KR20210099013A - 3d 바이오 프린터용 프린트 헤드 어셈블리 - Google Patents

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KR20210099013A
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fluid
reservoir
print head
manifold
head assembly
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KR1020217018311A
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Inventor
앤드류 섹스톤
에이단 오'마호니
재커리 아티스트
윌리엄 림
사무엘 마이어스
Original Assignee
인벤티아 라이프 사이언스 피티와이 엘티디
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Abstract

3D 바이오 프린터에 적합한 프린트 헤드 어셈블리(100)로서, 적어도 하나의 리저버(106)와, 적어도 하나의 리저버(106)와 유체 연통하고, 유체를 적어도 하나의 리저버(106)에 유도하도록 구성된 샘플 로딩 시스템(102)과, 적어도 하나의 리저버(106)와 유체 연통하며, 적어도 하나의 리저버(106)로부터 유체를 분배하도록 구성된 적어도 하나의 분배구(126)를 갖는 분배 시스템(103)을 포함한다.

Description

3D 바이오 프린터용 프린트 헤드 어셈블리
이 기술은, 세포나 시약의 인쇄에 적합한 3D 프린터용의 프린트 헤드 어셈블리에 관한 것이다.
[출원에 대한 상호 참조]
본 출원은 2018년 12월 6일에 출원된 오스트레일리아 가출원 제2018904641호에 근거하여 우선권을 주장하며, 그 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
체외 세포 생물학의 핵심은, 1차 세포 또는 불멸화 세포를 플라스틱이나 유리의 표면에 단순히 파종하는 세포 배양이다. 세포 증식, 분화, 외부 자극에 대한 응답 등, 대부분의 세포 특성은, 체내의 2D 환경에 있어서의 세포와 3D 환경에 있어서의 세포에서 근본적으로 다르다. 특히 의약품 개발이나 정밀 의료 프로그램의 경우, 3D 동물 환경을 보다 양호하게 반영하여, 동물 실험의 실패를 저감시킬 수 있는 세포 배양 조건이 매우 유리해진다.
예를 들면, 암 세포 생물학에 있어서, 3D 모델은, 2D 세포 배양 모델과 비교하여, 저산소 영역, 화학적 인자와 생물학적 인자의 구배 분포, 혈관 신생 촉진, 다제 내성 단백질의 발현 등, 보다 많은 체내 종양 유사의 특징을 나타낸다.
이 때문에, 3D 다세포 모델은 일반적으로, 보다 많이 사용되는 2D 세포 배양보다 우수한 체내 시스템의 모델이라고 간주되고 있다. 또, 다세포 생물학에 있어서의 대부분의 세포 구조는, 3차원적으로 조직화되어 있다.
많은 3D 바이오 프린터가 시판되고 있으며, 예를 들면, EnvisionTEC의 3D-Bioplotter(등록 상표), GeSiM의 BioScaffolder, Cellink의 Bio X, RegenHU의 BioFactory(등록 상표), BioBots의 BioBot 2 등을 들 수 있다. 시판 중인 3D 바이오 프린터는, 가장 일반적으로는, 마이크로 압출, 서멀 잉크젯, 또는 압전 잉크젯 기술에 근거하고 있다. 시판 중인 3D 바이오 프린터에 가장 일반적으로 채용되는 구성은, 카트리지(예를 들면 Nordson Optimum(등록 상표) Syringe Barrels 등)를 사용하여 물질을 프린터에 로딩하는 구성이다. 이와 같은 카트리지는, 대부분의 경우, 단일의 프린트 헤드에 결합된다. 따라서, 카트리지의 충전, 취급, 장착, 분리 시에는, 무균 상태를 유지하기 어렵다.
3D 바이오 인쇄 애플리케이션용의 장기 또는 조직 아키텍처의 3D 모델의 설계는, 주로 다음에 근거하고 있다.
(a) 데이터 수집을 위한 비침습적 의료 영상 기술(예: 컴퓨터 단층 촬영(CT)이나 자기 공명 영상(MRI)), 및
(b) 정보의 디지털화, 3D 렌더링 모델의 생성, 2D 단면 화상의 생성에 이용되는 컴퓨터 지원 설계·컴퓨터 지원 제조(CAD-CAM) 툴 및 수학적 모델링.
3D 세포 배양 모델을, 조정성, 재현성, 높은 비용 효과를 갖는 방법으로 신약 개발, 개별화 의료, 일반 세포 생물학에 적용할 수 있는 툴과 기술이 필요하다.
본 발명자들은, 세포 및 시약의 인쇄에 적합한 3D 바이오 프린터용 프린트 헤드 어셈블리를 개발했다.
제1 양태에서는, 3D 바이오 프린터에 적합한 프린트 헤드 어셈블리로서,
리저버,
리저버와 유체 연통하고, 유체를 리저버에 유도하도록 구성된 샘플 로딩 시스템, 및
리저버와 유체 연통하며, 리저버로부터 유체를 분배하도록 구성된 분배구를 갖는 분배 시스템을 포함하는, 프린트 헤드 어셈블리를 제공한다.
일 실시형태에 있어서,
리저버는 복수의 리저버 중 하나이며,
샘플 로딩 시스템은, 각 리저버와 유체 연통하고, 유체를 복수의 리저버 중 어느 하나에 유도하도록 구성되며,
분배구는, 복수의 분배구 중 하나이고,
각 분배구는, 상기 복수의 리저버 중 하나와 유체 연통하며, 각 리저버로부터 유체를 분배하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 샘플 로딩 시스템은, 용기로부터 유체를 인출하고, 당해 유체로 복수의 리저버 중 어느 하나를 프라이밍하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 샘플 로딩 시스템은, 복수의 리저버와 유체 연통되는 매니폴드를 포함하고, 당해 매니폴드는, 유체를 복수의 리저버 중 어느 하나에 유도하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 샘플 로딩 시스템은, 복수의 프라이밍 유체 라인을 더 포함하고, 각 프라이밍 유체 라인은, 유체 연통되어 있는 하나의 리저버를 매니폴드에 결합한다.
일 실시형태에 있어서,
각 리저버는, 리저버 출구와 리저버 입구를 갖고,
각 분배구는, 복수의 리저버 중 하나의 리저버 출구와 유체 연통하며,
각 프라이밍 유체 라인은, 매니폴드와 복수의 리저버 중 하나의 리저버 입구와 유체 연통되어 있다.
일 실시형태에 있어서, 각 분배구는, 분배 유체 라인에 의하여 복수의 리저버 중 하나의 리저버 출구에 유체 연통하여 결합된다.
일 실시형태에 있어서, 각 분배 유체 라인은, 입자가 분배구의 각각에 침강하는 것을 저감시키도록 구성된 입자 트랩을 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 입자 트랩은, 분배 라인에 있어서의 하나 이상의 루프에 의하여 형성되어 있다.
일 실시형태에 있어서, 각 프라이밍 유체 라인은,
유체가 매니폴드로부터 리저버의 각각으로 흐르는 것을 가능하게 하는 개방 구성과
유체가 매니폴드로부터 리저버의 각각으로 흐르는 것을 방지하는 폐쇄 구성을 갖는 밸브를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 샘플 로딩 시스템은, 매니폴드의 입구와 유체 연통하여 결합되고, 유체를 샘플 로딩 시스템으로 인입하여, 유체를 샘플 로딩 시스템으로부터 리저버 중 어느 하나로 펌핑하여 보내도록 구성된 펌프를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 샘플 로딩 시스템은, 매니폴드의 입구와 유체 연통되는 매니폴드 밸브를 포함하고, 당해 매니폴드 밸브는,
유체가 매니폴드의 입구를 통과하여 매니폴드로 유입되는 것을 가능하게 하는 개방 구성과,
유체가 매니폴드의 입구를 통과하여 매니폴드로 유입되는 것을 방지하는 폐쇄 구성을 갖는다.
일 실시형태에 있어서, 폐쇄 구성의 매니폴드 밸브는, 매니폴드의 입구를 통과하여 매니폴드로부터 유체가 유출되는 것을 방지한다.
일 실시형태에 있어서, 샘플 로딩 시스템은, 매니폴드의 입구와 유체 연통되고, 용기로부터 유체를 인출하기 위하여 용기에 삽입되도록 구성되는 니들을 더 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 샘플 로딩 시스템은, 니들을 용기에 삽입하여 용기로부터 유체를 인출하고, 니들을 용기로부터 당겨 빼도록 구성된 액추에이터를 더 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 매니폴드는, 매니폴드의 출구로부터 유출되는 유체를 검출하도록 구성된 센서를 갖는다.
일 실시형태에 있어서, 각 리저버는, 가압 가스원에 유체 연통하여 결합되어, 각 리저버를 가압하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 각 리저버는, 압력 조정기에 결합되어, 각 리저버 내의 압력을 조정하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 각 분배구는,
각 리저버로부터 유체를 분배하는 것을 가능하게 하는 개방 구성과,
유체가 각 리저버로부터 분배되는 것을 방지하는 폐쇄 구성을 갖는 노즐이다.
일 실시형태에 있어서, 프린트 헤드 어셈블리는, 각 리저버, 샘플 로딩 시스템 및 분배 시스템이 배치되어 있는 하우징을 더 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 샘플 로딩 시스템은, 펌프와 유체 연통하여 결합되고, 당해 펌프는, 유체를 샘플 로딩 시스템으로 인입하여, 유체를 샘플 로딩 시스템으로부터 리저버 중 어느 하나에 펌핑하여 보내도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 프린트 헤드 어셈블리는, 프린트 헤드 어셈블리의 동작을 제어하도록 구성된 전자 기기 어셈블리를 더 포함한다.
제2 양태에서는, 세포를 인쇄하는 3D 바이오 프린터로서,
제1 양태에 의한 프린트 헤드 어셈블리와,
3D 세포 구조를 제작할 수 있는 기판을 배치하는 인쇄 스테이지와,
카트리지 리셉터클을 포함하는, 바이오 프린터를 제공한다.
세포를 인쇄하는 3D 바이오 프린터가 개시되고, 당해 바이오 프린터는,
제1 양태에 의한 프린트 헤드 어셈블리와,
3D 세포 구조를 제작할 수 있는 기판을 배치하는 인쇄 스테이지와,
카트리지 리셉터클과,
샘플 로딩 시스템과 유체 연통하고, 유체를 샘플 로딩 시스템으로 인입하여, 유체를 샘플 로딩 시스템으로부터 리저버 중 어느 하나로 펌핑하여 보내도록 구성된 펌프를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 바이오 프린터는, 프린트 헤드 어셈블리, 인쇄 스테이지및 카트리지 리셉터클이 배치되는 하우징을 더 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 하우징은, 바이오 프린터의 내부로의 액세스를 가능하게 하는 개방 위치와, 바이오 프린터의 내부로의 액세스를 방지하는 폐쇄 위치를 갖는 액세스 도어를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 바이오 프린터는, 각 리저버 내의 압력을 조정하기 위하여 각 리저버에 유체 연통하여 결합되고, 각 리저버를 가압하기 위한 가압 가스원에 유체 연통하여 결합되도록 구성된 압력 조정 시스템을 더 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 압력 조정 시스템은, 압력 조정 시스템을 가압 가스원에 결합하도록 유체 연통으로 구성된 커넥터를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 커넥터는 하우징으로부터 돌출되어 있다.
일 실시형태에 있어서, 압력 조정 시스템은, 각 리저버와 유체 연통하며, 가압 가스원에 유체 연통하여 결합되도록 구성된 레귤레이터 매니폴드를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 각 리저버는, 압력 조정기에 의하여 레귤레이터 매니폴드에 유체 연통하여 결합되고, 각 압력 조정기는, 각각의 리저버 내의 압력을 조정하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 유체 연통의 펌프를 샘플 로딩 시스템에 결합하고, 유체 연통의 각 리저버를 압력 조정 시스템 및 펌프에 결합하는 셀렉터 밸브를 더 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 바이오 프린터는, 하우징 내에 배치되고, 하우징 내에 기류를 유도하도록 구성된 기류 시스템을 더 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 기류 시스템은, 인쇄 스테이지, 및 카트리지 리셉터클 아래에 공기를 인입하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 기류 시스템은, 하우징 내에 기류를 유도하는 블로어를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 기류 시스템은, 적어도 하나의 고효율 입자 포획 필터를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 바이오 프린터는, 카트리지 리셉터클과 인쇄 스테이지가 배치되어 있는 홀더를 더 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 바이오 프린터는, 궤도를 갖는 제1 위치 결정부를 더 포함하고, 제1 위치 결정부는 홀더에 결합되며, 그 궤도를 따라 홀더의 위치 결정을 행하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 바이오 프린터는, 궤도를 갖는 제2 위치 결정부를 더 포함하고, 제2 위치 결정부는 프린트 헤드 어셈블리에 결합되며, 그 궤도를 따라 프린트 헤드 어셈블리의 위치 결정을 행하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 제1 위치 결정부의 궤도는, 제2 위치 결정부의 궤도에 대하여 적어도 대략 수직으로 뻗는다.
일 실시형태에 있어서, 바이오 프린터는, 바이오 프린터의 동작을 제어하는 제어 시스템을 더 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 제어 시스템은 리더를 포함하고, 당해 제어 시스템은 리더를 이용하여 카트리지 리셉터클에 삽입된 카트리지의 식별자를 판독하여, 카트리지에 관한 정보를 취득하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 카트리지에 관한 정보는, 카트리지에 포함되는 유체, 특정의 유체가 배치되는 용기, 카트리지의 사용의 유무, 및/또는 카트리지가 미사용인지 아닌지에 관한 정보를 포함한다.
일 실시형태에 있어서, 리더는, 무선 주파수 식별(RFID) 리더이며, 식별자는, RFID 태그 또는 라벨이다.
일 실시형태에 있어서, 리더는 판독/기입 RFID 리더이며, 식별자는 개서(改書) 가능한 RFID 태그 또는 라벨이고, 제어 시스템은, 판독/기입 RFID 리더를 이용하여 개서 가능한 RFID 태그 또는 라벨, 및 기입/개서 가능한 RFID 태그 또는 라벨의 정보로부터 정보를 취득하도록 구성된다.
일 실시형태에 있어서, 제어 시스템은, 유저가 특정의 인쇄 작업을 위하여 제어 시스템에 정보 및 제어 명령을 입력할 수 있도록 구성된 유저 인터페이스를 포함한다.
제3 양태에서는, 제1 양태에 의한 프린트 헤드의 분배 시스템으로부터 복수의 유체 액적을 분배함으로써 3차원(3D) 세포 구조를 인쇄하는 방법을 제공한다.
제4 양태에서는, 제2 양태에 의한 바이오 프린터의 분배 시스템으로부터 복수의 유체 액적을 분배함으로써 3차원(3D) 세포 구조를 제조하는 방법을 제공한다.
본 기술의 이점은, 3D 세포 구조의 인쇄나 형성을 행한 후에 세포의 생존율이나 활성을 저해시키지 않고, 세포를 인쇄할 수 있는 것이다.
정의
본 명세서에 있어서, 문맥이 분명하게 다른 경우를 제외하고, "포함한다(comprise)", 혹은 "포함하고", "포함" 등의 파생 표현은, 기재된 요소, 정수 또는 단계, 혹은 요소, 정수 또는 단계의 군을 포함하지만, 다른 요소, 정수 또는 단계, 혹은 요소, 정수 또는 단계의 군을 제외하는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, "으로 이루어진다(consisting of)"라는 표현은, 당해 요소만으로 구성되는 것을 의미한다.
본 명세서에 포함되어 있는 문서, 행위, 재료, 장치, 물품 등에 관한 논의는, 본 기술의 배경을 제공하는 것만을 목적으로 한다. 이들의 설명의 일부 또는 전부가 선행기술의 일부를 형성하거나, 혹은, 본 명세서의 각 청구항의 우선일보다 앞서 존재하고 있던 본 기술에 관련되는 분야의 일반 상식이라고 인정하는 것은 아니다.
문맥상 별도의 규정이 없는 한, 또는 특별히 반대의 기재가 없는 한, 본 명세서에 있어서 소정의 기술의 정수, 단계 또는 요소가 단수로서 기재되어 있는 경우는, 정수, 단계 또는 요소의 단수형과 복수형의 양방을 명확하게 포괄하는 것으로 간주한다.
본 명세서의 문맥에 있어서, "a"와 "an"은, 관사의 문법적 목적어가 하나, 또는 그 이상(즉 적어도 하나)인 것을 가리키기 위하여 이용된다. 예를 들면, "an element"란, 요소가 하나 또는 복수인 것을 의미한다.
본 명세서의 문맥에 있어서, "약(about)"이란, 숫자 또는 값을 언급할 때, 절대적인 숫자 또는 값으로서 해석되어서는 안 되며, 본 기술분야에 대한 당업자의 이해에 따라 숫자 또는 값의 전후의 것을 망라하는 것을 의미한다. 이것에는, 일반적인 허용 오차나 기기의 제한 범위가 포함된다. 바꾸어 말하면, "약"이란, 당업자가 동일한 기능이나 결과를 달성할 수 있다고 하는 면에서 제시된 값과 동등하다고 간주하는 범위 또는 근삿값을 가리키는 것이다.
당업자는, 본 명세서에 기재되어 있는 기술이, 구체적으로 기재되어 있지 않은 한, 변경이나 수정을 행할 수 있는 것을 이해할 것이다. 본 기술에는, 변경이나 수정도 모두 포함되는 것에 유의하기 바란다. 오해를 피하기 위하여, 본 기술은, 본 명세서에서 참조나 제시되는 단계, 장점, 화합물을, 개별적으로, 혹은 집합적으로, 모두 망라하고, 나아가서는, 상기의 단계, 장점, 화합물의 2개 이상의 조합도 모두 포함한다.
다음으로, 본 발명의 바람직한 실시형태를 단순한 예시로서만, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 프린트 헤드 어셈블리, 카트리지, 기판, 당해 프린트 헤드 어셈블리와 함께 사용할 수 있는 바이오 프린터의 홀더의 등각도이다.
도 2는, 액세스 패널이 분리된 도 1의 프린트 헤드 어셈블리의 등각도이다.
도 3은, 도 1의 프린트 헤드 어셈블리의 등각도이며, 프린트 헤드 어셈블리의 하우징이 생략되어 있다.
도 4는, 액세스 패널이 분리된 도 1의 프린트 헤드 어셈블리의 정면도이다.
도 5는, 도 1의 프린트 헤드 어셈블리의 바닥면도이다.
도 6은, 도 1의 프린트 헤드 어셈블리를 포함하는 바이오 프린터의 정면 등각도이다.
도 7은, 도 6의 바이오 프린터의 배면 등각도이다.
도 8은, 도 6의 바이오 프린터의 정면 등각도이며, 바이오 프린터의 하우징과 프린트 헤드 어셈블리의 하우징은, 윤곽만으로 그려져 있다.
도 9는, 도 1의 카트리지의 분해 부품도이다.
도 10은, 도 1의 카트리지, 기판, 홀더의 상면도이다.
도 11은, 도 1의 프린트 헤드 어셈블리와, 도 6의 바이오 프린터의 위치 결정부, 압력 조정 시스템, 셀렉터 밸브를 나타내는 정면 등각도이다.
도 12는, 도 6의 바이오 프린터의 배면 등각도이며, 바이오 프린터의 하우징은, 윤곽만으로 그려져 있다.
도 13은, 도 1의 프린트 헤드 어셈블리와, 도 6의 바이오 프린터의 위치 결정부, 압력 조정 시스템, 셀렉터 밸브를 나타내는 배면 등각도이다.
도 14는, 펌프, 셀렉터 밸브, 프린트 헤드 본체가 없는 프린트 헤드, 도 6의 바이오 프린터의 카트리지의 배면 등각도이다.
도 15는, 펌프, 셀렉터 밸브, 프린트 헤드 본체가 없는 프린트 헤드, 도 6의 바이오 프린터의 카트리지의 정면 등각도이다.
도 16은, 도 6의 바이오 프린터의 층류 시스템의 배면 등각도이다.
도 17은, 도 6의 바이오 프린터의 층류 시스템의 다른 배면 등각도이다.
도 18은, 도 16 및 도 17의 층류 시스템을 통과하는 기류의 개략도이다.
도 19는, 도 6의 바이오 프린터의 개략도이다.
도 20은, 도 6의 바이오 프린터의 그래피컬 유저 인터페이스(GUI)의 스크린샷이다.
도 21은, 도 6의 바이오 프린터의 GUI의 다른 스크린샷이다.
도 22는, 도 6의 바이오 프린터를 이용하여 3차원 세포 구조를 제조하기 위한 플로차트이다.
도 23은, 본 발명의 제2 실시형태에 의한 프린트 헤드 어셈블리의 정면도이다.
도 24는, 도 23의 프린트 헤드 어셈블리의 바닥면도이다.
도 25는, 도 23의 프린트 헤드 어셈블리의 등각도이며, 프린트 헤드 어셈블리의 하우징이 생략되어 있다.
도 26은, 도 23의 프린트 헤드 어셈블리의 대체 실시형태의 개략도이다.
도 27은, 도 23의 프린트 헤드 어셈블리의 다른 대체 실시형태의 개략도이다.
도 28의 A~E는, 도 1 및 도 23의 프린트 헤드 어셈블리의 분배구의 불감대에 세포가 침강하여 발생하는 문제를 나타내고 있다.
도 29의 A~E는, 도 1 및 도 23의 프린트 헤드 어셈블리의 분배구의 불감대에 침강하는 세포를 저감시키는 일 실시형태에 의한 분배 라인의 예시를 나타낸다.
도 30의 30a~30c는, 도 1 및 도 23의 프린트 헤드 어셈블리의 분배구의 불감대에 침강하는 세포를 저감시키는 일 실시형태에 의한 분배 라인의 다른 예시를 나타낸다.
도 31은, 도 1 및 도 23의 프린트 헤드 어셈블리의 분배구에 침강하는 세포를 저감시키는 일 실시형태에 의한 분배 라인의 다른 예시를 나타낸다.
프린트 헤드 어셈블리의 제1 예시적 실시형태
도 1~도 5는, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 프린트 헤드 어셈블리(100)를 나타내고 있다. 프린트 헤드 어셈블리(100)는, 제1 및 제2 리저버 세트(101), 샘플 로딩 시스템(102), 분배 시스템(103)을 갖고, 이들은 모두, 프린트 헤드 하우징(104) 내에 배치된다. 프린트 헤드 하우징(104)의 액세스 패널(105)을 분리하면, 제1 및 제2 리저버 세트(101), 샘플 로딩 시스템(102), 분배 시스템(103)으로의 액세스가 가능해진다. 리저버(101)의 제1 및 제2 세트는 함께, 4개의 리저버(106)를 갖지만, 각 리저버 세트(101)는, 4개를 초과하는 리저버(106)를 구비해도 되고, 그 미만이어도 된다.
도 3을 참조하면, 각 리저버(106)는, 대략 수직으로 뻗는 길이 방향축(107), 리저버(106)의 상부에 배치되는 캡(108), 리저버(106)의 하부 영역에 배치되는 리저버 출구(109), 리저버 출구(109)의 상방에 소정의 높이에 배치되는 리저버 입구(110)를 갖는다. 각 리저버(106)에 있어서, 캡(108), 리저버 출구(109), 리저버 입구(110)는, 리저버(106)의 내부와 유체 연통되어 있다.
도 3~도 5를 참조하면, 샘플 로딩 시스템(102)은, 제1 및 제2 서브 시스템(111)을 갖는다. 각 서브 시스템(111)은, 제1 및 제2 리저버 세트(101)와 유체 연통되어 있다. 샘플 로딩 시스템(102)의 각 서브 시스템(111)은, 니들(112), 매니폴드 밸브(113), 프라이밍 매니폴드(114)를 포함한다. 각 프라이밍 매니폴드(114)는, 매니폴드 입구(115) 및 매니폴드 출구(116)를 갖는다. 각 서브 시스템(111)에 대하여, 니들(112)은, 유체 라인(118)에 의하여 매니폴드 밸브(113)와 유체 연통하여 결합되고, 매니폴드 밸브(113)는, 유체 라인(119)에 의하여 프라이밍 매니폴드(114)의 매니폴드 입구(115)에 유체 연통하여 결합된다. 따라서, 각 서브 시스템(111)에 대하여, 니들(112), 매니폴드 밸브(113), 프라이밍 매니폴드(114)는, 전부 서로 유체 연통되어 있다.
각 서브 시스템(111)의 매니폴드 밸브(113)는, 개방 구성과 폐쇄 구성을 갖는다. 개방 구성에 있어서, 각 서브 시스템(111)의 매니폴드 밸브(113)는, 유체가 니들(112)로부터 매니폴드 입구(115)를 통과하여 프라이밍 매니폴드(114)에 흐르는 것을 가능하게 한다. 폐쇄 구성에서는, 각 서브 시스템(111)의 매니폴드 밸브(113)는, 유체가 니들(112)로부터 매니폴드 입구(115)로 유입되는 것을 방지하고, 나아가서는, 유체가 프라이밍 매니폴드(114)로부터 매니폴드 입구(115)를 통과하여 니들(112)을 향하여 유출되는 것을 방지한다. 매니폴드 밸브(113)는 통상은 폐쇄 상태의 솔레노이드 밸브여도 되지만, 당해 기술분야에서 주지인 그 외의 밸브/노즐을 사용해도 된다.
도 2~도 4를 참조하면, 센서(117)는, 각각의 프라이밍 매니폴드(114)의 매니폴드 출구(116)에 배치된다. 각 프라이밍 매니폴드(114)에 대하여, 센서(117)는, 매니폴드 출구(116)를 통과하여 프라이밍 매니폴드(114)로부터 유출되는 유체를 검출하도록 구성된다. 혹은, 각 프라이밍 매니폴드(114)에 대하여, 센서(117)를 매니폴드 입구(115)에 배치하고, 매니폴드 입구(115)를 통과하여 프라이밍 매니폴드(114)로 유입되는 유체를 검출하도록 구성해도 된다. 각 프라이밍 매니폴드(114)에 대하여, 매니폴드 입구(115)에 배치되고, 매니폴드 입구(115)를 통과하여 프라이밍 매니폴드(114)로 유입되는 유체를 검출하도록 구성된 센서(117)와, 매니폴드 출구(116)에 배치되며, 매니폴드 출구(116)를 통과하여 프라이밍 매니폴드(114)로부터 유출되는 유체를 검출하도록 구성된 센서(117)를 상정할 수 있다. 센서(117)는, 광학 센서여도 되지만, 당해 기술분야에서 주지인 그 외의 센서여도 된다.
각 리저버(106)의 리저버 입구(110)는, 역류 방지 밸브(121)를 갖는 프라이밍 유체 라인(120)에 의하여, 유체 연통에 있어서 프라이밍 매니폴드(114)의 하나에 결합된다. 각 프라이밍 유체 라인(120)에 대하여, 역류 방지 밸브(121)는, 개방 위치 및 폐쇄 위치를 갖는다. 개방 위치에 있어서, 역류 방지 밸브(121)는, 유체가 각각의 프라이밍 매니폴드(114)로부터 프라이밍 유체 라인(120)을 통과하여 각각의 리저버(106)에 흐르는 것을 가능하게 한다. 폐쇄 위치에 있어서, 역류 방지 밸브(121)는, 유체가 프라이밍 유체 라인(120)으로부터 각각의 프라이밍 매니폴드(114)로 유출되는 것을 방지하고, 각각의 프라이밍 매니폴드(114)로부터 각각의 프라이밍 유체 라인(120)으로 유출되는 것을 방지한다. 역류 방지 밸브(121)와 동일하거나, 혹은 동일한 기능을 실행할 수 있는, 당해 기술분야에서 주지인 그 외의 밸브를 사용하는 것도 상정할 수 있다. 예를 들면, 제어 시스템을 통하여 개폐할 수 있는 액티브 밸브를 사용해도 된다.
샘플 로딩 시스템(102)의 각 서브 시스템(111)은, 리저버 세트(101)의 하나와 유체 연통하며, 니들(112)로부터 각 리저버 세트(101)에 있어서의 리저버(106) 중 어느 하나에 유체를 유도할 수 있는 것에 유의하기 바란다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 샘플 로딩 시스템(102)은, 2개의 니들(112)에 결합된 액추에이터(122)를 갖는다. 액추에이터(122)는, 니들(112)의 포인트(123)가 프린트 헤드 하우징(104)의 개구부(124)로부터 돌출되도록 니들(112)을 전진시키도록 구성된다. 액추에이터(122)는 또, 니들(112)의 포인트(123)가 프린트 헤드 하우징(104) 내에 배치되도록, 개구부(124)를 통과시켜 니들(112)을 프린트 헤드 하우징(104) 내로 되돌리도록 구성된다. 액추에이터(122)는, 니들(112)을 동시에 전진 및 후퇴 시키는 것으로서 설명 및 도시되어 있지만, 각 니들(112)이 독립적으로 전진 및 후퇴할 수 있도록, 각 니들(112)이 액추에이터(122)를 가질 수 있는 것도 상정된다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 분배 시스템(103)은, 복수의 분배 유체 라인(125)을 포함하고, 각 분배 유체 라인은, 리저버(106)의 하나의 리저버 출구(109)와 유체 연통하여 결합되어 있다. 각 분배 유체 라인(125)에 유체 연통하여 결합되어 있는 것은, 통상은 폐쇄 구성 및 개방 구성을 갖는 노즐의 형태의 분배구(126)이다. 각 분배 유체 라인(125)에 대하여, 분배구(126)가 개방 구성이면, 유체는, 분배구(126)로부터 분배되기 때문에, 리저버 출구(109)를 통과하고, 분배 유체 라인(125)을 통과하여, 각각의 리저버(106)로부터 유출될 수 있다. 각 분배 유체 라인(125)에 대하여, 분배구(126)가 폐쇄 구성이면, 유체가 분배구(126)로부터 분배되는 것이 방지된다. 각 분배구(126)는, 마이크로 솔레노이드 밸브여도 되지만, 당해 기술분야에서 주지인 그 외의 밸브를 사용해도 된다.
도 5를 참조하면, 분배구(126)는, 각 분배구(126)가 구멍(127)을 통과하여 프린트 헤드 어셈블리(100)로부터 유체를 분배하도록 구성되도록, 프린트 헤드 하우징(104)의 구멍(127)과 정렬된다.
도 3을 참조하면, 각 리저버(106)에 대하여, 분배 유체 라인(125)의 체적, 및 리저버(106) 내의 리저버 입구(110)와 리저버 출구(109)의 사이의 체적이, 소정의 체적을 정의한다. 소정의 체적은, 각 리저버(106)에 대하여, 리저버 출구(109)와 리저버 입구(110)의 사이의 높이의 차를 각각 증가 또는 감소시킴으로써 증가 또는 감소시킬 수 있다. 소정의 체적은 또, 분배 유체 라인(125)의 체적을 증가 또는 감소시킴으로써 증가 또는 감소시킬 수 있다. 소정의 체적을 증가시킨 경우, 리저버(106) 내를 흐르는 유체가 각 프라이밍 유체 라인(120)으로 후퇴하는 것을 저감시키거나, 또는, 경우에 따라 방지할 수 있다.
프린트 헤드 어셈블리(100)는, 각 매니폴드 밸브(113), 각 센서(117), 각 분배구(126), 및 액추에이터(122)에 전기적으로 접속된 전자 기기 어셈블리(129)를 더 구비한다. 전자 기기 어셈블리(129)는, 각 매니폴드 밸브(113) 및 각 분배구(126)를 각각의 개방 구성과 폐쇄 구성 사이에서 이동시키도록 구성된다. 전자 기기 어셈블리(129)는 또, 액추에이터(122)를 제어하여, 니들(112)의 포인트(123)를 프린트 헤드 하우징(104)으로부터 전진시키고, 또 니들(112)의 포인트(123)를 프린트 헤드 하우징(104)으로 후퇴시키도록 구성된다.
전자 기기 어셈블리(129)는, 전자 기기 어셈블리(129)를 제어 시스템(272)(이하에서 설명한다)에 전기적으로 접속하도록 구성된 전기 포트(130)를 갖는다. 전자 기기 어셈블리(129)는 또, 프린트 헤드 어셈블리(100)의 내부 또는 외부에 있는 다른 전기 기기에 전기적으로 접속할 수 있는 전기 커넥터(131)를 갖는다. 전자 기기 어셈블리(129)는, 전기 커넥터(131)를 포함해도 되고 포함하지 않아도 된다.
도 6~도 8은, 프린트 헤드 어셈블리(100)를 사용하여 3차원(3D) 세포 구조를 제작하기 위한 바이오 프린터(200)를 나타낸다. 바이오 프린터(200)는, 3D 세포 구조를 인쇄하기 위한 프린트 헤드 어셈블리(100), 분리 가능한 카트리지(232), 및 3D 세포 구조가 그 상/내에 인쇄되는 분리 가능한 기판(233)을 갖는다. 프린트 헤드 어셈블리(100), 카트리지(232), 및 기판(233)은, 하우징(234) 내에 배치되어 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 카트리지(232)는, 트레이(235), 베이스(236), 베이스(236)와 분리 가능하게 계합(係合)하도록 구성된 덮개(237)를 구비한다.
트레이(235)는, 복수의 밀봉 용기(238), 복수의 비(非)밀봉 용기(239), 세정 용기(240), 및 폐기물 슬롯(241)을 갖는다. 복수의 밀봉 용기(238)의 각각은, 예를 들면, 바이오 잉크, 또는 활성제 등의 유체를 포함할 수 있다(이들은, 이하에서 보다 상세하게 설명된다). 복수의 비밀봉 용기(239)는, 예를 들면, 세포 현탁액, 세포 배양 배지, 세포 잉크, 세포 배양 용액, 또는 용액 중의 약물 등, 유저에 의하여 선택된 유체를 수용하도록 구성된다. 세정 용기(240)는, 예를 들면, 물이나 에탄올 등의 세정액을 포함한다.
복수의 밀봉 용기(238) 및 세정 용기(240)는, 트레이(235)에 결합된 시일(242)에 의하여 밀봉되어 있다. 시일(242)은, 트레이(235) 상에 히트 시일링된 필름이어도 되지만, 복수의 시일링된 용기(238) 및 세정 용기(240)를 밀봉할 수 있는 당해 기술분야에서 주지인 그 외의 시일도 사용해도 된다.
베이스(236)는, 내부 공간(243) 및 베이스(236)의 외면에 결합된 식별자(244)를 갖는다. 식별자(244)는, 예를 들면, 카트리지(232)에 포함되는 유체, 복수의 밀봉 용기(238) 중 특정의 유체를 포함하는 용기, 카트리지(232)의 지금까지의 사용 유무, 및/또는, 카트리지(232)가 미사용인지 아닌지 등, 카트리지(232)에 관한 정보를 포함해도 된다. 식별자(244)는, 판독 전용의 무선 주파수 식별(RFID) 또는 근거리 무선 통신(NFC) 태그 또는 라벨, 혹은 개서 가능한 RFID 또는 NFC 태그 또는 라벨 중 어느 하나여도 된다.
트레이(235)는, 베이스(236)의 내부 공간(243)에 수용되어, 베이스(236)에 분리 가능하게 결합되도록 구성된다. 트레이(235)가 베이스(236)에 분리 가능하게 결합될 때, 트레이(235)의 하측 및 베이스(236)의 내면은, 트레이(235)의 폐기물 슬롯(241)과 유체 연통되는 베이스(236)의 내부 공간(243)에 폐기물 공간(도시하지 않음)을 구획한다. 따라서, 폐기물 슬롯(241)을 통과하는 유체는, 베이스(236)의 폐기물 공간에 수집된다. 베이스(236)의 치수는, 폐기물 공간이, 밀봉 용기(238), 비밀봉 용기(239), 및 세정 용기(240)의 합계량보다 커지도록 설정한다. 따라서, 폐기물 공간은, 밀봉 용기(238), 비밀봉 용기(239), 세정 용기(240) 전부의 유체 내용물이 수용되는 크기가 된다.
트레이(235)가 베이스(236)의 내부 공간(243)에 수용되어, 덮개(237)가 베이스(236)에 분리 가능하게 결합될 때, 트레이(235)는, 베이스(236) 및 덮개(237)에 의하여 구획되는 챔버 내에 봉입된다.
도 1 및 도 10을 참조하면, 프린트 헤드 어셈블리(100)는, 3D 세포 구조를, 96개의 웰을 갖는 웰 플레이트인 기판(233) 상에 인쇄하도록 구성된다. 단, 웰을 갖는 멀티 웰 플레이트이면, 웰의 수에 관계없이 사용할 수 있다. 프린트 헤드 어셈블리(100)는, 3D 세포 구조를 페트리 접시 또는 다른 적절한 매체에 인쇄하도록 구성되는 것도 상정된다.
도 8 및 도 10을 참조하면, 하우징(234)은, 리셉터클(246) 및 인쇄 스테이지(247)를 갖는 홀더(245)를 갖는다. 카트리지(232)는, 리셉터클(246)에 분리 가능하게 수용되고, 기판(233)은, 인쇄 스테이지(247) 상에서 분리 가능하게 지지된다. 홀더(245)는, 제어 시스템(272)(이하에서 설명한다)에 전기적으로 접속된 리더(도시하지 않음)를 갖는다. 카트리지(232)가 리셉터클(246)로 수용되면, 리더는, 카트리지(232)의 식별자(244)를 판독하여 카트리지(232)에 관한 정보를 취득하고, 이 정보를 제어 시스템(272)에 건네도록 구성된다.
리더는, 각각의 RFID, 혹은 NFC 태그 또는 라벨상의 정보의 판독·개서를 할 수 있는 판독/기입 RFID 또는 NFC 리더여도 된다. 식별자(244)가 NFC 태그 또는 라벨의 판독 전용 RFID인 경우, NFC 리더의 판독/기입 RFID는, 각각의 RFID, 혹은 NFC 태그 또는 라벨로부터만 정보를 취득할 수 있다. 식별자(244)가 NFC 태그 또는 라벨의 개서 가능한 RFID인 경우, NFC 리더의 판독/기입 RFID는, NFC 태그 또는 라벨의 각각의 개서 가능한 RFID로부터 정보를 취득하여, 정보를 개서할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 카트리지(232)의 베이스(236)는 모따기(248)를 갖고, 리셉터클(246)의 귀퉁이(249)는, 모따기(248)를 보완하는 형상을 갖는다. 모따기(248) 및 귀퉁이(249)에 의하여, 카트리지(232)는 특정의 방향에서만 리셉터클(246)로 삽입할 수 있으므로, 밀봉 용기(238), 비밀봉 용기(239), 세정 용기(240), 및 폐기물 슬롯(241)이, 리셉터클(246) 내에서 잘못된 방향을 향하는 경우가 없어진다.
도 8 및 도 11을 참조하면, 하우징(234)은, 홀더(245)에 결합된 제1 위치 결정부(250)를 갖는다. 제1 위치 결정부(250)는, 궤도(251)를 갖고, 궤도(251)의 길이를 따른 임의의 장소에 홀더(245)를 이동/위치 결정하도록 구성된다. 따라서, 제1 위치 결정부(250)는, 궤도(251)의 길이를 따른 임의의 장소에 카트리지(232) 및 기판(233)을 이동/위치 결정할 수 있다.
하우징(234)은 프린트 헤드 하우징(104)에 결합된 제2 위치 결정부(252)를 더 갖는다. 제2 위치 결정부(252)는, 궤도(253)를 갖고, 궤도(253)의 길이를 따른 임의의 장소에 프린트 헤드 어셈블리(100)를 이동/위치 결정하도록 구성된다. 제2 위치 결정부(252)의 궤도(253)는, 제1 위치 결정부(250)의 궤도(251)에 대하여 대략 수직으로 뻗는다. 제1 위치 결정부(250) 및 제2 위치 결정부(252)는 함께, 프린트 헤드 어셈블리(100)를 카트리지(232) 및/또는 기판(233) 상에 배치/이동하는 것을 가능하게 한다.
도 11~도 13을 참조하면, 압력 조정 시스템(254)이 하우징(234) 내에 배치되어 있다. 압력 조정 시스템(254)은, 복수의 압력 조정기(256)를 갖는 레귤레이터 매니폴드(255)를 갖는다. 압력 조정 시스템(254)은 하우징(234)으로부터 돌출되는 커넥터(257)를 더 갖는다. 커넥터(257)는, 레귤레이터 매니폴드(255)로 유체 연통되어 있으며, 가압 가스원에 유체 연통으로 결합되도록 구성되어 있다. 가압 가스원은, 예를 들면, 공기 압축기 또는 펌프여도 된다.
셀렉터 밸브(258)는, 하우징(234) 내에 배치되고, 셀렉터 밸브(258)에 의하여 선택될 수 있는, 복수의 입력 접속부(259), 복수의 출력 접속부(260) 및 복수의 채널(261)을 갖는다.
각 압력 조정기(256)는, 셀렉터 밸브(258)의 입력 접속부(259)의 하나에 유체 연통하여 결합된다. 각 리저버(106)의 캡(108)은, 셀렉터 밸브(258)의 출력 접속부(260) 중 하나에 유체 연통하여 결합된다. 셀렉터 밸브(258)는, 유체 연통에 있어서 각 리저버(106)의 내부를, 압력 조정 시스템(254)의 압력 조정기(256) 중 하나에 결합한다. 따라서, 각 리저버(106)의 내부는, 커넥터(257)에 결합된 가압 가스원에 의하여 가압할 수 있다. 각 압력 조정기(256)는, 각각의 리저버(106) 내의 압력을 조정하여, 각각의 리저버(106) 내의 압력을 증감할 수 있다.
각 프라이밍 매니폴드(114)의 매니폴드 출구(116)는, 각 매니폴드 출구(116)가 압력 조정기(256)의 하나와 유체 연통하도록, 셀렉터 밸브(258)의 출력 접속부(260)의 하나에 유체 연통하여 결합된다. 따라서, 샘플 로딩 시스템(102)의 각 서브 시스템(111)은, 압력 조정 시스템(254)과 유체 연통되어 있다. 따라서, 샘플 로딩 시스템(102)의 각 서브 시스템(111)은, 커넥터(257)에 결합된 가압 가스원으로부터 가압 가스를 수용할 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 하우징(234) 내에는, 셀렉터 밸브(258)의 채널(261)의 하나에 유체 연통하여 결합된 프린터 펌프(262)가 배치되어 있다. 셀렉터 밸브(258)는, 양방의 프라이밍 매니폴드(114) 중 어느 하나의 매니폴드 출구(116)와 유체 연통하도록 프린터 펌프(262)에 결합된 채널(261)을 선택적으로 결합할 수 있다. 이때, 프린터 펌프(262)는, 각각의 매니폴드 출구(116)를 통하여 샘플 로딩 시스템(102)과 유체 연통되어 있다. 프린터 펌프(262)에 결합되어 있는 프라이밍 매니폴드 채널(261)이 선택되지 않는 경우, 프린터 펌프(262)는, 프라이밍 매니폴드(114)의 어느 하나의 매니폴드 출구(116)와도 유체 연통되어 있지 않고, 매니폴드 출구(116)는, 압력 조정 시스템(254)과 유체 연통되어 있다.
셀렉터 밸브(258)는 또, 프린터 펌프(262)와 유체 연통되어 있는 각 리저버(106)의 캡(108)을 선택적으로 결합할 수 있다. 프린터 펌프(262)가 리저버(106)의 캡(108)과 유체 연통되어 있을 때, 프린터 펌프(262)는, 리저버(106)의 내부에 음압 또는 양압을 가하도록 구성된다.
도 6을 참조하면, 하우징(234)은, 개방 위치 및 폐쇄 위치를 갖는 액세스 도어(263)를 갖는다. 개방 위치에서는, 액세스 도어(263)는, 하우징(234) 내의 인쇄 영역(276)으로의 액세스를 가능하게 한다. 폐쇄 구성에서는, 액세스 도어는, 하우징(234) 내의 인쇄 영역(276)으로의 액세스를 제한/방지한다.
도 16~도 18을 참조하면, 층류 시스템(264)이 하우징(234) 내에 배치되어 있다. 층류 시스템(264)은, 홀더(245)의 하방으로 뻗는 제1 유로(265), 인쇄 영역(276)으로부터 분리되고 그 후방으로 뻗는 제2 유로(266), 하우징(234) 내에 기류를 유도하기 위한 블로어(267), 홀더(245)(도 6을 참조)의 하방에 배치되는 격자(268), 하우징(234)의 내부와 유체 연통되는 순환 고효율 입자 포획(HEPA) 필터(269), 및 주위 환경과 유체 연통되는 배기 HEPA 필터(270)를 갖는다.
도 18을 참조하면, 블로어(267)는, 제1 유로(265) 및 제2 유로(266)와 유체 연통되어 있다. 블로어(267)는, 잠재적으로 오염된 공기를 격자(268)를 통과하여 제1 유로(265)로 인입함으로써, 홀더(245)의 하방으로 기류를 유도하도록 구성된다. 블로어(267)는, 오염된 공기를 제2 유로(266)로 보냄으로써, 제2 유로(266)를 통과하는 기류를 강제하도록 구성된다. 제1 유로(265) 및 제2 유로(266)를 통과하여 흐르는 기류의 유량은, 블로어(267)의 분당 회전수(rpm)를 각각 증가 또는 감소시킴으로써 증가 및 감소시킬 수 있다.
도 18로부터 알 수 있는 바와 같이, 하우징(234)으로 인입된 외기는, 제1 유로(265)로 인입되어, 홀더(245)의 하방을 흐른다. 이로써, 외기의 양이 감소되어, 기판(233) 및 기판(233)에 인쇄된 임의의 3D 세포 구조를 잠재적으로 오염시킬 가능성이 있는, 기판(233) 상을 흐르는 기류 중의 오염 물질이 감소된다.
제2 유로(266)를 통과하여 흐르는 기류는, 순환 HEPA 필터(269)를 통과하여 하우징(234)의 인쇄 영역(276)으로 되돌아오거나, 또는 배기 HEPA 필터(270)를 통과하여 하우징(234)으로부터 나온다. 순환 HEPA 필터(269) 및 배기 HEPA 필터(270)는, 그들을 통과하여 흐르는 기류로부터 상당한 양의 입자를 제거한다. 따라서, 순환 HEPA 필터(269)를 통과하여 하우징(234)의 인쇄 영역(276)으로 역류하는 기류는 무균이며, 입자의 농도가 매우 낮다. 순환 HEPA 필터(269)로부터 하우징(234)의 인쇄 영역(276)에 흐르는 기류는, 하우징(234)의 인쇄 영역(276)을 통과하는 일 방향의 하향의 기류이다. 이 기류는, 하우징(234)의 인쇄 영역(276)을 통과하는 층류를 제공하고, 이것은, 기판(233) 및 기판(233)에 인쇄된 임의의 3D 세포 구조가 오염될 위험을 저감시킬 수 있다. 하우징(234)의 인쇄 영역(276)을 통과하는 일 방향의 기류의 속도는, 약 0.45m/초라고 상정된다.
도 19를 참조하면, 바이오 프린터(200)는, 하우징(234) 내에 배치된 2개의 온도 제어부(271)를 갖는다. 하나의 온도 제어부(271)는, 프린트 헤드 어셈블리(100)의 가까이에 배치되고, 다른 온도 제어부(271)는, 홀더(245)의 가까이에 배치된다.
온도 제어부(271)는, 바이오 프린터(200)에 의하여 인쇄되는 세포의 지속적인 생존 능력에 필요한 조건 및/또는 최적인 성장 조건에 근거하여, 가열 또는 냉각을 행하여, 바이오 프린터(200)의 하우징(234) 내의 온도를 조절할 수 있다. 예를 들면, 온도 제어부(271)는, 하우징(234) 내의 온도를 약 36℃ 내지 38℃의 범위로 유지하여, 인쇄되는 세포의 세포 증식을 지원할 수 있다.
프린트 헤드(100)의 가까이에 배치된 온도 제어부(271)는 또한, 리저버(106)에 포함되는 유체의 온도를 소정의 범위로 유지할 수 있다. 예를 들면, 리저버(106)에 포함되는 유체를 소정의 온도보다 높은 온도로 유지함으로써, 인쇄되는 세포에 있어서의 세포 증식을 촉진하여, 리저버(106)에 포함되는 유체의 점도를 인쇄에 적합한 범위로 유지해도 된다.
홀더(245)의 가까이에 배치된 온도 제어부(271)는, 홀더(245)의 인쇄 스테이지(247)에 배치된 기판(233)의 온도를 소정의 범위로 유지하여, 예를 들면, 인쇄가 완료된 세포에 있어서의 세포 증식을 촉진할 수 있다.
온도 제어부(271)는, 바이오 프린터(200)의 하우징(234) 내의 온도를 특정의 온도 범위 내로 유지하기 위하여 협동해도 되고, 프린트 헤드(100) 및 기판(233)을 각각의 소정의 온도 범위 내로 유지하기 위하여 독립적으로 동작해도 된다.
또 도 19를 참조하면, 바이오 프린터(200)는, 3D 세포 구조를 인쇄하기 위하여 개발된 커스텀 소프트웨어를 갖는 제어 시스템(272)에 의하여 제어된다. 제어 시스템(272)은, 바이오 프린터(200)를 조작하기 위한 프로그램 및 알고리즘이 저장되어 있는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체는, 바이오 프린터(200)와는 별개로 배치되고, 바이오 프린터(200)에 전기적으로 접속되어 있는 것이 상정되지만, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 바이오 프린터(200)와 함께 제공되어도 된다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 제어 시스템(272)은, 그래피컬 유저 인터페이스(GUI)(273)를 포함한다. GUI(273)를 통하여, 유저는 다양한 인쇄 루틴을 선택하고, 특정의 3D 세포 구조를 인쇄하기 위한 파라미터를 변경할 수 있다. 예를 들면, 유저는, GUI(273)를 사용하여, 프린트 헤드 어셈블리(100)로부터 분배되는 유체 액적의 간격 및 체적을 변경할 수 있다. 유저는 또, 프린트 헤드 어셈블리(100)로부터 분배되는 유체 액적의 공간 위치를 수동으로 제어하고, GUI(273)를 통하여 프린트 헤드 어셈블리(100)로부터 분배되는 유체 액적의 커스텀 패턴을 작성할 수 있다. 제어 시스템(272)은 또, 제1 및 제2 리저버 세트(101), 샘플 로딩 시스템(102), 및 분배 시스템(103)의 세정, 프라이밍, 퍼지를 행하기 위한 조작 명령을 포함한다.
GUI(273)는, 유저가 명령 및 정보를 제어 시스템(272)에 입력하는 것을 가능하게 한다. 예를 들면, 유저는, 밀봉 용기(238)의 각각에 어떠한 유체가 들어가 있는지, 및 그들의 유체가 어느 특정 밀봉 용기(238)에 배치되어 있는지를 입력할 수 있다. 유저는 또, 유저가 비밀봉 용기(239)의 각각에 추가한 유체, 및 그들의 유체가 배치되어 있는 특정의 비밀봉 용기(239)를 입력할 수 있다. 이로써, 제어 시스템(272)은, 각 유체가 카트리지(232) 내의 어디에 배치될지를 알 수 있고, 제어 시스템(272)은, 프린트 헤드 어셈블리(100)로부터 정확한 유체를 분배하여, 필요한 3D 세포 구조를 제작할 수 있다.
바이오 프린터는, 3D 세포 구조를 층별로 인쇄한다. 3D 세포 구조의 계층화는, 생물학자가 현미경으로 z 스택 계층화를 활용하는 방법을 모방하는 것이다. GUI(273)는, 인쇄되는 3D 세포 구조의 각층(各層)을 설계하는 방법을 유저에게 제공한다. 예를 들면, GUI(273)는, 인쇄되는 3D 세포 구조의 각층의 패턴을 묘화하기 위한 그리드를 유저에게 제공한다.
상기한 바와 같이, 기판(233)은, 복수의 웰을 갖는 멀티 웰 플레이트이다. 도 20을 참조하면, 예를 들면, GUI(273)는, 기판(233)의 웰과, 기판(233)의 각 웰에 인쇄할 수 있는 소정의 3D 세포 구조의 시각화를 표시한다. GUI(273)를 이용하여, 유저는, 웰 또는 웰 어레이, 웰 또는 웰 어레이에 인쇄되는 3D 세포 구조를 선택한다.
GUI(273)는, 유저가, 3D 세포 구조를 제작하고자 하는 기판(233) 내/상의 장소를 선택하는 것을 가능하게 한다. GUI(273)는, 3D 세포 구조의 셀이 인쇄되는 장소와, 3D 세포 구조의 인쇄 모양을 시각화하여 표시하는 인쇄 프리뷰 버튼(274)을 갖는다. 유저가 GUI(273) 상에서의 3D 세포 구조에 만족하면, GUI(273)를 통하여 3D 세포 구조를 인쇄하고 싶은지 의사를 확인할 수 있다. 다음으로, 바이오 프린터(200)는, 3D 세포 구조를 기판(233) 상에 인쇄한다. 바이오 프린터는, 3D 세포 구조를 제조할 때에 20~25층을 인쇄하지만, 유저는 GUI(273)를 통하여 인쇄되는 층의 수를 증감할 수 있다.
제어 시스템(272)은, 프린트 헤드 어셈블리(100)의 전자 기기 어셈블리(129)의 각 센서(117)와 전기 포트(130)에 전기적으로 접속되어 있다. 제어 시스템(272)은, 2개의 매니폴드 밸브(113), 액추에이터(122), 각 분배구(126), 제1 위치 결정부(250), 제2 위치 결정부(252), 각 압력 조정기(256), 셀렉터 밸브(258), 프린터 펌프(262), 블로어(267), 및 홀더(245)의 리더에 전기적으로 접속되고, 그들을 제어하도록 구성된다.
전자 기기 어셈블리(129)의 전기 커넥터(131)는, 바이오 프린터(200)의 하우징(234) 내에 배치된 전자 기기 어셈블리(도시하지 않음) 또는 제어 시스템(272)에 관련되는 전자 기기 어셈블리(도시하지 않음)에 전기적으로 접속되어도 된다.
바이오 프린터(200)는, 바이오 프린터(200)에 분리 가능하게 결합된 전원에 의하여 전력이 공급된다. 전원은, 전자 기기 어셈블리(129)에 전력을 제공하고, 전자 기기 어셈블리(129)는, 전력을 매니폴드 밸브(113), 센서(117), 액추에이터(122), 각 분배구(128)에 분배한다. 전원은 또, 제1 위치 결정부(250), 제2 위치 결정부(252), 압력 조정 시스템(254), 각 압력 조정기(256), 셀렉터 밸브(258), 프린터 펌프(262), 블로어(267), 및 온도 제어부(271)에 전력을 공급한다. 전원은, 예를 들면, 주전원이어도 된다.
다음으로, 바이오 프린터(200)의 사용과 조작에 대하여 설명한다.
특정의 3D 세포 구조를 인쇄하기 위하여, 유저는, 카트리지(232)의 밀봉 용기(238)에 포함되는 특정의 3D 세포 구조를 인쇄하기 위하여 필요한 바이오 잉크, 활성제, 및 다른 유체를 갖는 특정의 카트리지(232)를 선택한다. 적절한 카트리지(232)를 선택한 후, 유저는, 카트리지(232)의 베이스(236)로부터 덮개(237)를 분리하고, 카트리지(232)의 비밀봉 용기(239)의 어느 하나에 용액 중의 세포 잉크, 세포 현탁액, 세포 배양 배지, 및/또는 약물을 첨가할 수 있다. 유저는, 특정의 3D 세포 구조로 모델화하고자 함에 따라, 비밀봉 용기(239)의 각각에 추가할 유체를 선택한다. 선택한 유체를 비밀봉 용기(239)에 추가한 후, 유저는, 덮개(237)를 카트리지(232)의 베이스(236)에 결합하여, 비밀봉 용기(239)에 포함되는 유체의 오염을 방지한다.
하우징(234)의 액세스 도어(263)를 개방함으로써, 유저는, 카트리지(232)를 홀더(245)의 리셉터클(246)에 배치할 수 있다. 액세스 도어(263)가 개방 위치에 있을 때, 유저는 또, 필요한 기판(233)을 홀더(245)의 인쇄 스테이지(247) 상에 배치할 수 있다. 카트리지(232)를 리셉터클(246)에 배치하고, 기판(233)을 인쇄 스테이지(247)에 배치한 후, 유저는, 카트리지(232)의 덮개(237)를 분리하여, 하우징(234)의 액세스 도어(263)를 폐쇄한다.
액세스 도어(263)가 개방 위치에 있을 때, 제어 시스템(272)은, 블로어(267)의 회전수를 증가시키도록 구성된다. 이로써, 하우징(234)을 통과하는 공기의 유량이 증가한다. 블로어(267)의 회전수를 증가시키면, 개방된 액세스 도어(263)를 통과하여 하우징(234)으로 유입되는 공기가, 격자(248)를 통과하여 홀더(245)의 하방으로 인입되어, 제1 유로(265)로 인입된다. 이로써, 개방된 액세스 도어(263)를 통과하여 하우징(234)에 들어가, 기판(233), 비밀봉 용기(239)에 포함되는 유체, 기판(233)에 인쇄된 임의의 3D 세포 구조 상을 흘러 오염시키는, 잠재적으로 오염된 공기의 양을 줄인다.
액세스 도어(263)가 폐쇄 위치에 있을 때, 제어 시스템(272)은, 액세스 도어(263)가 개방 위치에 있을 때에 비교하여, 보다 적은 회전수로 블로어(267)를 작동시키도록 구성된다. 블로어(267)의 회전수를 낮추면, 하우징(234)을 통과하는 공기의 유량이 저감된다. 하우징(234)의 인쇄 영역(276)을 통과하는 공기의 유량이 낮아지면, 기판(233), 카트리지(232)에 포함되는 유체, 및 기판(233)에 인쇄된 임의의 인쇄된 3D 세포 구조에 대한 탈수의 영향이 저감된다.
카트리지(232)가 리셉터클(246)에 수용되면, 제어 시스템(272)은, 홀더(245)의 리더를 사용해서 카트리지(232)의 식별자(244)를 판독하여, 카트리지(232)에 관한 정보를 취득하도록 구성된다. 카트리지(232)의 식별자(244)를 판독하는 점에서, 제어 시스템(272)은, 개개의 밀봉 용기(238)에 포함되는 유체를 결정할 수 있다. 유저는, GUI(273)를 사용하고, 제어 시스템(272)에, 비밀봉 용기(239)의 각각 추가된 유체를 입력하여, 제어 시스템(272)이 유체의 각각의 배치 위치를 파악할 수 있도록 한다.
이 단계에서, 유저는, GUI(273)를 사용하여 인쇄되는 특정의 3D 세포 구조를 설계할 수 있다. 유저가 설계한 3D 세포 구조에 만족하면, 유저는 GUI(273)를 사용하여, 바이오 프린터(200)에 3D 세포 구조의 인쇄를 개시시키고 싶은지 의사를 확인한다.
카트리지(232)의 식별자(244)는, 카트리지(232)가 새 것인지, 사용되었던 적이 있는지, 혹은 사용 완료되었는지를 제어 시스템(272)에 통지하도록 구성되어도 된다. 카트리지(232)가 새 것인 경우, 제어 시스템(272)은, 유저에게 필요한 3D 세포 구조의 인쇄를 허용한다. 카트리지(232)가 사용되고 있는 경우, 제어 시스템(272)은, 필요한 작업을 완료할 수 있을 정도의 유체가 카트리지(232) 내에 있는지 아닌지를 유저에게 통지하는 프롬프트를 GUI(273)에 표시하도록 구성되어도 된다. 충분한 유체가 있는 경우, 제어 시스템(272)은, 유저에게 필요한 3D 세포 구조의 인쇄를 허용한다. 충분한 유체가 없는 경우, 제어 시스템(272)은, 카트리지(232)를 교환하도록 유저에게 통지하도록 구성되어도 된다. 카트리지(232)가 사용 완료된 경우, 제어 시스템(272)은, 이 정보를 GUI(273)에 표시하여, 카트리지(232)를 교환하도록 유저에게 통지한다.
3D 세포 구조의 인쇄가 확인되면, 제어 시스템(272)은, 압력 조정 시스템(254)의 각각의 압력 조정기(256)를 사용하여, 캡(108)을 통하여 각 리저버(106)를 가압한다. 각 리저버(106)를 가압하면, 각각의 프라이밍 유체 라인(120)도 가압된다. 이로써, 각 프라이밍 유체 라인(120)의 역류 방지 밸브(121)가 강제적으로 폐쇄 위치로 가, 프라이밍 매니폴드(114)로부터 각각의 프라이밍 유체 라인(120)에 유체가 흐르는 것을 방지한다.
이하의 설명은, 샘플 로딩 시스템(102)의 각 서브 시스템(111)에 관한 것이다. 리저버(106)를 특정의 유체로 프라이밍하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 서브 시스템(111)의 개구부(124) 및 니들(112)이 리저버(106)에 의하여 유지되는 유체를 포함하는 카트리지(232) 내의 특정의 용기의 상방에 위치 결정되도록, 제1 위치 결정부(250) 및/또는 제2 위치 결정부(252)를 이용하여, 홀더(245) 및/또는 프린트 헤드 어셈블리(100)를 각각 이동시킨다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 액추에이터(122)를 조작하여, 니들(112)의 포인트(123)를, 개구부(124)를 통과시켜 프린트 헤드 하우징(104)으로부터 전진시킨다. 그 결과, 니들(112)의 포인트(123)는, 카트리지(232)의 특정의 용기에 포함되는 유체에 삽입되어, 잠긴다. 필요한 유체가 밀봉 용기(238) 또는 폐기물 용기(240) 중 어느 하나에 포함되는 경우, 니들의 포인트(123)가 각각의 밀봉 용기(238) 또는 폐기물 용기(240)에 삽입되고 있을 때에, 니들(112)의 포인트(123)가 시일(242)에 구멍을 뚫게 된다.
이 단계에서, 제어 시스템(272)은, 매니폴드 밸브(113)를 개방하고, 셀렉터 밸브(258)를 제어하여, 프린터 펌프(262)에 결합된 채널(261)을 선택하며, 프린터 펌프(262)를 서브 시스템(111)의 프라이밍 매니폴드(114)의 매니폴드 출구(116)와 유체 연통하도록 배치한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 프린터 펌프(262)를 작동시켜, 프라이밍 매니폴드(114)의 매니폴드 출구(116)에 음압을 가하고, 유체 슬러그를, 니들(112)과 매니폴드 밸브(113)를 통과시켜, 매니폴드 입구(115)를 통하여 프라이밍 매니폴드(114)로 인입한다. 제어 시스템(272)은, 유체 슬러그가 매니폴드 출구(116)로부터 유출되기 시작한 것을 센서(117)가 검출할 때까지, 프라이밍 매니폴드(114)의 매니폴드 출구(116)에 음압을 계속 가한다. 그 시점에서, 제어 시스템(272)은 프린터 펌프(262)의 동작을 정지하고, 매니폴드 밸브(113)를 폐쇄한다.
센서(117)는, 유체 슬러그가 매니폴드 출구(116)로부터 유출되기 시작했을 때를 검출하기 위하여, 매니폴드 출구(116)에 배치할 수 있다. 혹은, 센서(117)는, 유체 슬러그가 매니폴드 입구(115)를 통과하여 매니폴드(114)에 흐르기 시작할 때를 검출하기 위하여, 매니폴드 입구(115)에 배치되어도 된다. 센서(117)가 매니폴드 입구(115)에 배치되어 있는 경우, 제어 시스템(272)은, 센서(117)를 사용하여 매니폴드(114)로 유입된 유체 슬러그의 체적을 계산하도록 구성되어도 된다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 매니폴드(114)의 체적과 유체 슬러그의 체적에 근거하여, 유체 슬러그가 매니폴드 출구(116)로부터 유출되기 시작한 시점을 추정하도록 구성되어도 된다. 매니폴드 입구(115)에 배치된 센서(117)와 매니폴드 출구(116)에 배치된 센서(117)의 조합을 활용하는 것도 상정되고 있다.
제어 시스템(272)은, 계속해서, 각각의 압력 조정기(256)를 제어하여, 유체 슬러그로 프라이밍되어야 할 리저버(106)를 감압하고, 프린터 펌프(262)를 조작하여, 프라이밍 매니폴드(114)의 매니폴드 출구(116)에 양압을 가한다. 리저버(106)가 감압된 후, 프린터 펌프(262)에 의하여 프라이밍 매니폴드(114)의 매니폴드 출구(116)에 가해진 양압은, 각각의 프라이밍 유체 라인(120)의 역류 방지 밸브(121)를 개방 위치로 이동시키고, 그에 따라 유체 슬러그는 프라이밍 매니폴드(114)로부터 각각의 프라이밍 유체 라인(120)을 통과하여 감압된 리저버(106)에 흘러든다. 프린터 펌프(262)에 의하여 프라이밍 매니폴드(114)의 매니폴드 출구(116)에 가해지는 양압은, 매니폴드 출구(116)로부터 유출된 유체를, 프라이밍 매니폴드(114) 및 감압된 리저버(106)에 역류시킨다. 감압된 리저버(106) 내의 유체 슬러그는, 분배 유체 라인(125)의 통상은 폐쇄된 분배구(126)에 의하여 정지될 때까지, 각각의 분배 유체 라인(125)에 흘러들어, 당해 라인을 통과하여 흐른다. 이 단계에서, 감압된 리저버(106)는 유체 슬러그로 프라이밍을 완료하고, 제어 시스템(272)은, 프린터 펌프(262)의 동작을 정지하고 있다.
감압 리저버(106)가 프라이밍된 후, 제어 시스템(272)은, 각각의 압력 조정기(256)를 제어하여, 감압 리저버(106) 내의 압력을 증가시킨다. 이로써, 각각의 역류 방지 밸브(121)를 폐쇄 위치로 이동시키고, 프라이밍 매니폴드(114)로부터의 유체의 흐름이 리저버(106)에 들어가는 것을 방지한다.
상기한 바와 같이, 각 리저버(106)의 소정의 체적은, 각각의 리저버(106)에 펌프로 보내지는 유체 슬러그가 각각의 프라이밍 유체 라인(120)을 역류하는 것을 저감시키거나, 또는 경우에 따라서는 방지하는 것 같은 사이즈로 할 수 있다.
리저버(106)가 프라이밍된 후, 제어 시스템(272)은, 매니폴드 밸브(113)를 개방하고, 프린터 펌프(262) 또는 각 압력 조정기(256)를 조작하며, 매니폴드 출구(116)를 통하여 프라이밍 매니폴드(114) 및 니들(112)에 양압을 가하고, 서브 시스템(111)에 남아 있는 유체를 니들(112)을 통과시켜 퍼지한다. 서브 시스템(111)에 남아 있는 유체는, 유체가 카트리지(232)의 폐기물 공간으로부터, 혹은 폐기물 공간에 최초로 유체가 나타난 용기와 동일한 용기에 퍼지하여 되돌릴 수 있다. 유체가 폐기물 공간에 퍼지되는 경우, 제어 시스템(272)은, 제1 위치 결정부(250) 및/또는 제2 위치 결정부(252)를 이용하여, 서브 시스템(111)의 개구부(124) 및 니들(112)을, 서브 시스템(111)을 퍼지하기 전에 카트리지(232)의 폐기물 슬롯(241)의 상방에 배치한다. 제어 시스템(272)은, 서브 시스템(111)을 퍼지하기 전에, 액추에이터(122)를 조작하여, 니들(112)의 포인트(123)를 폐기물 슬롯(241)에 삽입하여, 기판(233)을 오염시키는 퍼지가 완료된 유체, 또는 비밀봉 용기(239)에 포함되는 유체 중 어느 하나를 방지/제한하도록 구성되어도 된다. 서브 시스템(111)으로부터 폐기물 공간에 유체를 퍼지한 후, 제어 시스템(272)은, 액추에이터(122)를 조작하여, 니들(112)의 포인트(123)를 프린트 헤드 어셈블리(100)의 프린트 헤드 하우징(104)으로 되돌린다.
서브 시스템(111)으로부터 유체가 퍼지된 후, 제어 시스템(272)은, 다른 리저버(106)를 프라이밍하기 전에 서브 시스템(111)을 세정해도 된다. 서브 시스템(111)을 세정하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 니들(112)이 세정 용기(240)의 상방에 배치되도록 프린트 헤드 어셈블리(100)를 위치 결정하고, 액추에이터(122)를 조작하여, 시일(242)에 구멍을 뚫어, 세정 용기(240)에 포함되는 세정액에 잠길 때까지 니들(112)의 포인트(123)를 전진시킨다. 제어 시스템(272)은, 상기와 동일한 방법으로, 니들(112)을 통과시켜 프라이밍 매니폴드(114)에 세정액을 인입한다. 계속해서, 제어 시스템(272)은, 상기와 동일한 방법으로, 세정액을 카트리지(232)의 폐기물 공간에 퍼지한다. 상기의 세정 단계는, 다른 리저버(106)를 프라이밍하기 전에 1회 이상 반복할 수 있다.
또 다른 리저버(106)를 프라이밍하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 상기의 단계를 반복한다. 인쇄해야 할 3D 세포 구조에 따라, 제어 시스템(272)은, 각 리저버(106), 또는 리저버(106)의 일부만을 프라이밍할 수 있다. 제어 시스템(272)을, 각 리저버(106)의 내용물을 기록하도록 구성하고, 제어 시스템(272)이, 어느 리저버(106)가 어느 유체를 포함하는지를 파악할 수 있도록 해도 된다.
각 서브 시스템(111)은, 하나의 리저버 세트(101)의 하나에 결합되므로, 샘플 로딩 시스템(102)은, 제1 리저버 세트(101)로부터의 리저버(106)와, 제2 리저버 세트(101)로부터의 리저버(106)를 동시에 프라이밍할 수 있다. 2개의 서브 시스템(111)을 사용함으로써, 서로 반응하여 고화하는 유체를 별개의 서브 시스템(111)에 의하여 처리하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 바이오 잉크와 활성제는, 함께 반응하고 고화하여, 하이드로젤을 형성할 수 있다. 바이오 잉크와 활성제가 동일한 서브 시스템(111)에 의하여 처리되는 경우, 활성제가 서브 시스템(111)을 통과하여 인출하기 전에 서브 시스템(111)이 바이오 잉크로부터 완전하게 퍼지되지 않을 가능성이 있기 때문에, 하이드로젤이 서브 시스템(111) 내에 형성될 수 있다. 서브 시스템(111)에서의 하이드로젤의 형성은, 서브 시스템(111)에서의 막힘을 초래할 가능성이 있다. 따라서, 2개 이상의 서브 시스템(111)을 가짐으로써, 그 가능성을 줄일 수 있다.
반응성 유체가 동일한 서브 시스템(111)에 의하여 처리되지 않도록, 반응성 유체는, 카트리지(232) 내의 인접하는 용기에 포함되어, 액추에이터(122)가 니들(112)을 전진시키도록 조작되면, 니들(112)의 일방이 하나의 반응성 유체를 포함하는 용기에 삽입되고, 니들(112)의 타방은, 다른 반응성 유체를 포함하는 인접 용기에 삽입된다.
필요한 리저버(106)가, 선택된 3D 세포 구조를 제조하기 위하여 필요한 유체로 프라이밍되면, 제어 시스템(272)은, 3D 세포 구조를 기판(233) 상/내에 인쇄하기 시작할 수 있다. 제어 시스템(272)은, 인쇄 작업에 의하여 특정의 시간 및 장소에서 분배 시스템(103)으로부터 특정의 유체를 분배하여, 3D 세포 구조의 각층을 인쇄한다. 예를 들면, 3D 세포 구조는, 다른 리저버(106)에 유지된 복수의 유체를 혼합/반응시킴으로써 제조되는 특정의 재료를 필요로 할 수 있다. 이것은, 제1 리저버(106)로부터 제1 유체 액적을 분배하고, 제2 리저버(106)로부터 제1 유체 액적 상에 제2 유체 액적을 분배함으로써 달성할 수 있다. 예를 들면, 하이드로젤은, 바이오 잉크의 유체 액적을 활성제의 유체 액적과 혼합함으로써 형성할 수 있다.
특정의 위치에서 프린트 헤드 어셈블리(100)로부터 특정의 유체를 분배하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 제1 위치 결정부(250) 및/또는 제2 위치 결정부(252)를 이용하여 프린트 헤드 어셈블리(100)를 위치 결정하고, 특정의 유체를 유지하는 리저버(106)의 분배구(126)가 기판(233)의 특정의 위치 상에 배치되도록 한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 각각의 분배구(126)를 개방 구성으로 이동시키고, 리저버(106) 내의 압력으로, 리저버(106) 내의 유체를 분배구(126)로부터 강제적으로 분배한다. 필요한 양의 특정의 유체가 각각의 분배구(126)로부터 분배되면, 제어 시스템(272)은, 분배구(126)를 폐쇄 구성으로 되돌려, 또 다른 유체가 분배구(126)로부터 분배되는 것을 방지한다.
리저버(106)로부터의 유체의 분배는, 리저버(106) 내의 압력을 저하시킨다. 따라서, 유체가 리저버(106)로부터 분배되어, 각각의 분배구(126)가 폐쇄 구성으로 이동된 후, 제어 시스템(272)은, 각각의 압력 조정기(256)를 제어하여, 리저버(106)를 소정의 압력으로 재가압한다.
리저버(106) 내의 압력을 증감시키면, 대응하는 분배구(126)를 통과하는 유체의 유량이 각각 증감한다. 분배구(126)가 개방 구성에 있는 기간을 증가 및 감소시키면, 분배구(126)로부터 분배되는 유체의 양이 각각 증가 및 감소한다. 따라서, 분배구(126)로부터 분배되는 유체 액적은, 각각의 리저버(106) 내의 압력을 변화시켜, 분배구(126)가 개방 구성에 있는 기간을 변화시킴으로써 변화시킬 수 있다. 제어 시스템(272)은, 리저버(106)에 포함되는 유체 및 인쇄되는 3D 세포 구조에 따라, 특정의 리저버(106)로부터 분배되는 유체 액적의 양을 제어하도록 구성될 수 있다. 혹은, 유저는, 3D 세포 구조를 설계할 때에, GUI(273)를 통하여 수동으로 프린트 헤드 어셈블리(100)로부터 분배되는 유체 액적의 양을 제어할 수 있다.
상기의 분배 단계는, 선택된 3D 세포 구조를 제조하기 위하여 필요한 모든 유체 액적이 분배될 때까지 반복된다. 3D 세포 구조가 제조된 후, 제어 시스템(272)은, 카트리지(232)가 사용된 것, 및 카트리지가 추가의 3D 세포 구조의 인쇄에 사용될 수 있는지 아닌지를 나타내기 위하여, 카트리지(232)의 식별자(244)에 관한 정보를 갱신하도록 구성되어도 된다. 갱신된 정보는, 유저가 카트리지(232)를 다시 사용하여 추가의 3D 세포 구조를 인쇄하고자 하면, GUI(273)에 제시된다. 이 단계에서, 유저는, 하우징(234)의 액세스 도어(263)를 통하여, 카트리지(232), 기판(233), 및 기판(233) 상에 제작된 임의의 3D 세포를 분리할 수 있다.
3D 세포 구조가 인쇄된 후, 제어 시스템(272)은, 리저버(106)에 남아 있는 유체를 퍼지하도록 구성된다. 리저버(106)를 퍼지하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 각 분배구(126)가 카트리지(232)의 폐기물 슬롯(241) 상에 배치되도록, 제1 위치 결정부(250) 및/또는 제2 위치 결정부(252)를 사용하여 프린트 헤드 어셈블리(100)를 위치 결정한다. 제어 시스템(272)은, 상기와 동일한 방법으로 유체를 분배함으로써, 리저버(106)에 남아 있는 모든 유체를 카트리지(232)의 폐기물 공간에 퍼지한다. 이 프로세스는, 모든 리저버(106)가 퍼지될 때까지 반복된다.
다음으로, 제어 시스템(272)은, 기재된 것과 동일한 방법을 사용하여, 세정 용기(240)에 포함되는 세정액으로 각 리저버(106)를 프라이밍한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 상기와 동일한 방법으로, 서브 시스템(111)에 남아 있는 세정액을 니들(112)을 통과시켜 퍼지한다. 리저버(106)가 세정액으로 프라이밍된 후, 제어 시스템(272)은, 상기와 동일한 방법으로, 각 리저버(106)로부터 각각의 분배구(126)를 통하여 카트리지(232)의 폐기물 공간에 모든 세정액을 분배한다. 제어 시스템(272)은, 상기의 세정 프로세스를 1회 이상 반복할 수 있다.
제어 시스템(272)은, 리저버(106)에 포함되는 유체를 교반/포기(曝氣)하기 위한 교반/재현탁 프로세스를 실시할 수 있다. 리저버(106)에 포함되는 유체가 현탁액인 경우, 현탁액 중의 현탁 입자는 침강할 가능성이 있고, 이것은, 그 후에 인쇄되는 3D 세포 구조에 관한 문제나 바이오 프린터(200) 내의 막힘을 일으킬 가능성이 있다. 교반/재현탁 프로세스에 의하여, 침강한 부유 입자가 재현탁된다.
리저버(106)에 포함되는 유체를 교반/재현탁하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 각각의 압력 조정기(256)를 제어하여, 리저버(106) 내의 압력을 저하시킨다. 제어 시스템(272)은 또, 압력 조정 시스템(254)의 밸브(275)를 닫아, 커넥터(257)에 접속된 가압 가스원으로부터 매니폴드 출구(116)를 격리한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 셀렉터 밸브(258)를 제어하여, 프린터 펌프(262)를, 각각의 리저버(106)의 캡(108)과 유체 연통하도록 배치한다. 제어 시스템(272)은, 프린터 펌프(262)를 조작하여, 리저버(106)에 음압을 가하고, 각 분배구(126)를 개방한다. 리저버(106)에 가해진 음압은, 각각의 분배 유체 라인(125) 내의 유체를 리저버(106)에 역류시킨다. 리저버(106)에 음압을 계속적으로 가하면, 공기는, 각각의 분배 유체 라인(125)을 통하여 리저버(106)로 인입된다. 커넥터(257)에 접속된 가압 가스원으로부터 매니폴드 출구(116)를 격리하면, 교반/재현탁 프로세스 중에 각각의 프라이밍 유체 라인(120)을 통하여 리저버(106)로 인입되는 기류를 제한/방지할 수 있다. 그렇지 않으면 이 프로세스의 유효성이 저하된다.
리저버(106)로 인입된 공기는, 프린터 펌프(262)에 의하여 각각의 캡(108)을 통과하여 리저버(106)로부터 인출되기 전에, 리저버(106)에 포함되는 유체를 통과하여 거품이 일어, 교반된다. 제어 시스템(272)은, 유체를 교반/재현탁하는 데에 충분한 소정의 시간 동안, 리저버(106)에 음압을 계속 가한다. 유체가 충분히 교반/재현탁된 후, 제어 시스템(272)은, 각각의 분배구(126)를 폐쇄 구성으로 이동시키고, 프린터 펌프(262)의 동작을 정지한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 밸브(275)를 열고, 셀렉터 밸브(258)를 제어하여, 리저버(106)의 캡(108)을, 각각의 압력 조정기(256)와 유체 연통하도록 되돌린다. 계속해서, 제어 시스템(272)은, 이 압력 조정기(256)를 제어하여, 리저버(106)를 소정의 압력으로 재가압한다.
리저버(106)는, 탈기 챔버로서 기능한다. 예를 들면, 리저버(106)를 유체 슬러그로 프라이밍하는 경우, 리저버(106)의 구성은, 각각의 프라이밍 유체 라인(120)을 통하여 리저버(106)에 도입된 공기를 유체 슬러그로부터 분리한다. 이것은, 보다 밀도가 높은 유체 슬러그가 리저버(106) 내의 가장 낮은 지점에 흘러, 리저버(106)에 도입된 공기를 치환하기 때문이다.
샘플 로딩 시스템(102)과 제1 및 제2 리저버 세트(101)의 구성에 의하여, 각 리저버(106)는, 리저버(106)에 이미 포함되어 있는 유체에 영향을 주지 않고, 유체로 재충전할 수 있다.
층류 시스템(262)은, 기판(233) 및 카트리지(232) 상을 흐르는 외부 오염 공기를 제한/방지하므로, 바이오 프린터(200)는, 바이오 세이프티 캐비닛 또는 클린 룸 시설에서 조작될 필요가 없다. 따라서, 바이오 프린터(200)는 표준실에서 조작할 수 있으므로, 바이오 프린터(200)의 조작에 관련되는 비용을 삭감할 수 있다. 층류 시스템(262)은 또, 프린트 헤드 어셈블리(100) 및 그 구성 요소에 강제 대류 냉각을 제공할 수 있다. 이로써, 프린트 헤드 어셈블리(100) 내의 구성 요소의 과열이나 고장을 저감시키고, 경우에 따라서는 방지할 수 있다.
프린트 헤드 어셈블리의 제2 예시적 실시형태
도 23~도 25는, 본 발명의 제2 실시형태에 의한 프린트 헤드 어셈블리(300)를 나타내고 있다. 프린트 헤드 어셈블리(300)는, 프린트 헤드 어셈블리(300)가 프린트 헤드 어셈블리(100)의 매니폴드 밸브(113) 대신에 프린트 헤드 펌프(377)를 가지며, 프라이밍 매니폴드(314)의 매니폴드 출구(316)가 프린트 헤드 어셈블리(300)에 밀봉되어 있는 것을 제외하고, 프린트 헤드 어셈블리(100)와 동일하다.
프린트 헤드 어셈블리(100)의 특징과 동일 또는 동등한 프린트 헤드 어셈블리(300)의 특징에는, 프린트 헤드 어셈블리(100)의 특징의 참조 번호에 200을 더한 번호가 부여되고 있다. 프린트 헤드 어셈블리(100)와 프린트 헤드 어셈블리(300)의 사이에서 동일한 특징에 대하여, 프린트 헤드 어셈블리(100)에 관련되는 이들의 특징의 상기의 설명은, 프린트 헤드 어셈블리(300)에 보여지는 대응하는 동일/동등한 특징에도 적용할 수 있다. 따라서, 프린트 헤드 어셈블리(100)와 프린트 헤드 어셈블리(300)의 동일한 특징은, 프린트 헤드 어셈블리(300)의 이들 특징이 프린트 헤드 어셈블리(100)에 관하여 이미 설명되어 있으므로, 프린트 헤드 어셈블리(300)에 관해서는 생략한다.
프린트 헤드 어셈블리(300)의 각 서브 시스템(311)에 대하여, 니들(312)은, 프린트 헤드 펌프(377)에 유체 연통하여 결합되고, 프린트 헤드 펌프(377)는, 프라이밍 매니폴드(314)의 매니폴드 입구(315)에 유체 연통하여 결합된다. 프린트 헤드 펌프(377)는, 예를 들면, 연동 펌프 또는 다이어프램 펌프 등의 용적식 펌프여도 되지만, 당해 기술분야에서 주지인 그 외의 펌프를 사용해도 된다.
프린트 헤드 어셈블리(300)는, 바이오 프린터(200)와 함께 사용할 수 있다. 그러나, 프린트 헤드 어셈블리(300)를 사용하는 바이오 프린터(200)는, 프린트 헤드 어셈블리(100)를 사용하는 바이오 프린터(200)에 비하여, 구조상의 차를 갖는다. 그에 대해서는, 이하에서 설명한다. 이해하기 쉽도록, 프린트 헤드 어셈블리(100)를 사용하는 바이오 프린터(200)는, 이하 "바이오 프린터(200)"라고, 프린트 헤드 어셈블리(300)를 사용하는 바이오 프린터(200)는, "바이오 프린터(200a)"라고 칭하기로 한다.
바이오 프린터(200a)의 경우, 각 리저버(306)의 캡(308)은, 셀렉터 밸브(258)를 통하여, 압력 조정 시스템(254)의 압력 조정기(256)의 하나와 유체 연통하여 결합된다. 프린터 펌프(262)는 또, 셀렉터 밸브(258)와 유체 연통하여 결합되어 있다. 바이오 프린터(200a)의 통상의 동작 중, 캡(308)의 각각은, 그들 각각의 압력 조정기(256)와 유체 연통되어 있다. 그러나, 제어 시스템(272)은, 셀렉터 밸브(258)를 제어하여, 캡(308)의 하나를 프린터 펌프(262)와 유체 연통하도록 배치할 수 있다. 캡(308)의 하나가 프린터 펌프(262)와 유체 연통되는 경우, 그 캡(308)은 각 압력 조정기와 유체 연통되어 있지 않고, 반대도 또 동일하다.
2개의 프라이밍 매니폴드(314)의 매니폴드 출구(316)는 밀봉되어 있고, 바이오 프린터(200a)는 셀렉터 밸브(258)를 필요로 하지 않기 때문에, 프라이밍 매니폴드(314)의 매니폴드 출구(316)는, 압력 조정 시스템(254)에 유체 연통하여 결합되지 않는다. 또한, 2개의 매니폴드(314)의 매니폴드 출구(316)가 밀봉되면, 센서(317)는, 양방의 매니폴드(314)의 매니폴드 입구(315)에 배치되어, 각각의 매니폴드 입구(315)를 통과하여 프라이밍 매니폴드(314)로 유입되는 유체를 검출한다.
바이오 프린터(200a)의 동작 및 기능은, 리저버(306)가 프라이밍되는 방법, 서브 시스템(311)이 퍼지되는 방법, 및 교반/재현탁 프로세스를 제외하고, 바이오 프린터(200)의 것과 동일하다. 리저버(306)가 프라이밍되는 방법, 및 서브 시스템(311)이 퍼지되는 방법은, 이하에 설명된다. 하기의 설명은, 샘플 로딩 시스템(302)의 각 서브 시스템(311)에 관한 것이다.
리저버(306)를 특정의 유체로 프라이밍하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 서브 시스템(311)의 개구부(324) 및 니들(312)이 리저버(306)에 의하여 유지되는 유체를 포함하는 카트리지(232) 내의 특정의 용기의 상방에 위치 결정되도록, 제1 위치 결정부(250) 및/또는 제2 위치 결정부(252)를 이용하여, 홀더(245) 및/또는 프린트 헤드 어셈블리(300)를 각각 이동시킨다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 액추에이터(322)를 조작하여, 니들(312)의 포인트(323)를, 개구부(324)를 통과시켜 프린트 헤드 하우징(304)으로부터 전진시킨다. 그 결과, 니들(312)의 포인트(323)는, 카트리지(232)의 특정의 용기에 포함되는 유체에 삽입되어, 잠긴다. 필요한 유체가 밀봉 용기(238)의 하나에 포함되는 경우, 니들의 포인트(323)가 각각의 밀봉 용기(238)에 삽입되어 있을 때에, 니들(312)의 포인트(323)가 시일(242)에 구멍을 뚫게 된다.
이 단계에서, 제어 시스템(272)은, 각각의 압력 조정기(256)를 제어하여, 원하는 유체로 프라이밍되어야 할 리저버(306)를 감압한다. 계속해서, 제어 시스템(272)은, 프린트 헤드 펌프(377)를 제어하여, 니들(312) 및 프린트 헤드 펌프(377)를 통과하여 유체 슬러그를 인입하며, 매니폴드 입구(315)를 통과하여 프라이밍 매니폴드(314)에 유체 슬러그를 펌핑한다. 프라이밍되는 리저버(306)가 감압되면, 프린트 헤드 펌프(377)에 의하여 매니폴드(314)에 가해지는 양압에 의하여, 각 프라이밍 유체 라인(320)의 역류 방지 밸브(321)가 개방 위치로 이동하고, 그에 따라 유체 슬러그가 프라이밍 매니폴드(314)로부터 각각의 프라이밍 유체 라인(320)을 통하여 감압된 리저버(306)에 흘러든다. 감압된 리저버(306) 내의 유체 슬러그는, 분배 유체 라인(325)의 통상은 폐쇄된 분배구(326)에 의하여 정지될 때까지, 각각의 분배 유체 라인(325)에 흘러들어, 당해 라인을 통하여 흐른다. 이 단계에서, 감압된 리저버(306)는 유체 슬러그로 프라이밍을 완료하고, 제어 시스템(272)은 프린트 헤드 펌프(377)의 동작을 정지하고 있다.
제어 시스템(272)은, 센서(317)를 이용하여, 유체가 언제 매니폴드 입구(315)를 통하여 프라이밍 매니폴드(314)로 유입되기 시작할지를 결정하고, 매니폴드(314)로 유입된 유체의 양을 계산하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템(272)은 또, 센서(317)를 이용하여, 감압된 리저버(306)로 유입된 유체의 양을 계산하도록 구성되어도 된다.
감압 리저버(306)가 프라이밍된 후, 제어 시스템(272)은, 각각의 압력 조정기(256)를 제어하여, 감압 리저버(306) 내의 압력을 증가시키고, 이것은, 각각의 역류 방지 밸브(321)를 폐쇄 위치로 이동시키며, 프라이밍 매니폴드(314)로부터의 유체의 흐름이 리저버(306)에 들어가는 것을 방지한다.
리저버(306)가 프라이밍된 후, 제어 시스템(272)은, 다른 리저버(306)를 프라이밍하기 전에, 서브 시스템(311) 및 각각의 매니폴드(314)를 세정하도록 구성되어도 된다. 서브 시스템(311) 및 각각의 매니폴드(314)를 세정하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 상기와 동일한 방법으로, 빈 리저버(306)를 세정액으로 효과적으로 프라이밍한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 프린트 헤드 어셈블리(100)에 대하여, 상기와 동일한 방법으로, 각각의 리저버(306)로부터 세정액을 분배한다. 이 세정 단계는, 선택된 3D 세포 구조를 제작하기 위하여 필요한 유체로 다른 리저버(306)를 프라이밍하기 전에, 1회 이상 반복되어도 된다.
또 다른 리저버(306)를 프라이밍하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 상기 방법 단계를 반복한다. 프린트 헤드 펌프(377)가 프린트 헤드 어셈블리(300) 내에 배치되어 있기 때문에, 프린트 헤드 어셈블리(300) 내의 리저버(306)의 프라이밍은, 프린트 헤드 어셈블리(100) 내의 리저버(106)의 프라이밍에 비하면, 보다 신속하게 완료할 수 있다.
바이오 프린터(200)와 동일하게, 바이오 프린터(200a)도 또한, 교반/재현탁 프로세스를 실행하도록 구성된다. 리저버(306)의 하나에 포함되는 유체를 교반/재현탁 하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 셀렉터 밸브(258)를 제어하여, 프린터 펌프(262)를 각각의 리저버(306)의 캡(308)과 유체 연통하도록 배치한다. 제어 시스템(272)은, 프린터 펌프(262)를 조작하여, 리저버(306)에 음압을 가하고, 각 분배구(326)를 개방한다. 리저버(306)에 가해진 음압은, 각 분배 유체 라인(325) 내의 유체를 리저버(306)에 역류시켜, 리저버(306)에 음압을 계속적으로 가함으로써, 공기는, 각 분배 유체 라인(325)을 통과하여 리저버(306)로 인입된다.
리저버(306)로 인입된 공기는, 프린터 펌프(262)에 의하여 각각의 캡(308)을 통하여 리저버(306)로부터 인출되기 전에, 리저버(306)에 포함되는 유체를 통과하여 거품이 일어, 교반된다. 제어 시스템(272)은, 유체를 리저버(306)에 있어서 교반/재현탁하는 데에 충분한 소정의 시간, 리저버(306)에 음압을 계속 가한다. 유체가 충분히 교반/재현탁된 후, 제어 시스템(272)은, 각각의 분배구(326)를 폐쇄 구성으로 이동시키고, 프린터 펌프(262)의 동작을 정지한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 셀렉터 밸브(258)를 제어하여, 리저버(306)의 캡(308)을, 각각의 압력 조정기(256)와 유체 연통하도록 되돌린다. 계속해서, 제어 시스템(272)은, 이 압력 조정기(256)를 제어하여, 리저버(306)를 소정의 압력으로 재가압한다.
프린트 헤드 어셈블리(100, 300)를 사용하는 바이오 프린터(200, 200a)에 관한 상기의 설명은, 프린트 헤드 어셈블리(100, 300)의 실시·조작의 방법의 일례를 나타내는 것이다. 프린트 헤드 어셈블리(100, 300)는, 바이오 프린터(200, 200a)에서의 사용에 한정되지 않고, 다른 바이오 프린터나 예시에서 사용할 수 있다.
프린트 헤드 어셈블리(100, 300)는, 2개의 서브 시스템(111, 311)과, 각 서브 시스템(111, 311)에 결합된 리저버 세트(101, 301)를 갖는 것으로서 설명·도시되어 있지만, 프린트 헤드 어셈블리(100, 300)는, 단일의 서브 시스템(111, 311)이 단일의 리저버 세트(101, 301)에 결합되어 있거나, 혹은 2개 이상의 서브 시스템(111, 311)이 각각의 리저버 세트(101, 301)에 결합되어 있는 샘플 로딩 시스템(102, 302)을 가져도 된다.
가장 단순한 형태에 있어서, 프린트 헤드 어셈블리(100, 300)는, 단일의 서브 시스템(111, 311)을 갖는 샘플 로딩 시스템(102, 302)과 유체 연통되는 적어도 하나의 리저버(106, 306)를 갖는다.
프린트 헤드 어셈블리의 제3 예시적인 실시형태
도 26은, 본 발명의 제3 실시형태에 의한 프린트 헤드 어셈블리(400)의 개략도를 나타낸다. 프린트 헤드 어셈블리(400)는, 프린트 헤드 어셈블리(400)가 3/2 밸브(480)를 더 구비하는 것을 제외하고, 프린트 헤드 어셈블리(300)와 동일하다.
프린트 헤드 어셈블리(300)의 특징과 동일 또는 동등한 프린트 헤드 어셈블리(400)의 특징에는, 프린트 헤드 어셈블리(300)의 특징의 참조 번호에 100을 더한 번호가 부여되고 있다. 프린트 헤드 어셈블리(400)와 프린트 헤드 어셈블리(400)의 사이에서 동일한 특징에 대하여, 프린트 헤드 어셈블리(300)에 관련되는 이들 특징의 상기의 설명은, 프린트 헤드 어셈블리(400)에 보여지는 대응하는 동일/동등한 특징에도 적용할 수 있다. 따라서, 프린트 헤드 어셈블리(300)와 프린트 헤드 어셈블리(400)의 동일한 특징은, 프린트 헤드 어셈블리(400)의 이들 특징이 프린트 헤드 어셈블리(300)에 관하여 이미 설명되어 있으므로, 프린트 헤드 어셈블리(400)에 관해서는 생략한다.
샘플 로딩 시스템(402)의 각 서브 시스템(411)은, 3/2 밸브(480)를 갖는다. 각 서브 시스템(411)의 3/2 밸브(480)는, 유체 라인(418)에 의하여 니들(412)에 결합된 제1 포트(481), 유체 라인(419)에 의하여 각각의 프라이밍 매니폴드(414)의 매니폴드 입구(415)에 결합된 제2 포트(482), 유체 라인(484)에 의하여 프린트 헤드 펌프(477)에 결합된 제3 포트(483)를 갖는다.
프린트 헤드 어셈블리(400)는, 상기와 동일한 방법으로 바이오 프린터(200a)에 사용할 수 있다. 이해하기 쉽도록, 프린트 헤드 어셈블리(400)를 사용하는 바이오 프린터(200a)는, 이하 "바이오 프린터(200b)"라고 칭하는 것으로 한다.
바이오 프린터(200b)의 동작은, 리저버(406)가 프라이밍되는 방법 및 서브 시스템(411)이 퍼지되는 방법을 제외하고, 바이오 프린터(200a)의 동작과 동일하다. 이하의 설명은, 이들의 차를 설명하고, 나아가서는, 샘플 로딩 시스템(402)의 각 서브 시스템(411)에 관한 것이다.
리저버(406)를 프라이밍하기 위하여, 바이오 프린터(200b)의 제어 시스템(272)은, 바이오 프린터(200a)에 관하여 상기와 동일한 방법을 사용하여, 프라이밍되어야 할 리저버(406)를 감압한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 3/2 밸브(480)를 제어하여, 니들(412)을 프린트 헤드 펌프(477)와 유체 연통하도록 배치한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 프린트 헤드 펌프(477)를 제어하여, 유체 슬러그를 니들(412)과 유체 라인(418)을 통하여, 유체 라인(484)으로 인입한다. 계속해서, 제어 시스템(272)은, 3/2 밸브(480)를 제어하여, 프린트 헤드 펌프(477)를, 각 프라이밍 매니폴드(414)의 매니폴드 입구(415)와 유체 연통하도록 배치한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 프린트 헤드 펌프(477)를 제어하여, 유체 슬러그를 유체 라인(484)으로부터 유체 라인(419)과 매니폴드 입구(415)를 통과시켜, 각 프라이밍 매니폴드(414)에 펌핑한다. 프라이밍되어야 할 리저버(406)가 감압되면, 프린트 헤드 펌프(477)에 의하여 매니폴드(414)에 가해지는 양압에 의하여, 각각의 프라이밍 유체 라인(420)의 역류 방지 밸브(421)가 개방 위치로 이동하고, 그에 따라 유체 슬러그는, 프라이밍 매니폴드(414)로부터 각각의 프라이밍 유체 라인(420)을 통하여 감압된 리저버(406)에 흘러든다. 감압된 리저버(406) 내의 유체 슬러그는, 분배 유체 라인(425)의 통상은 폐쇄된 분배구(426)에 의하여 정지될 때까지, 각각의 분배 유체 라인(425)로 유입되고, 당해 라인을 통과하여 흐른다. 이 단계에서, 감압된 리저버(406)는 유체 슬러그로 프라이밍을 완료하고, 제어 시스템(272)은, 프린트 헤드 펌프(477)의 동작을 정지하고 있다.
감압 리저버(406)가 프라이밍된 후, 제어 시스템(272)은, 각각의 압력 조정기(256)를 제어하여, 감압 리저버(406) 내의 압력을 증가시키고, 이것은, 각각의 역류 방지 밸브(421)를 폐쇄 위치로 이동시키며, 프라이밍 매니폴드(414)로부터의 유체의 흐름이 리저버(406)에 들어가는 것을 방지한다.
리저버(406)가 프라이밍된 후, 제어 시스템(272)은, 다른 리저버(406)를 프라이밍하기 전에, 서브 시스템(411) 및 각각의 매니폴드(414)를 세정하도록 구성되어도 된다. 서브 시스템(411) 및 각각의 매니폴드(414)를 세정하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 상기와 동일한 방법으로, 빈 리저버(406)를 세정액으로 효과적으로 프라이밍한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 프린트 헤드 어셈블리(100)와 동일한 방법으로, 각각의 리저버(406)로부터 세정액을 분배한다. 이 세정 단계는, 선택된 3D 세포 구조를 제작하기 위하여 필요한 유체로 다른 리저버(406)를 프라이밍하기 전에, 1회 이상 반복되어도 된다.
또 다른 리저버(306)를 프라이밍하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 상기 방법 단계를 반복한다.
프린트 헤드 어셈블리의 제4 예시적 실시형태
도 27은, 본 발명의 제4 실시형태에 의한 프린트 헤드 어셈블리(500)의 개략도를 나타낸다. 프린트 헤드 어셈블리(500)는, 프린트 헤드 어셈블리(300)의 프린트 헤드 펌프(377) 대신에 3/2 밸브(580)를 갖는 것을 제외하고, 프린트 헤드 어셈블리(300)와 동일하다.
프린트 헤드 어셈블리(300)의 특징과 동일 또는 동등한 프린트 헤드 어셈블리(500)의 특징에는, 프린트 헤드 어셈블리(300)의 특징의 참조 번호에 200을 더한 번호가 부여되고 있다. 프린트 헤드 어셈블리(500)와 프린트 헤드 어셈블리(500)의 사이에서 동일한 특징에 대하여, 프린트 헤드 어셈블리(300)에 관련되는 이들 특징의 상기의 설명은, 프린트 헤드 어셈블리(500)에 보여지는 대응하는 동일/동등한 특징에도 적용할 수 있다. 따라서, 프린트 헤드 어셈블리(300)와 프린트 헤드 어셈블리(500)의 동일한 특징은, 프린트 헤드 어셈블리(500)의 이들 특징이 프린트 헤드 어셈블리(300)에 관하여 이미 설명되어 있으므로, 프린트 헤드 어셈블리(500)에 관해서는 생략한다.
프린트 헤드 어셈블리(500)의 경우, 샘플 로딩 시스템(502)의 각 서브 시스템(511)은, 3/2 밸브(580)를 갖는다. 각 서브 시스템(511)에 있어서, 3/2 밸브(580)는, 유체 라인(518)에 의하여 니들(512)에 결합된 제1 포트(581), 유체 라인(519)에 의하여 각각의 프라이밍 매니폴드(514)의 매니폴드 입구(515)에 결합된 제2 포트(582), 제3 포트(583)를 갖는다.
프린트 헤드 어셈블리(500)는, 이하에 설명하는 구조상의 차 1개를 제외하고, 상기와 동일한 방법으로 바이오 프린터(200a)에 사용할 수 있다. 이해하기 쉽도록, 프린트 헤드 어셈블리(500)를 사용하는 바이오 프린터(200a)는, 이하 "바이오 프린터(200c)"라고 칭하는 것으로 한다.
바이오 프린터(200c)의 각 서브 시스템(511)에 대하여, 3/2 밸브(580)의 제3 포트(583)는, 유체 라인(584)에 의하여 셀렉터 밸브(258)에 결합되어 있다. 각 서브 시스템(511)에 대하여, 바이오 프린터(200c)의 제어 시스템(272)은, 셀렉터 밸브(258)를 제어하여, 3/2 밸브(580)의 제3 포트(583)를 바이오 프린터(200c)의 프린터 펌프(262)와 유체 연통하기 위하여, 선택적으로 배치하도록 구성된다.
바이오 프린터(200c)의 동작은, 리저버(506)가 프라이밍되는 방법 및 서브 시스템(511)이 퍼지되는 방법을 제외하고, 바이오 프린터(200a)의 동작과 동일하다. 이하의 설명은, 이들의 차를 설명하고, 나아가서는, 샘플 로딩 시스템(502)의 각 서브 시스템(511)에 관한 것이다.
리저버(506)를 프라이밍하기 위하여, 바이오 프린터(200c)의 제어 시스템(272)은, 바이오 프린터(200a)에 관하여 상기와 동일한 방법을 사용하여, 프라이밍되어야 할 리저버(506)를 감압한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 셀렉터 밸브(258)를 제어하여, 펌프(262)를 3/2 밸브(580)의 제3 포트(583)와 유체 연통하도록 배치한다. 제어 시스템(272)은, 3/2 밸브(580)도 제어하여, 제3 포트(583)가 니들(512)과 유체 연통하도록 배치한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 프린터 펌프(262)를 제어하여, 유체 슬러그를 니들(512)과 유체 라인(518)을 통과하여, 유체 라인(584)로 인입한다. 계속해서, 제어 시스템(272)은, 3/2 밸브(580)를 제어하여, 제3 포트(583)를, 각 프라이밍 매니폴드(514)의 매니폴드 입구(515)로 유체 연통하도록 배치한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 프린터 펌프(262)를 제어하여, 유체 슬러그를 유체 라인(584)로부터 유체 라인(519)으로 매니폴드 입구(515)를 통하여, 각 프라이밍 매니폴드(514)에 펌핑하여 보낸다. 프라이밍되어야 할 리저버(506)가 감압되면, 프린터 펌프(262)에 의하여 매니폴드(514)에 가해지는 양압에 의하여, 각각의 프라이밍 유체 라인(520)의 역류 방지 밸브(521)가 개방 위치로 이동하고, 그에 따라 유체 슬러그는, 프라이밍 매니폴드(514)로부터 각각의 프라이밍 유체 라인(520)을 통과하여 감압된 리저버(506)에 흘러든다. 감압된 리저버(506) 내의 유체 슬러그는, 분배 유체 라인(525)의 통상은 폐쇄된 분배구(4526)에 의하여 정지될 때까지, 각각의 분배 유체 라인(525)으로 유입되어, 당해 라인을 통과하여 흐른다. 이 단계에서, 감압된 리저버(506)는 유체 슬러그로 프라이밍을 완료하고, 제어 시스템(272)은, 프린터 펌프(262)의 동작을 정지하고 있다.
감압 리저버(506)가 프라이밍된 후, 제어 시스템(272)은, 각각의 압력 조정기(256)를 제어하여, 감압 리저버(506) 내의 압력을 증가시키고, 이것은, 각각의 역류 방지 밸브(521)를 폐쇄 위치로 이동시키며, 프라이밍 매니폴드(514)로부터의 유체의 흐름이 리저버(506)에 들어가는 것을 방지한다.
리저버(506)가 프라이밍된 후, 제어 시스템(272)은, 다른 리저버(506)를 프라이밍하기 전에, 서브 시스템(511) 및 각각의 매니폴드(514)를 세정하도록 구성되어도 된다. 서브 시스템(511) 및 각각의 매니폴드(514)를 세정하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 상기와 동일한 방법으로, 빈 리저버(506)를 세정액으로 효과적으로 프라이밍한다. 다음으로, 제어 시스템(272)은, 프린트 헤드 어셈블리(100)와 동일한 방법으로, 각각의 리저버(506)로부터 세정액을 분배한다. 이 세정 단계는, 선택된 3D 세포 구조를 제작하기 위하여 필요한 유체로 다른 리저버(506)를 프라이밍하기 전에, 1회 이상 반복되어도 된다.
또 다른 리저버(506)를 프라이밍하기 위하여, 제어 시스템(272)은, 상기 방법 단계를 반복한다.
세포의 움직임과 교반/재현탁 프로세스
도 26의 A는, 프린트 헤드 어셈블리(100)의 단일의 프라이밍되어 있지 않은(즉, 빈) 리저버(106), 프라이밍 유체 라인(120), 및 분배 유체 라인(125)을 나타내고 있다. 노즐의 형태인 분배구(126)는, 몇 개의 셀 인쇄 상황하에서 불감대(178)를 가질 가능성이 있는 것이 밝혀졌다. 불감대(178)는, 유체의 흐름이 거의 또는 전혀 일어나지 않는, 분배구(126) 내의 영역이다.
도 26의 B는, 세포(12)를 갖는 세포 현탁액(10)으로 프라이밍된 단일의 리저버(106), 프라이밍 유체 라인(120), 및 분배 유체 라인(125)을 나타낸다. 도시되어 있는 바와 같이, 세포 현탁액(10)은 균질하다. 도 26의 C를 참조하면, 일정 기간 후, 세포 현탁액(10) 내의 세포(12)는 침강하기 시작하고, 유체 라인(126)이 실질적으로 직선이기 때문에, 세포(12)는, 분배구(126)의 불감대(178)에 침강한다.
도 26의 D는, 리저버(106) 및 분배 유체 라인(125)에 적용되는 상기의 교반/재현탁 프로세스를 나타낸다. 도시되어 있는 바와 같이, 공기(14)는, 분배 유체 라인(125) 및 리저버(106)를 통하여 버블링된다. 그러나, 불감대(178)에는 유체의 흐름이 거의, 혹은 전혀 없기 때문에, 도 26의 E에 도시되어 있는 바와 같이, 불감대(178)에 침강한 세포(12) 중, 세포 현탁액(10)에 재현탁되는 세포는, 존재한다고 해도 극히 소수에 불과하다. 불감대(178)에 침강한 세포(12)를 재현탁하는 능력이 거의 없기 때문에, 프린트 헤드 어셈블리(100)를 사용하여 인쇄된 임의의 3D 세포 구조는, 예상보다 낮은 농도의 세포(12)를 포함하게 되고, 이것은, 3D 세포 구조로부터 얻어지는 결과에 악영향을 미칠 수 있다.
도 27의 A는, 단일의 프라이밍되어 있지 않은(즉, 빈) 리저버(106), 프린트 헤드 어셈블리(100)의 프라이밍 유체 라인(120)을 나타내고 있다. 도 27에서는, 분배 유체 라인(125)는, 분배 유체 라인(625)으로 치환되어 있다. 분배 유체 라인(625)은, 분배 유체 라인(125)과 동일하고, 분배 유체 라인(625)이 입자 트랩(679)을 갖는다고 예상된다. 일 실시형태에 있어서, 입자 트랩(679)은, 일련의 굴곡부를 포함한다.
분배 유체 라인(125)의 특징과 동일 또는 동등한 분배 유체 라인(625)의 특징에는, 분배 유체 라인(125)의 특징의 참조 번호에 500을 더한 번호가 부여되고 있다. 분배 유체 라인(125)과 분배 유체 라인(625)의 사이에서 동일한 특징에 대하여, 분배 유체 라인(125)에 관련되는 이들 특징의 상기의 설명은, 분배 유체 라인(625)으로 보이는 대응하는 동일/동등한 특징에도 적용할 수 있다. 따라서, 분배 유체 라인(125)로 분배 유체 라인(625)와의 동일한 특징은, 분배 유체 라인(625)의 이들 특징이 분배 유체 라인(125)에 관하여 이미 설명되어 있으므로, 분배 유체 라인(625)에 관해서는 생략한다.
도 27의 B는, 세포(12)를 갖는 세포 현탁액(10)으로 프라이밍된 단일의 리저버(106), 프라이밍 유체 라인(120), 및 분배 유체 라인(625)을 나타낸다. 도시되어 있는 바와 같이, 세포 현탁액(10)은 균질하다. 도 27의 C를 참조하면, 일정 기간 후, 세포 현탁액(10) 내의 세포(12)는, 입자 트랩(679) 내에 침강하기 시작한다. 따라서 입자 트랩(679)은, 셀(12)이 분배구(626)의 불감대(678)에 침강하는 것을 제한/방지한다.
도 27의 D는, 리저버(106) 및 분배 유체 라인(625)에 적용되는 상기의 교반/재현탁 프로세스를 나타낸다. 도시되어 있는 바와 같이, 공기(14)는, 분배 유체 라인(625)및 리저버(106)를 통하여 버블링된다. 세포(12)의 대부분이 입자 트랩(679)에 트랩되면, 분배 유체 라인(625)을 통하여 버블링된 공기(14)는, 세포(12)를 재현탁하여, 리저버(106)로 되돌아간다.
도 26의 E를 참조하면, 교반/재현탁 프로세스가 완료된 후, 리저버(106) 내의 세포 현탁액(10)은 균질하다. 리저버(106) 내의 균질한 세포 현탁액(10)은, 원하는 농도의 세포(12)를 갖는 3D 세포 구조를 인쇄하는 것을 허용할 수 있고, 그로써, 인쇄된 3D 세포 구조로부터 보다 정확한 결과가 얻어진다.
도 28의 A~C는, 다른 실시형태에 의한, 입자 트랩(679)을 갖는 분배 유체 라인(625A~625C)을 나타낸다. 이들의 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 입자 트랩(679)은, 분배 유체 라인(625) 내에 하나 이상의 대략 수직인 루프를 생성함으로써 형성된다.
도 29는, 다른 실시형태에 의한, 입자 트랩(679)을 갖는 분배 유체 라인(625D)을 나타낸다. 이 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 입자 트랩(679)은, 분배 유체 라인(625)에 복수의 수평 루프를 생성함으로써 형성된다. 단일의 수평 루프로 충분한 것도 상정된다.
분배 유체 라인(625)은, 프린트 헤드 어셈블리(100)를 참조하여 설명 및 도시되어 왔지만, 분배 유체 라인(625)은, 상기의 프린트 헤드 어셈블리(300, 400, 500)와 함께 사용할 수도 있다. 입자 트랩(679)은, 세포의 포착에 이용된다고 기재되어 있지만, 유체 현탁액에 현탁된 다른 입자를 포착하기 위하여 이용되어도 된다.
바이오 잉크
본 명세서에 있어서, 바이오 잉크는, 세포가 현탁 또는 수용될 수 있는 1종 이상의 고분자의 수용액으로서 정의된다. 활성화 또는 가교하면, 바이오 잉크의 화학적 및 물리적 조성에 의하여 정의되는 물리적 및 화학적 특성을 갖는 하이드로젤 구조를 생성한다. 고분자는, 합성 및 천연의 양방의 폴리머, 단백질, 및 펩타이드의 배열로서 정의된다. 고분자는, 천연 상태여도 되고, 아민 또는 싸이올 반응성 관능기로 화학적으로 수식되어 있어도 된다.
합성 고분자는, 이하를 포함해도 된다.
·프룩토스, 수크로스, 또는 글루코스 관능기를 포함하는 폴리머 등의 다당류.
·폴리(에틸렌글라이콜)(PEG), 폴리(하이드록시에틸메타크릴레이트(PHEMA), 폴리(ε-카프로락톤)(PCL), 폴리(바이닐알코올)(PVA), 폴리(바이닐피롤리돈)(PVP), 폴리(NIPAAM), 폴리(프로필렌푸말레이트)(PPF) 등의 비이온성 폴리머, 및 유도체.
·고분자 전해질: 양 또는 음의 전하를 띤 폴리머, 양성 및 쌍성 이온성 폴리머.
·폴리펩타이드: 대부분의 아미노산(최저 2아미노산)의 단일의 직쇄로, 아마이드 결합에 의하여 결합되어 있다.
·합성 폴리머를 포함하는 핵산염기: 핵산염기(아데닌, 티민, 구아닌, 또는 사이토신)의 반복 단위를 갖는 폴리머.
천연 고분자는, 이하를 포함해도 된다.
·알진산염, 키토산, 젤란검, 하이알루론산, 아가로스, 글리코스아미노글리칸 등의 다당류.
·젤라틴, 피브린, 콜라겐 등의 단백질.
·1개 쇄 DNA(ssDNA), 2개쇄 DNA(dsDNA) DNAzyme 및 앱타머 등의 DNA 및 올리고뉴클레오타이드.
·기저막 추출물.
아민 반응성 관능기에는, 알데하이드, 에폭시, N-하이드록시석신이미드(NHS) 및 2-바이닐-4,4-다이메틸아줄락톤(VDM)이 포함되어도 된다.
싸이올 반응성 관능기에는, 알켄, 알킨, 아자이드, 할로젠 및 사이아네이트가 포함되어도 된다.
사용되어, 적절한 것으로 확인된 바이오 잉크는, 10v/v% FCS, L-글루타민 및 피루브산 나트륨이 보충된 칼슘을 포함하지 않는 DMEM에 용해된 알진산염(2w/v%)이었다.
분산된 SK-N-BE (2) 신경 아세포종 세포를 갖는 바이오 잉크는, 바이오 잉크 함유 세포라고 불린다.
활성제
본 명세서에 있어서, 활성제는, 바이오 잉크와 상호 작용하여 하이드로젤 구조를 형성하는 소분자 또는 고분자 중 어느 하나를 포함하는 수용액이다. 얻어지는 하이드로젤의 물리적 특성을 제어하기 위하여, 활성제의 조성을 변경할 수 있다. 사용되는 활성제의 종류는, 사용되는 고분자 및 의도되는 가교 프로세스에 크게 의존한다.
활성제는, 이하로부터 선택할 수 있다.
·탄산 칼슘, 염화 칼슘, 염화 나트륨, 황산 마그네슘, 수산화 나트륨, 염화 바륨 등의 무기염.
·2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논(DMPA)이나 이르가큐어 등의 광개시제.
·고분자 전해질: 바이오 잉크의 고분자와는 반대의 전하를 띠는 폴리머. 양이온성, 음이온성, 양성 및 쌍성 이온성이어도 된다.
·폴리펩타이드: 대부분의 아미노산(최저 2아미노산)의 단일의 직쇄로, 아마이드 결합에 의하여 결합되어 있다.
·DNA 링커: 바이오 잉크의 고분자에 존재하는 것을 보완하는 뉴클레오타이드 또는 DNA 배열을 옮기는 고분자.
·천연 또는 화학 수식에 의하여, 아민 또는 싸이올기를 갖는 천연 또는 합성 고분자.
알진산염 바이오 잉크에 사용된 활성제는, MilliQ수에 용해된 4w/v%의 염화 칼슘이었다.
가교 또는 젤화
이것은, 개개의 고분자쇄가 활성제에 의하여 함께 연결되어 하이드로젤을 형성하는 프로세스이다. 가교 프로세스는, 화학적 또는 물리적 가교 중 어느 하나로 분류할 수 있다. 물리적 가교 또는 비공유 가교에는, 다음의 것이 포함된다.
·이온 가교: 고분자와 활성제에 존재하는 반대의 전하의 상호 작용을 통한 가교. 활성제는, 하전 올리고머, 이온성염 및 이온성 분자를 포함해도 된다.
·수소 결합: 극성 분자의 정전 인력에 의한 가교. 이 경우, 고분자와 활성화 인자는 극성 기능을 갖고 있다.
·온도 가교: 온도 변화(가열 또는 냉각)로의 응답으로서의 고분자쇄의 재배열에 의한 가교.
·소수성 상호 작용 또는 반데르발스힘.
화학적 또는 공유 결합적 가교는, 고분자와 활성화 인자의 사이의 화학 반응을 수반한다. 반응의 종류로서는 다음의 것을 들 수 있다.
·UV 또는 광조사에 의하여 가교 반응이 촉진되는 광가교.
·수성 매체 중에서의 싸이올과 바이닐 운반 고분자 간의 마이클형 부가 반응.
·아미노기와 알데하이드기의 사이의 시프 염기 반응.
·딜스 알더 반응.
·클릭 케미스트리.
·활성 에스터기에 대한 아미놀리시스 반응.
·효소의 가교.
다른 바이오 잉크 및 활성제의 조합의 예는, 이하의 표에 나타나 있다.
[표 1]
Figure pct00001
세포 잉크
본 명세서에서는, 세포 잉크는, 1종 이상의 분자 또는 고분자의 수용액이다. 당해 수용액 중에서, 세포는, 3D 바이오 프린팅 프로세스 전체에 걸쳐서 균일하게 현탁된 상태에 있다. 세포 잉크의 농도는, 세포가 침강하는 것을 방지하도록 최적화되어 있지만, 그럼에도 높은 세포 생존율을 유지한다.
셀 링크는, 이하로부터 선택할 수 있다.
·글리세롤 등의 소분자
·Ficoll(상표), 덱스트란, 알진산염, 젤란검, 메틸셀룰로스 등의 고분자, 및 폴리(바이닐피롤리돈)(PVP)
Ficoll(상표)은, 수용액에 용이하게 용해하는, 중성·고도 분기화·고질량·친수성의 다당류이다. Ficoll(상표)의 반경은 2~7nm의 범위이고, 다당류와 에피클로로하이드린의 반응에 의하여 조제된다. Ficoll(상표)은, GE 헬스케어사가 소유하는 등록 상표이다.
PBS에 용해한 Ficoll(상표) 400(10w/v%)을 세포 잉크로서 사용했다.
분산된 SK-N-BE (2) 신경 아세포종 세포를 갖는 세포 잉크는, 세포 잉크 함유 세포라고 불린다.
젤란검은, 세균 스핑고모나스·엘로데아(이전의 슈도모나스·엘로데아)에 의하여 산생(産生)되는 수용성 음이온성 다당이다.
세포 배양 용액
본 명세서에 있어서, 세포 배양 용액은, 배양 세포와 접촉하는 액체이며, 다양한 세포 관련 작업에 적합하다. 준비 프로세스에는, 염과 pH의 밸런스의 주의 깊은 분석, 생체 적합성 분자만의 투입, 멸균이 포함된다.
세포 배양 용액으로서는, 다음과 같은 것을 들 수 있다.
·Dulbecco의 변형 이글 배지(DMEM), 이글 최소 필수 배지(MEM), 이스코브 변형 둘베코 배지(IMDM), Media199, HamF10, HamF12, McCoy5A, 로스웰 파크 기념 연구소(RPMI) 배지 등의 세포 배양 배지.
·소태아 혈청(FCS), 상피 세포 성장 인자(EGF), 염기성 섬유 아세포 성장 인자(bFBF), 섬유 아세포 성장 인자(FBF), 내피 세포 성장 인자(ECGF), 인슐린 유사 성장 인자 1(IGF-1), 혈소판 유래 성장 인자(PDGF) 등의 성장 서플리먼트.
·PBS, HEPES, CHES 등의 생물학적 버퍼.
·킬레이트화 및 안정화액.
·멸균된 MilliQ수.
세포 배양 조건
세포 및 3D 조직 배양 모델은, 표준적인 세포 배양 기술을 사용하여, 인큐베이트, 배양, 및 유지할 수 있다. 하이드로젤형에 캡슐화된 세포를 포함하는 3D 조직 배양 모델은, 세포 증식 또는 스페로이드 형성을 가능하게 하거나 또는 유지하는 조건하에서 인큐베이트할 수 있다. 인큐베이션은 통상, 대부분의 동물 및 인간의 세포주에서, 약 37℃, 5%의 CO2 레벨로 적어도 24시간 실시된다. 인큐베이션은, 하이드로젤형 내의 세포의 종류의 성장, 유지, 또는 스페로이드 형성을 가능하게 하는 임의의 적절한 조건, 온도, 지속 시간으로 실시할 수 있다.
유틸리티액
유틸리티액은, 세포와 접촉하지 않지만, 세포에 노출된 바이오 프린터(200)의 모든 표면을 세정 및 멸균하기 위하여 사용되는 용액으로서 정의된다. 바꾸어 말하면, 유틸리티액은, 카트리지(232)의 세정 용기(240)에 포함될 수 있는 세정액이다. 이들 용액에는 다음의 것이 포함되어도 된다.
·정확한 농도의 에탄올
·멸균 MilliQ수
·세포 배양 배지
·세제
·과산화 수소 용액(최대 농도 2w/v%)
바이오 잉크의 조제
먼저, 바이오 잉크는, 적절한 종류 및 양의 고분자를 적절한 세포 배양 용액 중에서 혼합함으로써 조제된다. 균일성을 달성한 후, 블랭크의 바이오 잉크는, UV 조사와 여과(0.22μm 필터)의 양방으로 멸균된다. 그 후, 바이오 잉크는 다시 사용할 때까지 4℃로 유지된다.
세포의 조제
PBS로 세정함으로써 세포를 회수한다. PBS를 흡인한다. 트립신을 첨가하고, 37℃에서 인큐베이트하여 세포를 플라스크 표면으로부터 분리한다. 조직 배양액을 첨가하여, 해리된 세포를 튜브에 모은다. 세포를 원심 분리하여, 상등액을 흡인하고, 펠릿을 신선한 배지에 재현탁한다. 등량의 세포 현탁액과 트라이판 블루 염색을 혼합하여 세포수를 센다. 계산을 행하여, 세포 농도를 결정한다. 다음으로, 필요한 수의 세포를 바이오 잉크, 세포 잉크에 추가하거나, 세포 배양 용액에 추가하거나 할 수 있다.
활성제의 조제
상응하는 종류와 양의 분자를 적절한 세포 배양 용액에 용해했다. 얻어진 용액은, 사용 전에 UV 조사 및 여과에 의하여 멸균되었다.
세포 잉크의 준비
상응하는 종류와 양의 분자를 적절한 세포 배양 용액에 용해했다. 균일성을 달성한 후, 얻어진 용액은, 사용 전에 UV 조사 및 여과에 의하여 멸균했다. 다음으로, 세포 잉크를 다시 사용할 때까지 실온에 유지했다.
세포 채취
특정의 컨플루언시에서의 목적의 배양 세포는, 이미 확립된 프로토콜에 따라 채취된다. 바이오 잉크 또는 세포 잉크를 포함하는 세포를 구성하기 위하여, 채취한 세포를 정확한 세포 농도로 재현탁하고, 200μl의 바이오 잉크 또는 세포 잉크를, 1ml당 세포 2억 5200만개의 농도로 한다. 얻어진 세포 펠릿은, 적절한 양의 바이오 잉크 또는 세포 잉크에 재분산된다. 이것으로, 바이오 잉크 또는 세포 잉크를 포함하는 세포를 3D 바이오 프린터에서 사용할 수 있게 된다.
하이드로젤형의 인쇄
하이드로젤형은, 드롭 온 드롭 프로세스를 이용하여 인쇄할 수 있고, 그로써, 바이오 잉크의 액적 및 활성제의 액적이 서로의 위에 퇴적되어, 하이드로젤이 생성된다. 이 프로세스를 반복하여, 하이드로젤의 층을 구축함으로써, 3D 하이드로젤 구조를 형성할 수 있다.
세포형
스페로이드 등의 3D 조직 배양 모델은, 포유 동물 간 세포, 위장 세포, 췌장 세포, 신장 세포, 폐 세포, 기관 세포, 혈관 세포, 골격근 세포, 심장 세포, 피부 세포, 평활근 세포, 결합 조직 세포, 각막 세포, 비뇨 생식기 세포, 유방 세포, 생식 세포, 내피 세포, 상피 세포, 섬유 아세포, 신경 세포, 슈반 세포, 지방 세포, 골 세포, 골수 세포, 연골 세포, 주피 세포, 중피 세포, 내분비 조직에서 유래하는 세포, 간질 세포, 간 세포, 선구 세포, 림프액 세포, 혈액 세포, 내배엽 유래 세포, 외배엽 유래 세포, 중배엽 유래 세포, 또는 그들의 조합 등의 부착 세포를 포함하는 임의의 적절한 세포형으로 제작할 수 있다.
그 외의 세포형에는, 다른 진핵 세포(예를 들면, 차이니즈 햄스터 난소), 세균(예를 들면, 헬리코박터 파일로리), 진균류(예를 들면, 페니실리움 크리소게늄) 및 효모(예를 들면, 사카로마이세스 세레비시에)가 포함되어도 된다.
세포주 SK-N-BE (2)(신경 아세포종 세포)는, 다양한 조건하에서 3D 조직 배양 모델을 제작하는 프로세스에 있어서 성공리에 이용되어 왔다. 개발된 프로세스에 의하여 생성된 3D조직 모델에 있어서 필요하게 되도록, 다른 세포주가 기능하는 것이 기대된다. 사용될 수 있는 다른 세포주에는, DAOY(인간 수아종암 세포), H460(인간 비소 세포 폐암) 및 p53R127H(인간 췌장암 세포)가 포함된다. 적절한 다른 세포주는 088과 089에 기재되어 있다.
3D 바이오 인쇄 기술은, 드롭 온 디맨드 기술을 통하여 하이드로젤형에 캡슐화된 고밀도 3D 조직 배양 모델을 생성하기 위하여 개발되었다. 구체적으로는, 3D 인쇄 기술을 사용하여, 다양한 3D 구조를 제조하기 위하여 층별로 구축된 바이오 잉크와 활성제를 사용하여 생체 적합성 하이드로젤형을 인쇄했다. 하이드로젤형의 제조 중에, 고세포 밀도의 액적을 하이드로젤형에 포함할 수 있다.
당업자는, 넓게 기재되어 있는 본 발명의 정신 또는 범위로부터 벗어나지 않고, 특정의 실시형태에 나타나는 바와 같이, 본 발명에 대하여 다수의 변형 및/또는 수정을 행할 수 있는 것을 이해바란다. 따라서, 본 실시형태는, 모든 점에 있어서 예시적이며, 한정적은 아니라고 간주되어야 할 것이다.
본 발명은, 바람직한 실시형태를 참조하여 설명되어 왔지만, 본 발명이 다른 많은 형태로 구체화되어도 되는 것을 당업자는 이해할 것이다. 당업자는, 넓게 기재되어 있는 기술의 정신 또는 범위로부터 벗어나지 않고, 특정의 실시형태에 나타나는 바와 같이, 기술에 대하여 다수의 변형 및/또는 수정을 행할 수 있는 것을 이해바란다. 따라서, 본 실시형태는, 모든 점에 있어서 예시적이며, 한정적은 아니라고 간주되어야 할 것이다.

Claims (26)

  1. 3D 바이오 프린터에 적합한 프린트 헤드 어셈블리로서,
    리저버,
    상기 리저버와 유체 연통하고, 유체를 상기 리저버에 유도하도록 구성된 샘플 로딩 시스템, 및
    상기 리저버와 유체 연통하며, 상기 리저버로부터 유체를 분배하도록 구성된 분배구를 갖는 분배 시스템을 포함하는, 프린트 헤드 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리저버는 복수의 리저버 중 하나이며,
    상기 샘플 로딩 시스템은, 각 리저버와 유체 연통하고, 유체를 상기 복수의 리저버 중 어느 하나에 유도하도록 구성되며,
    상기 분배구는, 복수의 분배구 중 하나이고,
    각 분배구는, 상기 복수의 리저버 중 하나와 유체 연통하며, 각 리저버로부터 유체를 분배하도록 구성되는, 프린트 헤드 어셈블리.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 샘플 로딩 시스템은, 용기로부터 유체를 인출하고, 상기 유체로 상기 복수의 리저버 중 어느 하나를 프라이밍하도록 구성되는, 프린트 헤드 어셈블리.
  4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
    상기 샘플 로딩 시스템은, 상기 복수의 리저버와 유체 연통되는 매니폴드를 포함하고, 상기 매니폴드는, 유체를 상기 복수의 리저버 중 어느 하나에 유도하도록 구성되는, 프린트 헤드 어셈블리.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 샘플 로딩 시스템은, 복수의 프라이밍 유체 라인을 더 포함하고, 각 프라이밍 유체 라인은, 유체 연통되어 있는 하나의 리저버를 상기 매니폴드에 결합하는, 프린트 헤드 어셈블리.
  6. 청구항 5에 있어서,
    각 리저버는, 리저버 출구와 리저버 입구를 갖고,
    각 분배구는, 상기 복수의 리저버 중 하나의 상기 리저버 출구와 유체 연통하며,
    각 프라이밍 유체 라인은, 상기 매니폴드와 상기 복수의 리저버 중 하나의 상기 리저버 입구와 유체 연통되는, 프린트 헤드 어셈블리.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 각 분배구는, 분배 유체 라인에 의하여 상기 복수의 리저버 중 하나의 상기 리저버 출구에 유체 연통하여 결합되는, 프린트 헤드 어셈블리.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 각 분배 유체 라인은, 입자가 상기 분배구의 각각에 침강하는 것을 저감시키도록 구성된 입자 트랩을 포함하는, 프린트 헤드 어셈블리.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 입자 트랩은, 상기 분배 유체 라인에 있어서의 하나 이상의 루프인, 프린트 헤드 어셈블리.
  10. 청구항 5 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 프라이밍 유체 라인은, 유체가 상기 매니폴드로부터 상기 리저버의 각각으로 흐르는 것을 가능하게 하는 개방 구성, 및 유체가 상기 매니폴드로부터 상기 리저버의 각각으로 흐르는 것을 방지하는 폐쇄 구성을 갖는 밸브를 포함하는, 프린트 헤드 어셈블리.
  11. 청구항 3 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플 로딩 시스템은, 상기 매니폴드의 입구와 유체 연통하여 결합되고, 유체를 상기 샘플 로딩 시스템으로 인입하여, 유체를 상기 샘플 로딩 시스템으로부터 상기 리저버 중 어느 하나로 펌핑하여 보내도록 구성된 펌프를 포함하는, 프린트 헤드 어셈블리.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 샘플 로딩 시스템은, 상기 매니폴드의 상기 입구와 유체 연통되고, 용기로부터 유체를 인출하기 위하여 상기 용기에 삽입되도록 구성되는 니들을 더 포함하는, 프린트 헤드 어셈블리.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 샘플 로딩 시스템은, 상기 니들을 상기 용기에 삽입하여 상기 용기로부터 유체를 인출하고, 상기 니들을 상기 용기로부터 당겨 빼도록 구성된 액추에이터를 더 포함하는, 프린트 헤드 어셈블리.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 리저버는, 가압 가스원에 유체 연통하여 결합되어, 상기 각 리저버를 가압하도록 구성되는, 프린트 헤드 어셈블리.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 각 리저버는, 압력 조정기에 결합되어, 상기 각 리저버 내의 압력을 조정하도록 구성되는, 프린트 헤드 어셈블리.
  16. 청구항 2 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 분배구는, 각 리저버로부터 유체를 분배하는 것을 가능하게 하는 개방 구성, 및 유체가 각 리저버로부터 분배되는 것을 방지하는 폐쇄 구성을 갖는 노즐인, 프린트 헤드 어셈블리.
  17. 세포를 인쇄하는 3D 바이오 프린터로서,
    청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 기재된 프린트 헤드 어셈블리,
    3D 세포 구조를 제작할 수 있는 기판을 배치하는 인쇄 스테이지, 및
    카트리지 리셉터클을 포함하는, 바이오 프린터.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 프린트 헤드 어셈블리, 상기 인쇄 스테이지, 및 상기 카트리지 리셉터클이 배치되는 하우징을 더 포함하는, 바이오 프린터.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 바이오 프린터의 내부로의 액세스를 가능하게 하는 개방 위치, 및 상기 바이오 프린터의 내부로의 액세스를 방지하는 폐쇄 위치를 갖는 액세스 도어를 포함하는, 바이오 프린터.
  20. 청구항 17 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    각 리저버 내의 압력을 조정하기 위하여 각 리저버에 유체 연통하여 결합되고, 각 리저버를 가압하기 위한 가압 가스원에 유체 연통하여 결합되도록 구성된 압력 조정 시스템을 더 포함하는, 바이오 프린터.
  21. 청구항 18 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징 내에 배치되고, 상기 하우징 내에 기류를 유도하도록 구성된 기류 시스템을 더 포함하는, 바이오 프린터.
  22. 청구항 17 내지 청구항 21 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카트리지 리셉터클과 상기 인쇄 스테이지가 배치되는 홀더를 더 포함하는, 바이오 프린터.
  23. 청구항 22에 있어서,
    궤도를 갖는 제1 위치 결정부를 더 포함하고, 상기 제1 위치 결정부는 상기 홀더에 결합되며, 그 궤도를 따라 상기 홀더의 위치 결정을 행하도록 구성된, 바이오 프린터.
  24. 청구항 17 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    궤도를 갖는 제2 위치 결정부를 더 포함하고, 상기 제2 위치 결정부는 상기 프린트 헤드 어셈블리에 결합되며, 그 궤도를 따라 상기 프린트 헤드 어셈블리의 위치 결정을 행하도록 구성된, 바이오 프린터.
  25. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 기재된 프린트 헤드의 분배 시스템으로부터 복수의 유체 액적을 분배함으로써 3차원(3D) 세포 구조를 인쇄하는 방법.
  26. 청구항 17 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 기재된 바이오 프린터의 분배 시스템으로부터 복수의 유체 액적을 기판 상에 분배함으로써 3차원(3D) 세포 구조를 제조하는 방법.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102143591B1 (ko) * 2019-03-14 2020-08-11 주식회사 클리셀 바이오 3d 프린터용 생체 물질의 셀 서스펜션 유지 장치 및 방법
CN112297423B (zh) * 2020-10-13 2022-03-22 青岛五维智造科技有限公司 一种用于柔性混合电子制造的3d打印系统及方法
CN112454888B (zh) * 2020-10-28 2022-05-17 西安工业大学 一种打印喷头嵌入打印液体的3d打印设备
EP4271569A1 (en) * 2020-12-30 2023-11-08 Dover Europe Sàrl Continuous inkjet printer
WO2022196781A1 (ja) * 2021-03-18 2022-09-22 キヤノン株式会社 液体注入方法、液体注入装置および液体カートリッジ
CN112936858B (zh) * 2021-03-25 2022-11-15 赛箔(上海)智能科技有限公司 一种智能光固化生物打印机
CN113591350B (zh) * 2021-07-26 2024-03-08 南京理工大学 一种材料挤出成形3d打印成形质量提升方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6994429B1 (en) * 2001-12-13 2006-02-07 Agilent Technologies, Inc. Printhead fluid supply system
US10119107B2 (en) * 2013-05-30 2018-11-06 The University Of Akron Automated cell and tissue bioprinter
EP3007882B1 (en) * 2013-06-13 2019-11-20 Aspect Biosystems Ltd. System for additive manufacturing of three-dimensional structures and method for same
US20150037445A1 (en) * 2013-07-31 2015-02-05 Organovo, Inc. Automated devices, systems, and methods for the fabrication of tissue
US9505173B2 (en) * 2013-08-01 2016-11-29 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Single-use biological 3 dimensional printer
JP2017514643A (ja) * 2014-03-25 2017-06-08 バイオボット、インコーポレイテッド 電磁放射線を利用する材料及び組織の製造のための方法、デバイス、及びシステム
WO2017023865A1 (en) * 2015-07-31 2017-02-09 Techshot, Inc. Biomanufacturing system, method, and 3d bioprinting hardware in a reduced gravity environment
KR20190057168A (ko) * 2015-08-31 2019-05-27 셀링크 에이비 3d 프린터 및 바이오프린터용 클린 챔버 기술
EP3162890A1 (en) * 2015-10-29 2017-05-03 Shibuya Corporation Method and apparatus for producing cell mass structure
US20200324469A1 (en) 2016-04-20 2020-10-15 The Brigham And Women's Hospital, Inc. Systems and methods for in vivo multi-material bioprinting
US10926454B2 (en) * 2016-05-20 2021-02-23 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Dispensing device and system for biological products
US11299705B2 (en) * 2016-11-07 2022-04-12 Deka Products Limited Partnership System and method for creating tissue
US10596757B2 (en) * 2016-12-06 2020-03-24 Northeastern University Three dimensional mineralization printer
CN106694883B (zh) * 2017-02-10 2018-05-01 江西省科学院应用物理研究所 一种同步铺粉式金属激光3d打印的送粉装置
US20180272346A1 (en) * 2017-03-21 2018-09-27 Massachusetts Institute Of Technology Modular organ microphysiological system with microbiome
SG11201910173YA (en) * 2017-05-11 2019-11-28 Univ King Abdullah Sci & Tech Device and method for microfluidics-based 3d bioprinting
WO2019109127A1 (en) * 2017-12-08 2019-06-13 Inventia Life Science Pty Ltd Bioprinter for fabricating 3d cell constructs

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