JP2020514823A - ターゲット上に粒子を堆積するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、懸濁された粒子を含む流体によって形成されたフィルム（３）を有する透明ブレードから、制御式光学偏向手段によって誘導されたレーザビームによってフィルム（３）を局所的に励起することによって、ターゲット上に粒子を堆積するためのデバイスおよび方法であって、デバイスは、局所励起領域を観察するための手段を備え、観察手段は、光学スプリッタ（４）とフィルム（３）との間の部分内で実質的に共有される光学軸を有する光源（６）およびセンサ（１）を備える、デバイスおよび方法において、ａ）撮像システム（１）の光学ビームおよびレーザ（５）の光学ビームは、制御式光学偏向手段（９）とフィルム（３）との間の部分内に同軸に配置され、ｂ）デバイスは、制御式光学偏向手段（９）とフィルム（３）との間に配置された第１の焦点合わせ光学ユニット（１０）を備え、ｃ）デバイスは、センサ（１）とスプリッタ（４）との間に位置決めされた第２の画像組み合わせ光学ユニット（２）を備え、センサ（１）は、第２の光学ユニット（２）の焦点面内に位置決めされることを特徴とするデバイスおよび方法に関する。

Description

本発明は、生物材料および任意選択により非生物材料を、所定の２Ｄまたは３Ｄ組織と共にモデリングし、組み立てて、再生医療、薬理学、および細胞生物学研究において使用するための生物工学的構造物を生み出すための、コンピュータ支援式転写プロセスによるレーザバイオプリンティングの分野に関する。

レーザ支援式バイオプリンティングは、組織の個々の要素の高精度の組織化を、その製造中に細胞および生物材料の層ごとの堆積により可能にする。これにより、特有の幾何学形状を有する３Ｄ組織を再現することが可能になる。対象物をブリックごとに、次いで層ごとに組み立てることに基づく「ボトムアップ」方法は、組織製造プロセスの自動化に適合し、滅菌環境内で操作することができる。加えて、自動化は、コストを縮小でき、生物学的組織の製造の品質および再現性を改良することができる。

本発明は、より詳細には、レーザビームの直接的作用（レーザ輻射の吸収）および間接的作用（プラズマおよびキャビテーション気泡の創出）に基づいて粒子の堆積をマイクロメートルの分解能で印刷基板上に向ける、レーザ支援式堆積の解決策に関する。このプロセスは、脊髄からの胚細胞を、レーザ力によって誘導して、ファイバの内側に堆積するために使用されており、細胞は、次いで、ファイバの狭さによってファイバから１つずつ排出される。

現況技術は、「ＡＦＡ−ＬＩＦＴ」として知られており、非特許文献１による記事で説明されている解決策である。

非特許文献２の記事もまた、「ＡＦＡ ＬＩＦＴまたはＤＲＬ−ＬＩＦＴ」タイプの装置を説明しており、ここでは、レーザ方向は固定され、転写される細胞を支持するフィルムは、可動式である。

非特許文献３で公開されている別の記事は、ＡＦＡ−ＬＩＦＴタイプのプロセスおよび装置の別の例を説明している。

非特許文献４の記事は、そのようなプロセスを実施する装置の一例を説明している。

現況技術では、少なくとも１つのインクで印刷するための方法および装置を説明する特許文献１も知られており、この方法は、インクフィルム内に空洞を生成するようにレーザビームを焦点合わせするステップと、インクフィルムの自由表面から少なくとも１つのインク液滴を形成するステップと、液滴を受け入れ基板の堆積表面上に堆積するステップとを含み、レーザビームが重力の反対方向に配向され、フィルムの自由表面が、インクフィルムの上方に置かれた堆積表面に向かって上向きに配向されることを特徴とする。

この構成により、特に、沈降現象の発生を抑えながら、インクフィルムの実質的に一定の厚さＥを得ることが可能になる。その上、これにより、幅広い範囲のインクを使用することが可能になる。
従来技術の欠点
従来技術の解決策は、転写可能なバイオインクフィルムを観察し、レーザパルスをトリガすることを、同じ手順においては、すなわち同時には、またはバイオインクフィルムの転写可能な要素がＸ、ＹおよびＺ次元に空間的に展開または移動しないように十分に短いタイムラグにおいては、許していない。知られている解決策は、フィルムの光学分析段階およびショットのトリガ段階を引き離すか、またはレーザの方向に対して観察の角度を変更することを必要とする。

観察とレーザショットとの間の時間的または幾何学的相違は、望ましくない結果として、転写可能なバイオインクフィルムの状態の変化のリスクを有する。その後トリガされるレーザショットは、目的となるターゲットに確実に到達しない。

知られている解決策は、装置を観察構成に戻すために各ショット後に十分な時間をとるため、数ヘルツより高い、高周波における位相交代を可能にしない。

知られている解決策は、光学分析をレーザビームと同じ角度で十分な分解能によって実施して、レーザショットの直前にバイオインクフィルムの特有の粒子を選択することを可能にせず、または転写可能なバイオインクフィルムのショットおよび発達を同時に観察することを可能にしない。

加えて、従来技術の光学組立体は、観察および焦点合わせ領域内に光学収差を創出する。

ＡＦＡ−ＬＩＦＴとして知られている従来技術の解決策は、フィルム領域の時間通りの観察およびレーザパルスの焦点合わせを組み合わせることを可能にするが、フィルム領域の拡張された画像の観察を組み合わせることは可能にしない。ＡＦＡ−ＬＩＦＴ解決策では、レーザビームの方向は固定され、可動式であるのはフィルムである。観察は、したがって、レーザによって活性化される領域に対応する非常に狭い視野、特に単一粒子に限定され、より広い領域を観察することを可能にしない。

実際、レーザ観察および焦点合わせのための共通の対物レンズは、レーザを非常に正確に焦点合わせし、それと同時に観察のための重要な視野を提示するように適合できていない。

国際公開第２０１６０９７６１９号パンフレット

Ｂ．Ｈｏｐｐ、Ｔ．Ｓｍａｕｓｚ、Ｎ．Ｋｒｅｓｚ、Ｎ．Ｂａｒｎａ、Ｚ．Ｂｏｒ、Ｌ．Ｋｏｌｏｚｓｖａｒｉ、Ｄ．Ｂ．Ｃｈｒｉｓｅｙ、Ａ．Ｓｚａｂｏ、ａｎｄ Ａ．Ｎｏｇｒａｄｉ、"Ｓｕｒｖｉｖａｌ ａｎｄ ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｖｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｌｉｖｉｎｇ ｃｅｌｌ ｔｙｐｅｓ ａｆｔｅｒ ｌａｓｅｒ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｒａｎｓｆｅｒ、"Ｔｉｓｓｕｅ Ｅｎｇ．１１、１８１７−２３（２００５） Ｊ．Ａ．Ｂａｒｒｏｎ、Ｐ．Ｗｕ、Ｈ．Ｄ．Ｌａｄｏｕｃｅｕｒ、ａｎｄ Ｂ．Ｒ．Ｒｉｎｇｅｉｓｅｎ、"Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｌａｓｅｒ ｐｒｉｎｔｉｎｇ：ａ ｎｏｖｅｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｃｒｅａｔｉｎｇ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ３−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｃｅｌｌ ｐａｔｔｅｒｎｓ、" Ｂｉｏｍｅｄ． Ｍｉｃｒｏｄｅｖｉｃｅｓ ６、１３９−１４７（２００４） "Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｍｉｃｒｏ／ｎａｎｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ"Ｖｏｌ ９、Ｎ° ２−２０１４ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｔｉｔｌｅ "Ｌａｓｅｒ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｅ ｃｅｌｌ ｔｒａｎｓｆｅｒ" Ｆ．Ｇｕｉｌｌｅｍｏｔ、Ａ．Ｓｏｕｑｕｅｔ、Ｓ．Ｃａｔｒｏｓ、Ｂ．Ｇｕｉｌｌｏｔｉｎ、Ｊ．Ｌｏｐｅｚ、Ｍ．Ｆａｕｃｏｎ、Ｂ．Ｐｉｐｐｅｎｇｅｒ、Ｒ．Ｂａｒｅｉｌｌｅ、Ｍ．Ｒｅｍｙ、Ｓ．Ｂｅｌｌａｎｃｅ、Ｐ．Ｃｈａｂａｓｓｉｅｒ、Ｊ．Ｃ．Ｆｒｉｃａｉｎ、ａｎｄ Ｊ．Ａｍｅｄｅｅ、"Ｈｉｇｈ−ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｌａｓｅｒ ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｏｆ ｃｅｌｌｓ ａｎｄ ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｔｉｓｓｕｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、"Ａｃｔａ Ｂｉｏｍａｔｅｒ．６、２４９４−２５００（２０１０）

その結果、従来技術の解決策は、広い領域を観察すること、たとえば視野内の可視粒子を自動的に選択し、次いでレーザビームの配向を制御してこの選択された粒子を活性化させることを可能にしない。

最後に、本発明はまた、観察される画像の分解能を最大化し、視野がレーザビームのものとは異なる入射角度を有する場合に発生する視差によるあらゆる歪みを回避することも目的とする。

これらの欠点を解消するために、本発明は、その最も全般的な意味において、懸濁された粒子を含む流体によって形成されたフィルムを担持する透明スライドから、制御式光学偏向手段によって配向されたレーザビームによるフィルムの局所励起によって、ターゲット上に粒子を堆積するための装置であって、光学スプリッタと前記フィルムとの間の部分内で実質的に共通である光学軸を有する照明源およびセンサを備える光学撮像システムによって前記局所活性化ゾーンを観察するための手段を備える、装置において、
（ａ）撮像システムの光学ビームおよびレーザの光学ビームは、前記制御式光学偏向手段と前記フィルムとの間の部分内で同軸であり、
（ｂ）装置は、前記制御式光学偏向手段と前記フィルムとの間に配置された第１の焦点合わせ光学ブロックを有し、
（ｃ）装置は、前記センサと前記セパレータとの間に置かれた第２の画像組み合わせ光学ユニットを有し、センサは、前記第２の光学ユニットの焦点面内に置かれることを特徴とする装置に関する。

本発明の目的のために、「フィルム」は、ターゲットに転写される粒子を含む、通常は液体またはコロイド状の基板の薄い層を意味する。この層は、数１０マイクロメートルから数１００マイクロメートルの厚さを有することができる。これはまた、より厚みのある基板、たとえば粒子充てんされた基板を含むタンクの中間層からなることもできる。

本発明の目的のために、「粒子」は、有機粒子、鉱物粒子または生物粒子を意味し、特に、
−細胞によって生み出されたエキソソームもしくは他の小胞または生体材料（ヒドロキシアパタイト）のナノ粒子または成長因子などの生体分子のナノカプセルなどのナノメートル粒子
−生物細胞（真核細胞、幹細胞、小球など）、生体材料のマイクロ粒子および生体分子のマイクロカプセルなどの顕微鏡でしか見えない粒子
−細胞または生体材料のクラスタから構成されたスフェロイドなどのメゾスコピック粒子
を意味する。

好ましくは、粒子は、生物細胞、エキソソーム、および任意選択により生体材料を含む生物学的粒子である。

「撮像システム光学ビーム」は、バイオインクフィルムの観察される表面と、通常はビームの走査を確実にするスキャナー、または場合によってコリメーティングレンズである第１の光学要素との間の、観察されるフィルムから放射される光ビームを意味する。

「レーザ光学ビーム」は、バイオインクフィルムの表面と第１の光学要素との間にレーザによって放射される光学ビームを意味する。

「実質的に共通である」は、撮像ビームの軸および照明ビームの軸が、スキャナーの基準位置内、たとえば中央位置内で一緒にされることを意味する。撮像ビーム軸および照明ビーム軸の方向は、照明軸が固定されたままである場合、スキャナーによって観察軸上に課された配向に対応する値だけ、この基準位置の両側でわずかに変動し得る。

好ましくは、第１のブロックおよび第２のブロックによって形成された光学組立体は、照明手段の波長帯域において、レーザの長さにおける第１のブロック単独の空間分解能より高い空間分解能を有するように構成される。

有利には、第１のブロックおよび第２のブロックによって形成されたセットの分解能Ｒ_Tは、１から８μｍの間である。

特定の変形形態によれば、前記第１のブロックは、フィルム上に、Ｒ_Tより大きい直径を有するレーザスポットを形成するように構成される。

有利には、前記第１のブロックは、フィルム上に、１００μｍ未満、好ましくは３０μｍ未満の直径を有し、数マイクロメートルの最大分解能を有するレーザスポットを形成するように構成される。

代替的には、前記レーザは、可視スペクトルを含まない波長で、好ましくは赤外線またはＵＶで放射する。

代替的には、前記レーザは、可視光波長で放射し、装置は、レーザの波長に対応する阻止帯域を有する、撮像ビーム上に置かれた阻止フィルタを含む。

特定の実施形態によれば、前記レーザおよび光源は、同時に活性化されて、レーザビームとフィルムとの間の相互作用の直接的観察を可能にする。

特に例示的な実施形態によれば、前記フィルムは、生物細胞を含む。

好ましくは、前記光学ユニットは、テレセントリックレンズからなる。

他の実施形態によれば：
−フィルムと光学ユニットとの間の距離は、転写される粒子の数にしたがって励起レーザスポットのサイズを変更するために調整される。

−光学ユニットの光学設計およびその構成レンズの表面処理により、レーザビームのエネルギーによる前記光学ユニットのいかなる劣化も防止することが可能になる。

−２つの光学ユニットの焦点距離比により、その最小観察対象物が２ピクセル以上のサイズを有するカメラセンサの平面内に画像を形成することが可能になる。

−レーザビーム、撮像ビーム、および照明ビーム、の３つビームは、ダイクロイックミラーとフィルムとの間で同軸であり、重ねられる。

−照明ビームは、同軸位置でフィルムの他方側にあり、レーザビームおよび撮像ビームに対して重ねられない。

本発明はまた、懸濁された粒子を含む流体によって形成されたフィルム（３）を担持する透明スライドから、制御式光学偏向手段によって配向されたレーザビームによるフィルムの局所励起によって、ターゲット上に粒子を堆積し、光学電子撮像システムによって局所励起ゾーンを撮像するための方法であって、一連の画像が、レーザショットの活性化周辺の時間期間中に、光学スプリッタと前記フィルムとの間の部分内で実質的に共通である光学軸を有する光源およびセンサを含む光学撮像システムによって前記局所励起ゾーンを観察するための手段を含む装置を用いて取得され、
（ａ）撮像システムの光学ビームおよびレーザビームは、前記制御式光学偏向手段と前記フィルムとの間の部分内で同軸であり、
（ｂ）装置は、前記制御式光学偏向手段と前記フィルムとの間に配設された第１の焦点合わせ光学ブロックを有し、
（ｃ）装置は、前記センサと前記スプリッタとの間に置かれた第２の画像組み合わせ光学ユニットを有し、センサは、前記第２の光学ユニットの焦点面内に置かれることを特徴とする方法に関する。
非制限的な例示的な実施形態の詳細な説明
他の特徴および利点は、本発明の以下の説明から明らかになり、前記説明は、付属の図を参照して例としてのみ与えられる。

本発明の第１の実施形態による一装置の概略図である。 本発明の第２の実施形態による一装置の概略図である。 本発明の第３の実施形態による一装置の概略図である。 レンズおよび第２の画像組み合わせ光学ブロックの光学図の詳細な概略図である。 例示的なスポット図である。 観察される視野の光学歪みの正面図である。

第１の例示的な装置の説明
図１は、第１の例示的な装置の概略図である。

これは、高精細センサ、たとえば１８ミリオンピクセルからなるカメラ（１）を含む。たとえば、カメラ（１）は、ＩＤＳ社により照会番号「ＵＳＢ ３ ｕＥｙｅ ＣＰ」下で市販されているセンサである。

このカメラ（１）は、視野レンズとして作用し、したがってフィルム（３）の焦点面とカメラセンサ（１）の平面との間の画像の連結を確実にする第２の画像組み合わせ光学ユニット（２）に関連付けられる。

フィルム（３）は、パルス状のレーザビーム（５）がトリガされたときに細胞または粒子が転写されるターゲット（１１）の正面に置かれる。

たとえば、第２の画像組み合わせ光学ユニット（２）は、可視範囲内で最適化された少なくとも２つのレンズを備える、対物レンズ、好ましくはテレセントリックからなる。

光学経路は、レーザ（５）の放射波長、たとえば赤外線を送信し、可視範囲内の波長を反射する、ハイパスダイクロイックブレード（４）によって反射される。このダイクロイックブレード（４）は、これが存在するとき、撮像システム（１）のビーム、照明ビーム（６）およびレーザビーム（５）が、同軸であり、第１の光学ユニット（１０）の同じ焦点合わせ経路を通過するように配向される。

照明は、平行にされた照明ビームによって放散または構成され得る。これは、可視内、または非可視波長の帯域内にあり、たとえば赤外線照明、または蛍光励起のための紫外線照明であることができる。当然ながら、撮像システムは、照明波長に適合される。

装置はまた、可視範囲内で放射する光源（６）を含み、この光源は、必要な場合、たとえば光源が放射されたビームからそれたときに光源（６）を平行にするための機能を有する成形光学系（７）に関連付けられる。この照明源は、単一のＬＥＤ源、発光ダイオードの組立体からなる構成要素、または白熱灯、ハロゲン灯、超広帯域レーザなどの白色光源であることができる。これはまた、マーカまたは粒子の蛍光の放射を可能にする波長で放射する狭スペクトル源からなることもできる。

セパレータブレード（８）が、照明光学経路および撮像光学経路を重ね合わせるために使用される。

ダイクロイックミラー（４）の出口において、スキャナーに向かう２つのビーム（照明およびレーザ）は、互いに共線であり、実際には、フィルムから戻る撮像ビームとも共線である。したがって、３つのビームは、ダイクロイックミラー（４）とインクフィルム（３）との間で共線である。

これらは、外部コンピュータによって制御される配向を確実にするスキャナー（９）によって偏向される。

スキャナー（９）は、２つの垂直軸に沿った、上記で述べた３つの共線ビームの角度配向を提供し、これらの２つは、バイオインクを含むフィルム上で走査され、他のものは、撮像システムに向かう平行にされた撮像ビームになるように不均衡にされる。これは、たとえば、電磁アクチュエータ、たとえば照会番号「ＳＣＡＮｃｕｂｅ １４」下でＳＣＡＮＬＡＢ（商標名）社により市販されているスキャナーによって駆動される２つの鏡からなる。

撮像ビーム、照明ビーム、およびレーザビーム、の３つビームは、したがって、スキャナーの出力部（９）において共線であり、同じ方向に配向される。こうして、撮像方向および照明方向は、レーザビームの配向をたどる。

第１の光学ユニット（１０）は、以下の機能を有する：
ａ）角度配向をフィルム（３）の平面内で２つの軸Ｘ、Ｙに沿って横方向に位置決めするように変換する。
ｂ）レーザビームおよび照明ビームをフィルム（３）の同じ平面内に焦点合わせする。
ｃ）フィルム（３）によって反射された可視領域内の光を収集して、カメラ（１）のセンサ上にフィルムの観察領域の画像を形成する。

「レーザビーム」は、レーザによって放射されたビームを意味する。

「撮像ビーム」は、フィルムの観察領域から来て、カメラに向かって方向付けられるビームを意味する。

第１の光学ユニット（１０）は、以下の特性を有するテレセントリック対物レンズを成すレンズのセットからなる：
赤外線スペクトル内：
・波長：１０３０ｎｍ
・デジタル開口部：＞０．１０
・作動距離：＞１０ｍｍ
・入射ひとみ：１２ｍｍ
・照射野：＞４ｍｍ
・損傷しきい値：＞１００Ｊ
可視スペクトル内
・波長：４５０〜６００ｎｍ
・デジタル開口部：＞０．１０
・作動距離：＞１０ｍｍ
・入射ひとみ：１２ｍｍ
・照射野：＞４ｍｍ
赤外線スペクトル内では、レンズ表面は、抗反射コーティングで処理されて高レーザエネルギーを支援する。これにより、第１の光学ユニット（１０）の経年劣化が防止され、この第１の光学ユニットの設計は、当該第１の光学ユニット（１０）内にレーザの「ホットスポット」を創出することを防止するように算出される。

ダイクロイックミラー（４）は、パルスがトリガされたときにレーザ赤外線輻射がカメラ（１）に戻ることを防止する。任意選択により、赤外線阻止フィルタもまた、ダイクロイックフィルタ（４）とカメラ（１）との間の光学経路内に置かれ得る。

第２の光学ユニット（２）の焦点距離と第１の光学ユニット（１０）の焦点距離との比は、その最少の観察対象物が２ピクセル以上のサイズを有するカメラセンサ（１）の平面内に画像を形成するように決定される。

典型的には、第２の光学ユニット（２）、カメラセンサ（１）および第１の光学ユニット（１０）からなる光学組立体の分解能Ｒ_Tは、１から５μｍの間である。

第１のユニット（１０）は、Ｒ_Tより大きく、１００μｍ未満の断面を有するレーザスポット（英語では「スポットサイズまたは回折限界」をフィルム（３）上に形成するように構成される。
代替的実施形態
図２は、光源が撮像ビームおよびレーザビームと実質的に共線であるが、フィルム（３）の反対側に配置されているという事実において、上記で説明したものとは異なる実施形態を表す。この照明モードは、第１の実施形態のような反射モードではなく、透過コントラストモードでフィルム領域を観察することを可能にし、これは、特定のタイプの試料内の粒子の検出を改良するのに興味深いことである。この構成では、いくつかの撮像方法、たとえば、
−透過顕微鏡法
−暗視野検鏡法
−位相スライドの挿入
−そのほか
などが、粒子分析を改良するか、または完璧にするために適用され得る。

これはまた、フィルムの全視野領域を均一に照明すること、および、ダイクロイックミラー（４）とフィルム（３）との間の光学経路から独立して、照明源のスペクトル範囲を選択することも可能にする。

任意選択により、フィルム（３）は、撮像ビームおよびレーザビームと同じ方向の同軸ビーム、および撮像方向とは反対方向に配向された第２の同軸ビームの両方によって照明され得る。

この場合、装置は、スプリッタブレード（８）を有さない。

光源（６）は、成形光学系（７）に関連付けられて、スキャナー（９）によって走査される全領域を覆う照明野を生み出し、光源の方向は、第１の実施形態の設計とは異なり、固定される。

この実施形態は、レーザビームとは反対方向の照明および同時の観察の両方を可能にするために、ターゲット（１１）の基板が透明であることを必要とする。

ターゲット（１１）が不透明である場合、観察段階中、ターゲットを観察場から外に移動させるための機構を提供することが必要である。同時観察およびレーザパルスのフレームワークは、このとき逸らされる。
他の設計実施形態
図３は、別の代替的実施形態を表し、ここでは、照明は、特定の暗視野において、不透明対象物上の落射照明における撮像を実施することを可能にする環状源（１２）によって実行される。

この環状源（１２）は、光学ユニット（１０）の中央軸と同軸であり、スキャナー（９）によって走査される全領域を覆う固定された光場を生み出す。

これは、フィルム（３）に対して、光学ユニット（１０）と同じ側または反対側に置かれ得る。

環状源（１２）もまた、フィルムの全視野領域を均一に照明すること、および、ダイクロイックミラー（４）とフィルム（３）との間の光学経路から独立して、照明源のスペクトル範囲を選択することを可能にする。
光学図の３Ｄ表現
図４は、第１の実施形態に対応する光学図の詳細図を示す。

第２の光学ユニット（２）は、２つのレンズ（１３、１４）からなる。

カメラ側（１）の第１のレンズ（１３）は、凸レンズからなる。

第２のレンズ（１４）は、光学経路の長さに実質的に対応する、典型的には１００ｍｍを超える大きい焦点距離を有する、凹凸レンズおよび凸レンズによって成されたダブレットからなる。

光学ユニット（１０）は、３つの凹凸入力レンズ（１５から１７）および３つの凸出力レンズ（１８から２０）を有する６つのレンズの組立体からなる。

各光学ユニット（２）および（１０）に関して本明細書において説明する光学設計は、第１の実施形態において説明した仕様を完全に満たす実施形態の一例としてのみ与えられている。レンズの数、これらの特性および位置決めは、所望の性能は達成しながら、異なることができる。コスト、統合複雑性、寿命などの特性は、ターゲットとなる用途にしたがって選択された設計に直接影響を与える。
レーザスポット形状
図５は、スキャナー（９）によって制御されるさまざまな配向および光学ユニット（１０）の焦点面に対するフィルム（３）のさまざまな位置に対する、レーザスポットの形状の一例を示す。

フィルム面（３）が、必ずしも光学ユニット（１０）の焦点面と一緒にされず、シフトされて、
−レーザスポットのセクションおよび形状を変更し、
−撮像面をレーザ面から分離して、レーザ焦点合わせ面より高いレベルまたは低いレベルにある平面を観察することができることに留意されたい。

この目的のために、装置は、それら平面に対して垂直方向の、フィルム（３）と光学ユニット（１０）との間の相対距離の変位を制御するための手段を有することができる。この効果は、ターゲット（１１）に転写される細胞または粒子の数に応じて、スポットサイズを調整し、１つまたは複数の粒子を覆うことである。

スポット（２１）は、焦点面およびフィルム面（３）が一緒にされる状況に対応し、スポットは、レーザ（９）によって走査される視野の中心内にある。この状況では、スポット（２１）は、説明する例では３．３マイクロメートルの最少断面を有し、最少の収差を有する。その強度は、視野のこの中心領域内で最も高い。

２つの平面がずらされるとき、スポット（２２）上に見えるようにスポットの拡大が生じ、この場合、その断面は、１１．７マイクロメートルである。この状況は、このスポットによって覆われた領域内に配置されたいくつかの粒子を転写することを可能にする。同じ状況は、他の方向の２つの平面のシフトに対応するスポット（２３）で観察される。

スキャナー（９）によって固定された角度配向が中央配向から逸脱するとき、スポット（２４）および（２５）上に見えるように、中央方向の両側の配向に対応する、スポットのわずかな広がりが生じる。

テレセントリックレンズの使用は、光学収差によるスポットサイズにおける変動を限定する効果を有し、この変動は、平面シフトの場合に観察される拡大より小さいままである。これはまた、従来のレンズが行うように撮像される表面に対して斜めに引っ張ることを可能にせず、したがって視野内のさらにより一様な再現可能な画像品質を保証する。
同じ平面内のスポットサイズの変動
図６は、セクション「光学設計の３Ｄ表現」において説明した光学設計に関する、光学ユニット（１０）の焦点面がフィルム（３）の平面と一緒にされたときの、スキャナー（９）によって走査される表面上のスポットのサイズの変動を示す。この性能は、別の光学設計では大きく異なり得る。

かなり良好な次元定数が、３ミリメートル×３ミリメートルの観察場全体にわたって観察され、これによって、粒子が、転写の効率を大きく損なうことなく観察領域全体にわたって選択されることを可能にする。

たとえば、スポット断面は、視野の位置に応じて、３．３から８マイクロメートルの間、平均で５マイクロメートル変動する。
バイオプリンティングプロセスの例
レーザビームは照明ビームおよび撮像戻りビームと共線であるため、撮像領域およびレーザパルス領域は、完全に重ねられ、スキャナーの移動／位置にリンクされる。

その手順は以下の通りである：
−スキャナーは、転写フィルムの特定の領域に対して位置決めされ、光ビームは、フィルムの画像を生成するために数ｍｍ²の領域を照明する。通常、この領域は、いくつかの転写可能な粒子を含み、これら粒子は、レーザ照射手順の前にスキャナーを制御することによって選択され得る。
−戻り撮像ビームは、反対経路をセンサまで辿り、このセンサは、フィルム領域の画像を取得する。
−次いで、コンピュータ処理により、
・画像を再構築し、
・画像を補正してこれをより容易に使用可能にし（ノイズ抑制、バイアス除去など）、
・数学的アルゴリズムを使用して画像を処理してその主な成分を分析すること、すなわち粒子検出および位置決めマッピングが可能になる。
−粒子の位置から、レーザショットの軌道が算出されて、このレーザショット（したがって、印刷される粒子の数）を（印刷される対象のＣＡＤからの）所望の印刷パターンに合致させることを可能にする。

単一レンズによって確実にされる撮像および照射の共線性により、印刷プロセスをいつでも監視し、フィルムの自然（環境による）移動または誘発された（レーザ照射による）移動に応じて適合させることが可能になる。したがって、印刷パターンは、算出された印刷ファイル（上流側）と実際の印刷との間で最大の相関性を得るようにリアルタイムで最適化され、各レーザショットは、粒子または堆積される粒子の知られている量に対応する。

任意選択により、撮像システムはまた、ターゲットを観察し、ターゲット上の粒子の堆積のプロセスを監視することも可能にする。この場合、光学システムの焦点は、作動領域およびターゲットを交互に観察するように変更される。

別の解決策は、ターゲット観察のための第２の撮像システムを提供することである。この第２の撮像システムは、ターゲットが透明であるときはレーザビームの方向とは反対の方向に、そうでないときは撮像システムの連続的な切り替えとともに同じ方向にターゲットを観察することができる。

Claims (15)

1. 懸濁液内に粒子を含む流体によって形成されたフィルム（３）を担持する透明スライドから、制御式光学偏向手段によって配向されたレーザビームによる前記フィルム（３）の局所励起によって、ターゲット上に前記粒子を堆積するための装置であって、前記局所励起ゾーンを観察するための手段を含み、前記観察手段は、光学スプリッタ（４）と前記フィルム（３）との間の部分内で実質的に共通である光学軸を有する照明源（６）およびセンサ（１）を含む、装置において、
   ａ）前記撮像システム（１）の光学ビームおよび前記レーザ（５）の光学ビームは、前記制御式光学偏向手段（９）と前記フィルム（３）との間の部分内で同軸であり、
   ｂ）前記装置は、前記制御式光学偏向手段（９）と前記フィルム（３）との間に配置された第１の焦点合わせ光学ユニット（１０）を有し、
   ｃ）前記装置は、前記センサ（１）と前記スプリッタ（４）との間に置かれた第２の画像組み合わせ光学ユニット（２）を備え、前記センサ（１）は、前記第２の光学ユニット（２）の焦点面内に置かれることを特徴とする装置。
2. 前記照明手段の波長帯域における、前記第１のユニット（１０）および前記第２のユニット（２）によって形成された光学組立体の分解能は、前記レーザの波長における、前記第１のユニット（１０）単独の分解能より高いことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記第１のユニット（１０）および前記第２のユニット（２）によって形成された前記組立体の前記分解能Ｒ_Tは、１から８μｍの間であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 前記第１のユニット（１０）は、前記フィルム（３）上に、前記第１のユニット（１０）および前記第２のユニット（２）によって形成された前記組立体の前記分解能Ｒ_Tより大きい直径を有するレーザスポットを形成するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記第１のユニット（１０）は、前記フィルム（３）上に、１００μｍ未満の直径を有するレーザスポットを形成するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 前記レーザ（５）は、可視範囲を含まない波長を放射することを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記レーザ（５）は、可視範囲内の波長を放射し、これは、前記レーザの前記波長に対応する阻止帯域を有する、前記撮像ビーム上に置かれた阻止フィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記レーザ（５）および光源（６）は、同時に活性化されて、前記レーザビームと前記フィルム（３）との間の相互作用の直接観察を可能にすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 生物細胞を含むフィルム（３）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
10. 前記光学ユニット（１０）は、テレセントリックレンズで構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
11. 前記フィルム（３）と前記光学ユニット（１０）との間の距離は、転写される粒子の数にしたがって前記励起レーザスポットのサイズを変更するために調整されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
12. 光学ユニット（１０）および（２）の両方の焦点距離比は、前記カメラセンサ（１）の平面内に画像を形成することを可能にし、観察される最小対象物は、２ピクセル以上のサイズを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
13. レーザビーム、撮像ビーム、および照明ビーム、の３つビームは、前記ダイクロイックミラー（４）と前記フィルム（３）との間で同軸であり、重ねられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
14. 前記照明ビームは、同軸であるが、前記レーザビームおよび前記撮像ビームに重ねられない位置で前記フィルム（３）の他方側に位置することを特徴とする請求項１に記載の装置。
15. 懸濁された粒子を含む流体によって形成されたフィルム（３）を担持する透明スライドから、制御式光学偏向手段によって配向されたレーザビームによる前記フィルム（３）の局所励起によってターゲット上に前記粒子を堆積し、光学電子撮像システムによって前記局所励起ゾーンを撮像するための方法であって、一連の画像が、前記レーザパルスの活性化周辺の時間期間中、光学スプリッタ（４）と前記フィルム（３）との間の部分内で実質的に共通である光学軸を有する光源（６）およびセンサ（１）を備える光撮像システムによって前記局所励起ゾーンを観察するための手段（１）を備える装置を用いて取得され、
    ａ）前記撮像システム（１）の光学ビームおよび前記レーザ（５）の光学ビームは、前記制御式光学偏向手段（９）と前記フィルム（３）との間の部分内で同軸であり、
    ｂ）前記装置は、前記制御式光学偏向手段（９）と前記フィルム（３）との間に配置された第１の焦点合わせ光学ユニット（１０）を備え、
    ｃ）前記装置は、前記センサ（１）と前記スプリッタ（４）との間に置かれた第２の画像組み合わせ光学ユニット（２）を備え、前記センサ（１）は、前記第２の光学ユニット（２）の焦点面内に置かれることを特徴とする方法。

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