。
前記コアヒドロゲルは、被着の後に凝固する、請求項１３に記載の方法。
前記被着ステップ及び前記除去ステップは、連続的に実施され、それにより、前記小出しされた材料の層が被着されると、過剰の前記シース流体を連続的に除去する、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の方法。
前記１種類又は２種類以上のヒドロゲルは、該ヒドロゲル中に分散された生細胞の成長及び／又は増殖を支援するようになっている、請求項１３に記載の方法。
三次元構造体の付加製造のためのシステムであって、前記システムは、
‐材料を受け取って小出しする少なくとも１つの印刷ヘッドを含み、前記材料は、第１の材料及び第２の材料を含み、前記印刷ヘッドは、
‐前記材料を小出しするオリフィスを有し、
‐前記第１の材料を受け入れて方向付ける少なくとも２本の第１のチャネル及び前記第２の材料を受け入れて方向付ける１本又は２本以上の第２のチャネルを含むマイクロフルイディックチャネルを有し、前記第２のチャネルは、前記第１のチャネルとの第１の交点のところで互いに交差し、前記第２のチャネルと前記第１のチャネルは、前記オリフィスまで延びる小出しチャネルを形成するよう前記第１の交点のところで互いに繋がり、
‐前記オリフィスから小出しされた前記材料を受け取る受け取り面を含み、前記受け取り面は、過剰の前記第１の材料を流通させることができるよう寸法決めされた細孔を有する多孔質メンブレンを含み、
‐前記オリフィスから小出しされた過剰の第１の材料を除去する流体除去特徴を含み、前記流体除去特徴は、過剰の前記第１の材料を前記受け取り面から又は前記受け取り面を通って吸い取る吸収材料又は真空を含み、
‐前記印刷ヘッドの前記オリフィスを三次元空間内に位置決めする位置決めユニットを含み、前記位置決めユニットは、前記印刷ヘッドに作動的に結合され、
‐前記印刷ヘッドの前記オリフィスから前記材料を小出しする小出し手段を含む、システム。
前記第１の材料は、シース流体を含み、前記第２の材料は、ヒドロゲルを含む、請求項１９に記載のシステム。
前記流体除去特徴は、前記多孔質メンブレンの下方に適用される真空を含む、請求項１９又は２０に記載のシステム。
前記印刷ヘッドは、各々が前記印刷ヘッド内の前記マイクロフルイディックチャネルの１つと対応すると共に作動時に前記印刷ヘッドの前記マイクロフルイディックチャネル内の流体の流れを許可し又は許可しないよう構成された複数のフルイディックスイッチを含む、請求項１９から２１のいずれか一項に記載のシステム。
前記フルイディックスイッチは、弁を含む、請求項２２に記載のシステム。
前記位置決めユニットを制御すると共に前記印刷ヘッドから前記受け取り面上への前記材料の小出しを制御する、プログラム可能制御プロセッサを更に含む、請求項１９から２３のいずれか一項に記載のシステム。
前記材料を収容する複数のリザーバを更に含み、前記リザーバは、前記印刷ヘッド内の前記マイクロフルイディックチャネルにそれぞれ流体結合されている、請求項１９から２４のいずれか一項に記載のシステム。
前記印刷ヘッドは、前記材料を前記リザーバから受け入れる少なくとも２つの入口を更に有し、前記入口の各々は、それぞれのマイクロフルイディックチャネル及びそれぞれのリザーバと流体連通状態にある、請求項２５記載のシステム。
前記小出し手段は、圧力制御ユニットを含む、請求項１９から２６のいずれか一項に記載のシステム。
前記第１のチャネルの各々は、前記第１の交点のところで前記１本又は２本以上の第２のチャネルに横付けになるように構成されている、請求項１９から２７のいずれか一項に記載のシステム。
前記少なくとも１つの第１の材料は、前記第１の交点における及び／又は前記小出しチャネル内における前記第１の材料との接触時に、前記少なくとも１種類の第２の材料を凝固させるための架橋剤を含む、請求項１９から２８のいずれか一項に記載のシステム。
各第２のチャネルは、前記第１のチャネル及び前記小出しチャネルの直径よりも小さな直径を有し、前記第１のチャネルからの流れが前記小出しチャネル内で前記少なくとも１種類の第２の材料周りに同軸シースを形成する、請求項１９から２９のいずれか一項に記載のシステム。
前記少なくとも１種類の第２の材料は、生細胞を含む、請求項１９から３０のいずれか一項に記載のシステム。
前記印刷ヘッドは、前記オリフィスから前記受け取り面に向かって延びるよう構成された中空突出部を更に有する、請求項１９から３１のいずれか一項に記載のシステム。
前記印刷ヘッドは、２本の第２のチャネルを有し、前記第２のチャネルの各々は、それぞれ第２の材料を運搬するようになっており、前記２本の第２のチャネルは、第２の交点のところで互いに交差すると共に前記第２の交点のところで互いに繋がり、それにより前記第１の交点まで延びる第３のチャネルが形成されている、請求項１９から３２のいずれか一項に記載のシステム。
三次元（３Ｄ）構造体を印刷する方法であって、前記方法は、
‐請求項１９から３３のいずれか一項に記載の三次元構造体の付加製造のためのシステムを用意するステップを含み、
‐小出しされるべき材料を用意するステップを含み、前記小出しされるべき材料は、シース流体及び１種類又は２種類以上のヒドロゲルを含み、
‐前記システムを印刷されるべき三次元構造体でエンコードするステップを含み、
‐前記小出しされるべき材料を前記印刷ヘッドオリフィスから小出しするステップを含み、前記シース流体及び前記ヒドロゲルは、同軸配置状態で小出しされ、前記シース流体は、前記ヒドロゲルを包囲し、
‐小出しされた材料の第１の層を前記受け取り面上に被着させるステップを含み、
‐次に小出しされた材料を前記第１の層上に及び任意の次の小出しされた材料の層上に被着させることによって前記被着ステップを繰り返し、それにより層を小出しされた材料の層上に前記三次元構造体に従って幾何学的配置状態で被着させるステップを含み、
‐前記印刷ヘッドオリフィスにより小出しされた過剰のシース流体を被着ステップ中又は被着ステップ相互間における１つ又は２つ以上の時点で除去するステップを含む、方法。
前記シース流体は、前記ヒドロゲルを前記シース流体との接触時に架橋すると共に凝固させるのに適した架橋剤を含み、前記接触により、ヒドロゲル繊維が作製される、請求項３４記載の方法。
前記被着ステップ及び前記除去ステップは、連続的に実施され、それにより、前記小出しされた材料の層が被着されると、過剰の前記シース流体を連続的に除去する、請求項３４又は３５に記載の方法。
前記除去ステップは、前記被着ステップ相互間で間欠的に及び／又は前記被着ステップと同時に実施され、それにより、前記小出しされた材料の層が被着されている時に過剰の前記シース流体を間欠的に除去する、請求項３４又は３５に記載の方法。
前記１種類又は２種類以上のヒドロゲルは、該ヒドロゲル中の生細胞の成長及び／又は増殖を支援するようになっている、請求項３４に記載の方法。