KR20230058421A - 3ｄ 생체구조 인쇄 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20230058421A
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bioprinter
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magnetic
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사르바짓 케이. 락싯
무쿤단 순다라라잔
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인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션
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Abstract

환자의 손상된 부위에 생체구조를 내부적으로 인쇄하는 컴퓨터 구현 방법. 상기 방법은: 제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 향해 하나 이상의 자기장을 향하도록 하는 것에, 적어도 부분적으로, 기초하여 상기 환자 내부에서 조립된 바이오프린터를 형성하기 위해 제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 조립하는 단계, 상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에, 적어도 부분적으로, 기초하여 상기 환자의 내부 손상된 부위로 상기 조립된 바이오프린터를 이동시키는 단계, 및 상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에, 적어도 부분적으로, 기초하여, 상기 조립된 바이오프린터를 통하여, 상기 환자의 내부 손상된 부위에 제1 생체구조를 인쇄하는 단계―상기 하나 이상의 외부 자기장은 순차적으로 변경되어 적어도 하나의 평면을 따라서 상기 조립된 바이오프린터를 점진적으로 이동시킴―를 포함한다.

Description

3Ｄ 생체구조 인쇄 시스템 및 방법
[1] 본 발명은 일반적으로 3D 인쇄 분야에 관한 것이며, 보다 상세하게는 생물학적 조직 구조 또는 생체구조(biological tissue structures, or biostructures)를 인쇄하기 위한 3D 프린터 기술의 사용에 관한 것이다.
[2] 적층 제조라고도 알려진 3D 인쇄를 사용하면 구조의 한 층을 다른 층 위에 올려 놓고 컴파일하면 3D 구조를 생성함으로써 복잡하고 상세한 구조를 구축할 수 있다. 3D 인쇄 프로세스는 일반적으로 원하는 3차원 구조의 생성된 파일로 시작한다. 그런 다음 이 파일은 3D 프린터에 3D 구조를 구축하는 방법에 대한 지침 역할을 하는 X, Y 및 Z축 좌표로 슬라이스된다. 완성된 구조의 원하는 세부 수준은 종종 각 층의 두께에 의해 제어된다. 이 층 두께는 사용자가 제어하지만 종종 3D 프린터 기계 자체의 감도와 기능에 의해 제한된다. 전통적인 3D 인쇄 방법에는 폴리 젖산(polylactic acid: PLA)과 같은 중합체를 사용하는 것이 포함되지만, 3D 인쇄 기술의 발전으로 생물학적 재료를 사용하여 생물학적 구조를 인쇄하는 새롭고 혁신적인 접근 방식이 생겨났다.
[3] 생물학적 재료 및/또는 생체적합성 재료를 사용한 생물학적 구조의 3D 인쇄는 과학자와 의료 전문가가 환자 치료에 접근하는 방식을 혁신적으로 변화시켰다. 이제 과학자들은 살아있는 유기체에 적합한 재료를 사용하여 세포 층 뿐만 아니라 인간의 귀 및 혈관 이식편(a human ear and vascular grafts)과 같은 기능적이고 완전한 구조를 만들 수 있다. 이러한 구조는 젤라틴이나 콜라겐(gelatin or collagen)과 같은 유기체에서 전통적으로 발견되는 재료를 사용하여 만들 수 있지만 생체구조를 모방하도록 특이적으로 조작된 합성 분자도 사용할 수 있다. 최근의 혁신으로 개별 세포를 포함하고 조직의 3D 인쇄를 가능하게 하도록 사용 가능한 생물학적 인쇄 재료 목록이 더욱 확장되었다.
[4] 본 발명의 일 실시예에 따르면, 환자의 내부 손상된 부위에 생체구조를 3D 인쇄하는 컴퓨터 구현 방법이 개시된다. 상기 컴퓨터 구현 방법은 제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 향해 하나 이상의 자기장을 향하도록 하는 것에 부분적으로 기초하여 상기 환자 내부에서 제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 조립하여 조립된 바이오프린터를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 제1 바이오프린터 캡슐은 제1 자기 시그니처 및 적어도 하나의 연동 표면을 포함한다. 상기 제1 카트리지 캡슐은 제2 자기 시그니처 및 적어도 하나의 연동 표면을 포함한다. 상기 컴퓨터 구현 방법은 상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 환자의 내부 손상된 부위로 상기 조립된 바이오프린터를 이동시키는 단계를 더 포함한다. 상기 컴퓨터 구현 방법은 상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 조립된 바이오프린터를 통하여, 상기 환자의 내부 손상된 부위에 제1 생체구조를 인쇄하는 단계―상기 하나 이상의 외부 자기장은 순차적으로 변경되어 적어도 하나의 평면을 따라서 상기 조립된 바이오프린터를 점진적으로 이동시킴―를 더 포함한다.
[5] 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 환자의 내부 손상된 부위에 생체구조를 3D 인쇄하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품이 개시된다. 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체 및 상기 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체 상에 저장된 프로그램 명령들을 포함하고, 상기 프로그램 명령들은 제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 향해 하나 이상의 자기장을 향하도록 하는 것에 부분적으로 기초하여 상기 환자 내부에서 제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 조립하여 조립된 바이오프린터를 형성하는 명령들을 포함한다. 상기 제1 바이오프린터 캡슐은 제1 자기 시그니처 및 적어도 하나의 연동 표면을 포함한다. 상기 제1 카트리지 캡슐은 제2 자기 시그니처 및 적어도 하나의 연동 표면을 포함한다. 상기 프로그램 명령들은 상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 환자의 내부 손상된 부위로 상기 조립된 바이오프린터를 이동시키는 명령들을 더 포함한다. 상기 프로그램 명령들은 상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 조립된 바이오프린터를 통하여, 상기 환자의 내부 손상된 부위에 제1 생체구조를 인쇄하는 명령들―상기 하나 이상의 외부 자기장은 순차적으로 변경되어 적어도 하나의 평면을 따라서 상기 조립된 바이오프린터를 점진적으로 이동시킴―을 더 포함한다.
[6] 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 환자의 내부 손상된 부위에 생체구조를 3D 인쇄하기 위한 컴퓨터 시스템이 개시된다. 상기 컴퓨터 시스템은 하나 이상의 컴퓨터 프로세서, 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체, 및 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로세서 중 적어도 하나에 의해 실행하기 위해 상기 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체 상에 저장된 프로그램 명령들을 포함하고, 상기 프로그램 명령들은 제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 향해 하나 이상의 자기장을 향하도록 하는 것에 부분적으로 기초하여 상기 환자 내부에서 제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 조립하여 조립된 바이오프린터를 형성하는 명령들을 포함한다. 상기 제1 바이오프린터 캡슐은 제1 자기 시그니처 및 적어도 하나의 연동 표면을 포함한다. 상기 제1 카트리지 캡슐은 제2 자기 시그니처 및 적어도 하나의 연동 표면을 포함한다. 상기 프로그램 명령들은 상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 환자의 내부 손상된 부위로 상기 조립된 바이오프린터를 이동시키는 명령들을 더 포함한다. 상기 프로그램 명령들은 상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 조립된 바이오프린터를 통하여, 상기 환자의 내부 손상된 부위에 제1 생체구조를 인쇄하는 명령들―상기 하나 이상의 외부 자기장은 순차적으로 변경되어 적어도 하나의 평면을 따라서 상기 조립된 바이오프린터를 점진적으로 이동시킴―을 더 포함한다.
[7] 도 1은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 바이오프린팅 프로그램(101)의 동작에 적합한 컴퓨팅 환경(일반적으로 100으로 표시됨)을 도시하는 기능 블록도이다.
[8] 도 2는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 바이오프린터 및 카트리지 캡슐들을 조립된 바이오프린터로 조립하고 인체 내에서 내부적으로 바이오프린팅을 수행하는 데 사용되는 자기장 발생기(일반적으로 200으로 표시됨)의 예시적인 구성을 도시한다.
[9] 도 3은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 바이오프린터 및 카트리지 캡슐들을 조립된 바이오프린터로 조립하고 인체 내부에서 바이오프린팅을 수행하는 데 사용되는 자기장 발생기(일반적으로 300으로 표시됨)의 예시적인 구성을 도시한다.
[10] 도 4는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 조립된 바이오프린터를 조립하고 인체 내부에서 바이오프린팅을 수행하기 위한 바이오프린팅 프로그램(101)에 의한 작동 단계들을 도시한 흐름도이다.
[11] 도 5는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 조립된 바이오프린터를 조립하기 위한 바이오프린팅 프로그램(101)에 의한 작동 단계들을 도시한 흐름도이다.
[12] 도 6은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 바이오프린팅을 수행하기 위한 바이오프린팅 프로그램(101)에 의한 작동 단계들을 도시한 흐름도이다.
[13] 도 7은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 바이오프린팅 프로그램(101)을 실행하기에 적합한 컴퓨팅 디바이스(일반적으로 700으로 표시됨)의 구성요소들을 도시하는 블록도이다.
[14] 3D 인쇄 기술과 혁신이 향상됨에 따라 수많은 과학 및 엔지니어링 분야에서 3D 인쇄의 기본적이지만 효과적인 기술적 원리를 사용할 수 있는 능력도 향상되었다. 그러한 분야 중 하나로 바이오프린팅 분야가 있다. 3D 인쇄와 관련된 전통적인 잉크나 필라멘트(filaments) 대신, 바이오프린터는 생체재료와 성장 인자의 조합(a combination of biomaterials and growth factors)을 사용하여 층별 방식으로 조직과 같은 구조를 만든다. 생체재료의 예는 성체 줄기 세포 또는 공여자 세포(adult stem cells or donor cells)로부터 생성된 세포, 다양한 생체분자 뿐만 아니라 인간 또는 동물에서 일반적으로 발견되는 다양한 조직 또는 세포를 생체모방하도록 설계된 기타 생체적합성 중합체 및 합성 화합물(biocompatible polymers and synthetic compounds)을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 결과적으로 바이오프린터는 살아있는 조직처럼 기능하도록 설계된 복잡한 생체구조를 인쇄할 수 있다. 이러한 인쇄된 생체구조는 보다 정확한 의약품 시험을 수행하는 데 사용되거나 인쇄된 생체구조가 살아있는 유기체에 이식되는 대체 부품으로 사용될 수 있다. 현재 바이오프린터 기술은 피부, 뼈, 각막 및 기타 복잡한 혈관 조직의 인쇄가 가능하다.
[15] 일반적으로 모든 3D 프린터와 마찬가지로 바이오프린터는 3D 생체구조를 인쇄하기 위한 특정 지침을 받는다. 이러한 지침은 3D 생체구조의 각 층을 구축하기 위한 복잡한 정보를 제공한다. 이 정보에는 인쇄할 부위의 길이와 폭 뿐만 아니라 각 층을 완성하는 데 필요한 생체재료 유형이 두 가지 이상인 경우 각 층의 높이, 각 생체재료를 인쇄해야 하는 각 층의 구체적인 위치(들), 및 보다 복잡한 생체구조를 구축하는 데 필요할 수 있는 복수의 기타 매개변수가 포함된다. 전통적으로, 바이오프린터는 초기에 생체재료가 부착되는 베이스 역할을 하는 일종의 하이드로겔과 같은 제1 물질로부터 복수의 층을 인쇄한다. 하이드로겔 또는 이와 유사한 재료는 인쇄 프로세스의 여러 층에서 생체구조를 지지하는 데 사용될 수 있으며 바이오프린팅이 완료된 후 제거하거나 용해할 수 있다. 베이스가 구축된 후 바이오프린터는 실제 생체구조를 층별 방식으로 인쇄하기 시작한다. 각 층은 한 가지 유형 이상의 생체재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모세 혈관을 바이오프린팅할 때, 하나의 층은 내피 세포, 혈관주위세포 또는 외부 지지 세포 유형, 및 모세 혈관의 내강으로 개방된 내피 세포 및 혈관주위세포에서 형성된 외벽을 지지하는 하이드로겔을 포함할 수 있다. 하이드로겔 또는 이와 유사한 재료는 세포가 제자리에 고정되도록 하는 일종의 주형(mold)으로 생각할 수 있다. 모세 혈관을 형성하기 위해 필요한 수의 층들이 인쇄되면, 세포들은 하이드로겔 주형에서 조직으로 성장하고 성숙한다. 일단 성숙되면, 지지 하이드로겔 주형은 제거할 수 있으며 그 결과 생성된 기능성 혈관은 다양한 의료 목적으로 사용될 수 있다.
[16] 본 발명의 실시예들은 바이오프린팅의 여러 결점을 인식한다. 현재의 바이오프린팅 기술은 실험실 환경에서 3D 생체구조를 인쇄해야 하며 3D 생체구조가 환자 내부에 이식되기까지 세포 구조가 성장하고 성숙하는 데 상당한 시간이 필요하다. 그러나 환자는 그러한 임플란트가 절실히 필요할 수 있으며 생체구조 임플란트가 실험실에서 생산되고 성장하는 동안 통증 속에 기다리거나 악화되는 병태를 견뎌야 할 수도 있다. 또는, 현재 바이오프린터 기술의 구성과 크기로 인해, 바이오프린팅이 즉각적인 효과를 가져올 수 있는 인체의 일부 부위는 외과적 수단을 통해서만 접근할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 바이오프린팅이 유리한 인체의 한 부위가 소화관에 있음을 인식한다. 소화기 계통의 소화 및 때로는 부식성 환경으로 인해 환자는 종종 손상된 부위를 치유하는 데 어려움을 겪는다. 구체적으로, 당뇨병을 앓고 있는 환자는 위궤양 발생률이 높을 뿐만 아니라 그러한 궤양을 치유하는 데 더 힘든 시간을 갖는 것으로 나타났다. 지속적이고 심각한 궤양의 경우 수술이 유일한 선택일 수 있다. 그러나 침습적 수술은 그 자체로 다양한 잠재적으로 부정적인 부작용을 나타낼 수 있다.
[17] 본 발명의 실시예들은 바이오프린팅의 상기 언급된 결점들에 대한 하나 이상의 특징들, 특성들, 연산들 및/또는 이점들을 제공하고 일반적으로 다음을 포함한다: (i) 적어도 바이오프린팅 분야의 개선 및 (ii) 바이오프린팅 분야의 하나 이상의 과제에 대한 기술적 해결방법. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 환자를 치료하기 위한 포괄적이고 비외과적 수단을 제공하는 바이오프린팅과 관련된 방법을 사용하여 소화관을 포함한 인체의 내부적으로 손상된 부위를 치유하는 성능을 향상시킨다. 본 발명은 일반적으로 각각 삼킬 수 있는 크기의 적어도 하나의 바이오프린터 캡슐과 적어도 하나의 카트리지 캡슐; 및 바이오프린터 캡슐과 카트리지 캡슐을 연결하여 기능적 바이오프린터 조립체를 형성하고, 바이오프린터 어셈블리를 소화관 내의 손상된 부위로 향하게 하고, 그리고 궁극적으로 3D 인쇄된 생물학적 구조를 소화관 내의 손상된 부위에 이식하기 위해 손상된 부위에 대한 바이오프린터 조립체의 위치를 조작하도록 구성된 프로그램이 있는 컴퓨터 시스템을 포함한다. 본 발명의 다양한 실시예에서, 바이오프린터 캡슐과 카트리지 캡슐은 미리 정해진 배열로 자기적으로 결합되어 하나 이상의 외부 자기장을 변경하여 조립된 바이오프린터를 형성한다. 유사하게, 조립된 바이오프린터는 하나 이상의 외부 자기장을 변경하여 조립 위치에서 소화관 내의 손상된 조직의 부위로 향한다.
[18] 손상된 조직의 부위에 배치되면, 자기장의 강도 및/또는 방향이 프로그래밍 방식으로 변경되어 기존 3D 바이오프린터의 움직임을 모방하기 위해 인쇄하는 동안 조립된 바이오프린터의 움직임을 지시한다. 일부 실시예에서, 바이오프린터는 둘 이상의 별개의 생체재료를 포함하는 생체구조를 생성한다. 일 실시예에서, 둘 이상의 생체재료가 단일 카트리지 캡슐 내에서 혼합된다. 일 실시예에서, 각각의 상이한 생체재료가 자신의 각각의 캡슐 내에 위치한다. 일부 실시예에서, 오직 하나의 생체재료 카트리지만이 바이오프린터 캡슐에 자기적으로 결합될 수 있다. 이에 따라, 카트리지 캡슐이 교체가 필요하거나 다른 유형의 생체재료가 필요한 경우, 연결된 카트리지 캡슐이 분리되고 이어서 섭취된 카트리지 캡슐이 바이오프린터 캡슐에 자기적으로 결합된다. 다른 실시예들에서, 둘 이상의 생체재료 캡슐이 동시에 바이오프린터 캡슐에 자기적으로 결합될 수 있다.
[19] 본 발명의 다양한 실시예에서, 인쇄된 생체구조가 손상된 부위에 성공적으로 인쇄되고/거나 바이오프린터 조립체의 분해가 요구되면, 하나 이상의 외부 자기장이 재구성되어 바이오프린터 캡슐(들)과 카트리지 캡슐(들)이 자기적으로 분리되게 한다. 그러면, 분해된 유닛들(예를 들어, 바이오프린터 캡슐 및 카트리지 캡슐)은 중력의 도움을 받아 자연적으로 소화관을 통해 이동할 수 있다. 일 실시예에서, 자기적으로 분리된 캡슐들은 하나 이상의 외부 자기장을 프로그래밍 방식으로 제어하여 소화관을 통해 자기적으로 안내된다.
[20] 이에 따라, 본 발명의 실시예들은 인체 내부, 더 구체적으로 소화관 내부에서 손상된 부위를 치유하는 새로운 시스템 및 방법을 제공한다. 다음에 기술하는 실시예들은 손상된 소화관을 가진 환자를 위한 비-외과적 치료를 추가로 제공하며, 이는 환자의 건강이 더 이상 부정적으로 영향을 받지 않도록 보장하면서 통증을 감소시키고, 치유를 돕고, 고가의 약제 및/또는 수술의 필요성을 제거할 것이다.
[21] 본 발명은 통합의 모든 가능한 기술적 세부 수준에서 시스템, 방법, 및/또는 컴퓨터 프로그램 제품일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체를 포함할 수 있으며, 이 매체 상에 프로세서가 본 발명의 양태들을 수행하도록 하는 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들을 갖는다.
[22] 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체는 명령 실행 디바이스에 의해 사용될 명령들을 유지 및 저장할 수 있는 유형의(tangible) 디바이스일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체는, 예를 들어, 전자 스토리지 디바이스, 자기 스토리지 디바이스, 광 스토리지 디바이스, 전자기 스토리지 디바이스, 반도체 스토리지 디바이스, 또는 전술한 것들의 모든 적절한 조합일 수 있으며, 그러나 이에 한정되지는 않는다. 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체의 더 구체적인 예들의 비포괄적인 목록에는 다음이 포함된다: 휴대용 컴퓨터 디스켓, 하드 디스크, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 읽기 전용 메모리(ROM), 소거 및 프로그램가능 읽기 전용 메모리(EPROM 또는 플래시 메모리), 정적 랜덤 액세스 메모리(SRAM), 휴대용 컴팩트 디스크 읽기 전용 메모리(CD-ROM), 디지털 다용도 디스크(DVD), 메모리 스틱, 플로피 디스크, 천공-카드들 또는 명령들이 기록된 홈에 있는 융기된 구조들 같이 기계적으로 인코팅된 디바이스, 및 전술한 것들의 모든 적절한 조합. 본원에서 사용되는 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체는 무선 전파들이나 다른 자유롭게 전파되는 전자기파들, 도파관이나 기타 전송 매체를 통해 전파되는 전자기파들(예를 들어, 광섬유 케이블을 통해 전달되는 광 펄스들), 또는 선(wire)을 통해 전송되는 전기 신호들 같이 그 자체로 일시적인(transitory) 신호들로 해석되지는 않는다.
[23] 본원에 기술되는 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들은, 예를 들어, 인터넷, 근거리 통신망, 광역 통신망 및/또는 무선 네트워크 등의 통신망(네트워크)을 통해 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체로부터 각각 컴퓨팅/처리 디바이스들로 또는 외부 컴퓨터 또는 외부 스토리지 디바이스로 다운로드될 수 있다. 상기 통신망은 구리 전송 케이블들, 광 전송 섬유들, 무선 전송, 라우터들, 방화벽들, 스위치들, 게이트웨이 컴퓨터들 및/또는 엣지 서버들을 포함할 수 있다. 각 컴퓨팅/처리 디바이스 내 네트워크 어댑터 카드 또는 네트워크 인터페이스는 상기 네트워크로부터 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들을 수신하고 그 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들을 각각의 컴퓨팅/처리 디바이스 내의 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체에 저장하기 위해 전송한다.
[24] 본 발명의 연산들을 실행하기 위한 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들은 Smalltalk, C++ 또는 그와 유사한 언어 등의 객체 지향 프로그래밍 언어와 “C” 프로그래밍 언어 또는 그와 유사한 언어 등의 종래의 절차적 프로그래밍 언어들을 포함하여, 하나 이상의 프로그래밍 언어들을 조합하여 작성된(written) 어셈블러 명령들, 명령-세트-아키텍처(ISA) 명령들, 머신 명령들, 머신 종속 명령들, 마이크로코드, 펌웨어 명령들, 상태-셋팅 데이터, 또는 소스 코드나 목적 코드일 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들은 전적으로 사용자의 컴퓨터상에서, 부분적으로 사용자의 컴퓨터상에서, 독립형(stand-alone) 소프트웨어 패키지로서, 부분적으로 사용자의 컴퓨터상에서 그리고 부분적으로 원격 컴퓨터상에서 또는 전적으로 원격 컴퓨터나 서버상에서 실행될 수 있다. 위에서 마지막의 경우에, 원격 컴퓨터는 근거리 통신망(LAN) 또는 광역 통신망(WAN)을 포함한 모든 종류의 네트워크를 통해서 사용자의 컴퓨터에 접속될 수 있고, 또는 이 접속은 (예를 들어, 인터넷 서비스 제공자를 이용한 인터넷을 통해서) 외부 컴퓨터에 이루어질 수도 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어 프로그램 가능 논리 회로, 필드-프로그램 가능 게이트 어레이들(FPGA), 또는 프로그램 가능 논리 어레이들(PLA)을 포함한 전자 회로는 본 발명의 양태들을 수행하기 위해 전자 회로를 맞춤화하도록 상기 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들의 상태 정보를 활용하여 상기 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들을 실행할 수 있다.
[25] 본원에서는 본 발명의 실시예들에 따른 방법들, 장치들(시스템들), 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 흐름 예시도들 및/또는 블록도들을 참조하여 본 발명의 양태들을 기술한다. 흐름 예시도들 및/또는 블록도들의 각 블록과 흐름 예시도들 및/또는 블록도들 내 블록들의 조합들은 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
[26] 이들 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들은 범용 컴퓨터, 특수목적용 컴퓨터, 또는 기타 프로그램가능 데이터 처리 장치의 프로세서에 제공되어 머신(machine)을 생성하고, 그렇게 하여 그 명령들이 상기 컴퓨터 또는 기타 프로그램가능 데이터 처리 장치의 프로세서를 통해서 실행되어, 상기 흐름도 및/또는 블록도의 블록 또는 블록들에 명시된 기능들/동작들을 구현하기 위한 수단을 생성할 수 있다. 이들 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들은 또한 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터, 프로그램가능 데이터 처리 장치 및/또는 기타 디바이스들에 지시하여 명령들이 저장된 상기 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체가 상기 흐름도 및/또는 블록도의 블록 또는 블록들에 명시된 기능/동작의 양태들을 구현하는 명령들을 포함하는 제조품(an article of manufacture)을 포함하도록 특정한 방식으로 기능하게 할 수 있다.
[27] 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들은 또한 컴퓨터, 기타 프로그램 가능 데이터 처리 장치, 또는 다른 디바이스에 로드 되어, 상기 컴퓨터, 기타 프로그램가능 장치 또는 다른 디바이스에서 일련의 작업 단계들이 수행되게 하여 컴퓨터 구현 프로세스를 생성하며, 그렇게 하여 상기 컴퓨터, 기타 프로그램 가능 장치, 또는 다른 디바이스 상에서 실행되는 명령들이 흐름도 및/또는 블록도의 블록 또는 블록들에 명시된 기능들/동작들을 구현할 수 있다.
[28] 도면들 내 흐름도 및 블록도들은 본 발명의 여러 실시예들에 따른 시스템들, 방법들 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 가능한 구현들의 아키텍처, 기능(functionality), 및 연산(operation)을 예시한다. 이와 관련하여, 상기 흐름도 또는 블록도들 내 각 블록은 명시된 논리 함수(들)를 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 명령들을 포함한 모듈, 세그먼트 또는 명령들의 일부분을 나타낼 수 있다. 일부 다른 구현들에서, 상기 블록에 언급되는 기능들은 도면들에 언급된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들면, 연속으로 도시된 두 개의 블록은 실제로는 사실상 동시에 실행될 수도 있고, 또는 이 두 블록은 때때로 관련된 기능에 따라서는 역순으로 실행될 수도 있다. 블록도들 및/또는 흐름 예시도의 각 블록, 및 블록도들 및/또는 흐름 예시도 내 블록들의 조합들은 특수목적용 하드웨어 및 컴퓨터 명령들의 명시된 기능들 또는 동작들, 또는 이들의 조합들을 수행하는 특수목적용 하드웨어-기반 시스템들에 의해 구현될 수 있다는 것에 또한 주목해야 한다.
[29] 본 발명의 다양한 실시예에 대한 설명은 예시의 목적으로 제시되었으며, 완전하거나 개시된 실시예들로 제한하려는 의도가 있는 것은 아니다. 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 기술된 실시예들의 범위를 벗어나지 않으면서 많은 수정들 및 변형들이 있을 수 있다는 것을 명백히 알 수 있을 것이다. 본원에 사용된 용어는 실시예들의 원리, 시장에서 발견되는 기술에 대한 실질적인 응용 또는 기술적 개선을 가장 잘 설명하거나, 또는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원에 개시된 실시예들을 이해할 수 있도록 하기 위해 선택되었다.
[30] 이제 본 발명을 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 위장관 내부에 생체구조를 바이오프린팅하기 위한 컴퓨팅 환경(일반적으로 100으로 표시됨)의 기능 블록도이다. 도 1은 단지 하나의 구현의 예시를 제공할 뿐이며 다른 실시예가 구현될 수 있는 환경들에 관한 어떠한 제한도 의미하지 않는다. 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 청구범위에 의해 인용된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 묘사된 환경에 대한 많은 수정이 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 위장관에 제한되지 않고 생체구조 바이오프린팅이 요구될 수 있는 인체의 임의의 내부 위치에서 실행될 수 있음을 이해해야 한다.
[31] 컴퓨팅 환경(100)은 컴퓨터 시스템(110), 바이오프린터 캡슐들(120A-120N), 카트리지 캡슐들(130A-130N) 및 네트워크(150)를 통해 상호 연결된 데이터베이스(140)를 포함한다. 네트워크(150)는 예를 들어 통신 네트워크, 근거리 통신망(LAN), 인터넷과 같은 광역 통신망(WAN) 또는 이 세 가지의 조합일 수 있으며 유선, 무선 또는 광섬유 연결을 포함할 수 있다. 네트워크는 음성, 데이터 및 비디오 정보를 포함하는 멀티미디어 신호를 포함하여 데이터, 음성 및/또는 비디오 신호를 수신하고 전송할 수 있는 하나 이상의 유선 및/또는 무선 네트워크를 포함할 수 있다. 일반적으로, 네트워크는 바이오프린팅 프로그램(101) 및 자기장 발생기(102)를 포함한 컴퓨터 시스템(110), 바이오프린터 캡슐들(120A-120N), 카트리지 캡슐들(130A-130N), 데이터베이스(140), 및 컴퓨팅 환경(100) 내 기타 컴퓨팅 디바이스들(도시되지 않음) 사이의 통신을 지원할 연결들 및 프로토콜들의 임의의 조합일 수 있다.
[32] 본 발명의 다양한 실시예에서, 컴퓨터 시스템(110)은 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 넷북 컴퓨터, 개인용 컴퓨터(PC), 데스크탑 컴퓨터, PDA(개인 휴대 정보 단말기), 스마트폰, 또는 데이터를 수신, 송신 및 처리할 수 있는 임의의 프로그래밍 가능한 전자 디바이스일 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 독립형 디바이스, 관리 서버, 웹 서버, 모바일 디바이스, 또는 데이터를 수신, 전송 및 처리할 수 있는 기타 전자 디바이스 또는 컴퓨팅 시스템일 수 있다. 다른 실시예들에서, 컴퓨터 시스템(110)은 클라우드 컴퓨팅 환경에서와 같이 서버 시스템으로서 다수의 컴퓨터를 이용하는 서버 컴퓨팅 시스템을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨터 시스템(110)은 컴퓨팅 환경(100) 내에서 액세스될 때 끊김 없는 리소스들의 단일 풀로 작용하는 클러스터형 컴퓨터들 및 구성요소들(예를 들어, 데이터베이스 서버 컴퓨터들, 애플리케이션 서버 컴퓨터들 등)을 이용하는 컴퓨팅 시스템을 나타낼 수 있다. 일반적으로, 컴퓨터 시스템(110)은 임의의 프로그래밍 가능한 전자 디바이스를 나타내거나 기계 판독 가능 프로그램 명령들을 실행하고 네트워크(150)와 같은 네트워크를 통해 바이오프린팅 프로그램(101), 자기장 발생기(102), 바이오프린터 캡슐들(120A-120N), 카트리지 캡슐들(130A-130N), 데이터베이스(140) 및 기타 디바이스들(미도시)과 통신할 수 있는 프로그래밍 가능한 전자 디바이스들의 조합을 나타낼 수 있다. 컴퓨터 시스템(110), 자기장 발생기(102), 바이오프린터 캡슐들(120A-120N), 카트리지 캡슐들(130A-130N) 및 데이터베이스(140)는 도 7과 관련하여 더 상세히 도시되고 설명된 바와 같이 내부 및 외부 하드웨어 구성요소들을 포함할 수 있다.
[33] 컴퓨터 시스템(110)은 바이오프린팅 프로그램(101) 및 자기장 발생기(102)를 포함한다. 자기장 발생기(102)가 컴퓨터 시스템(110)과 통합된 것으로 도 1에 도시되어 있지만, 대안적인 실시예들에서 자기장 발생기(102)는 컴퓨터 시스템(110)에 대해 원격으로 위치한다. 본원에서 사용될 때, 자기장 발생기(102)는 일반적으로 자기장을 발생시켜 물체(예를 들어, 인체 내부에 위치하는 바이오프린터 캡슐, 카트리지 캡슐 또는 조립된 바이오프린터)를 부상, 부유 및/또는 이동시킬 수 있는 임의의 디바이스 또는 상호 연결된 디바이스들로 이해되어야 한다. 자기장 발생기(102)는 다음: 영구 자석들, 상자성 또는 반자성 재료로 형성된 자석과 같은 일시 자석들 및 프로그래밍 방식으로 구성 및/또는 바이오프린팅 프로그램(101)에 의해 제어될 수 있는 전자석들 중 하나 이상을 포함하는(그러나 이에 한정되지 않는) 임의의 자성 재료들의 배열을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 자석들의 물리적 배열이 변경되게 하는 자기장 발생기(102)에 명령들을 제공한다. 예를 들어, 바이오프린터 캡슐과 같은 물체를 위장관 내의 손상된 부위로 향하게 하기 위해 하나 이상의 자석의 위치를 이동하기 위한 명령들을 제공한다. 다른 예에서, 하나 이상의 영구 자석의 위치를 카트리지 캡슐 쪽으로 또는 카트리지 캡슐로부터 멀리 이동시켜 카트리지 캡슐과 같은 물체에 작용하는 자기장 세기를 변경하기 위한 명령들을 제공한다. 추가 예에서, 자성 재료를 움직이거나 기울임으로써 자기장이 물체와 상호작용하는 방식을 변경하기 위한 명령들을 제공한다. 또 다른 예에서, 새로운 자성 재료를 자기장 발생기(102)에 물리적으로 도입하여 바이오프린터 카트리지 캡슐과 같은 물체에 작용하는 자기장을 변경하기 위한 명령들을 제공한다.
[34] 일부 실시예에서, 자기장 발생기(102)는 주로 전자석들로 구성된다. 전자석들은 전자기 회로에 전류가 인가될 때만 자기장을 생성한다. 일 실시예에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 전자기 회로에 인가된 전류가 변경되게 하는 명령들을 자기장 발생기(102)에 제공한다. 달리 말하면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 전자기 회로들에 인가되는 전류를 제어할 수 있다. 예를 들면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 (i) 특정 시간들에 전자기 회로들에 인가되는 전류를 켜고 끄기; (ii) 자기장 세기를 각각 증가 또는 감소시키기 위해 전자기 회로에 인가된 전류를 증가 또는 감소시키기; (iii) 바이오프린터 조립 및/또는 바이오프린팅 프로세스 동안 특정 시간들에 각각의 전자석들의 자기장 세기를 변동(즉, 증가 및 감소)시키기; (iv) 전자석의 극성을 역전시키기; 및/또는 (v) 바이오프린터 조립 및/또는 바이오프린팅 프로세스 동안 특정 시간들에 전자석의 극성을 변경하기;를 포함한(그러나 이에 한정되지 않는) 명령들을 제공할 수 있다.
[35] 일 실시예에서, 자기장 발생기(102)는 환자의 신체를 둘러싸는 (예를 들어, 자기 공명 영상 MRI 디바이스와 유사한) 독립형 튜브형 디바이스이다. 일 실시예에서, 자기장 발생기(102)는 복수의 자석 및/또는 전자석이 내장된 벨트 또는 밴드와 같은 웨어러블 디바이스이다. 일 실시예에서, 자기장 발생기(102)는 환자 신체의 특정 위치를 향할 수 있는 하나 이상의 자석 및/또는 전자석을 포함하는, 적어도 부분적으로 손에 들고 쓰는 봉 또는 프로브(예를 들어, 구조가 초음파 기계의 탐촉자와 유사함)이다. 추가로, 자기장 발생기(102)의 일부 실시예가 적어도 환자의 신체 길이만큼 연장되는 반면, 다른 실시예들은 환자 신체보다 적게 연장될 수 있다(예를 들어, 환자의 손상 부위로 제한됨).
[36] 본 발명의 다양한 실시예에서, 바이오프린터 캡슐들(120A-120N)(이하, 하나보다 많은 바이오프린터 캡슐을 언급할 때 명확한 언급이 없는 한 일반적으로 바이오프린터 캡슐(120)이라고 함) 각각은 적어도 하나의 자기 시그니처(magnetic signature, 124A-124N), 적어도 하나의 캡슐 카메라(125A-125N), 적어도 하나의 캡슐 센서(126A-126N) 및 적어도 하나의 연동 표면(127A-127N)(이하, 하나보다 많은 바이오프린터 캡슐(120)을 언급할 때 명확한 언급이 없는 한 일반적으로 각각 자기 시그니처(124), 캡슐 카메라(125), 캡슐 센서(126) 및 연동 표면(127)이라 함)을 포함한다. 그러나, 바이오프린터 캡슐들(120A-120N)은 바이오프린터 설계의 특정 요구 사항에 따라 위에 열거된 것보다 추가 구성요소 또는 더 적은 구성요소를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 바이오프린터 캡슐(120)은 카메라(125) 및/또는 센서(126)를 포함할 필요가 없다.
[37] 일부 실시예에서, 단일 바이오프린터 캡슐은 전통적인 바이오프린터를 형성하는 모든 기능 유닛을 포함한다. 다른 실시예들에서, 각각 별도의 별개의 기능 유닛들(예를 들어, 발전기 또는 배터리, 바이오프린터 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소들 및 스크러버들/피니셔들)을 갖는 복수의 바이오프린터 캡슐이 조립되어 완전히 기능하는 조립된 바이오프린터를 형성한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 기능적 바이오프린터는 세 개의 바이오프린터 캡슐 - 바이오프린터 캡슐(120A), 바이오프린터 캡슐(120B) 및 바이오프린터 캡슐(120C)을 사용하여 조립된다. 이 예시적인 실시예에서, 바이오프린터 캡슐(120A)은 배터리를 포함하고, 바이오프린터 캡슐(120B)은 프린트헤드 또는 압출기와 같은 바이오프린터 구성요소들의 제1 부분을 포함하고, 바이오프린터 캡슐(120C)은 스크러버/피니셔(즉, 거칠거나 불규칙한 에지 또는 표면을 매끄럽게 하기 위한 디바이스)와 같은 바이오프린터 구성요소들의 제2 부분을 포함한다. 전술한 예는 세 개의 바이오프린터 캡슐(120A, 120B, 120C)을 포함하지만, 본 발명의 바이오프린터를 형성하는 기능 유닛들 및/또는 기능 유닛 하위 구성요소들은 당면한 특정 응용에 따라 단일 바이오프린터 캡슐, 둘 이상의 바이오프린터 캡슐 또는 이들의 임의의 조합에 캡슐화될 수 있다.
[38] 명료함과 설명을 위해, 전반에 걸쳐 개시된 다양한 실시예들은 일반적으로 위에서 논의된 바와 같이 단일 바이오프린터 캡슐(120)에 캡슐화된 바이오프린터 기능 유닛들을 지칭할 수 있지만, 임의의 수의 바이오프린터 캡슐(120A-120N)이 기능적 바이오프린터 조립체를 형성하는 데 사용될 수 있다. 사용되는 바이오프린터 캡슐들(120A-120N)의 수에 영향을 미칠 수 있는 요인에는 특정 크기의 캡슐을 삼킬 수 있는 환자의 능력, 인쇄될 3D 생체구조의 복잡성 및 3D 생체구조 자체가 포함되지만 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 손상된 소화관 부위가 복잡한 바이오프린팅 기술을 필요로 하면, 상이한 내부 바이오프린팅 구성요소들이 상이한 생체구조들을 적절하게 인쇄하기 위해 필요할 수 있고, 그 결과 추가적인 바이오프린터 캡슐들(120A-120N) 내에 수용될 수 있다.
[39] 본 발명의 다양한 실시예에서, 자기 시그니처(124)는 바이오프린터 캡슐(120)이 자기장에 도입될 때 어떻게 거동할 것인지를 나타낸다. 일부 실시예에서, 자기 시그니처(124)는 하나 이상의 외부 자기장의 방향 및/또는 강도 중 적어도 하나를 변경하는 것에 적어도 부분적으로 기초하여 바이오프린팅 프로그램(101)이 바이오프린터 캡슐(120)을 제어 및/또는 배향할 수 있게 하는 미리 설계된 구성요소이다. 자기 시그니처(124)는 (i) 바이오프린터(120) 전체에 균일하게 위치하거나 바이오프린터 캡슐(120) 상의 단일 위치에 집중된 단일 자기 구성요소; (ii) 바이오프린터 캡슐(120)의 내부 및/또는 외부의 미리 결정된 위치들에 복수의 자기 구성요소의 분포; (iii) 바이오프린터 캡슐(120) 자체의 형상; 및 (iv) 바이오프린터 캡슐(120)의 밀도 분포 중 하나 이상에 적어도 부분적으로 기초하여 바이오프린터 캡슐(120)에 편입될 수 있다.
[40] 본 발명의 다양한 실시예에서, 자기 시그니처(124)를 형성하는 자기 구성요소들은 영구 자석들, 상자성 재료들, 반자성 재료들, 및 전자석들을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 더욱이, 자기장 발생기(102)의 전자석들에 인가되는 전류를 제어하는 것 외에도, 바이오프린팅 프로그램(101)은 마찬가지로 바이오프린터 캡슐(120)의 자기 시그니처를 형성하는 전자석들에 인가되는 전류를 제어하기 위한 명령들을 제공할 수 있다.
[41] 하나의 바이오프린터 캡슐(120)보다 많은 것을 가진 그러한 실시예들에서, 기능적 조립된 바이오프린터를 형성하기 위해 사용되는 각각의 바이오프린터 캡슐(120A-120N)은 동일하거나 상이한 자기 시그니처들(124A-124N)을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 기능적 조립된 바이오프린터를 형성하기 위해 사용되는 각각의 바이오프린터 캡슐(120A-120N)은 동일한 자기 시그니처(134A-134N)를 갖는다. 이에 따라, 각각의 바이오프린터 캡슐(120A-120N)은 특정 자기장(들)에 도입될 때 동일한 방식으로 반응(예를 들어, 자체 배향 및/또는 이동)할 것이다. 일 실시예에서, 기능적 조립된 바이오프린터를 형성하기 위해 사용되는 각각의 바이오프린터 캡슐(120A-120N)은 각각 상이한 자기 시그니처(134A-134N)를 갖는다. 이에 따라, 각각의 바이오프린터 프린터 캡슐(120A-120N)은 특정 자기장(들)에 도입될 때 상이한 방식으로 반응(예를 들어, 자체 배향 및/또는 이동)할 것이다. 일 실시예에서, 각각의 바이오프린터 캡슐(120A-120N)은 다중 자기 시그니처들을 갖는다. 예시적인 일 실시예에서, 조립된 바이오프린터를 형성하기 위해 제1 바이오프린터 캡슐(120A) 및 제2 바이오프린터 캡슐(120B)이 사용된다. 이 예시적인 실시예에서, 바이오프린터 캡슐들(120A 및 120B) 각각은 각 캡슐의 자기 시그니처(134A 및 134B)를 각각 형성하는 적어도 두 개의 구성요소를 갖는다. 예를 들어, 바이오프린터 캡슐들(120A 및 120B)은 동일한 영구 자석 구성요소를 가질 수 있지만, 바이오프린터 캡슐(120A)은 바이오프린터 캡슐(120B)보다 낮은 밀도 및/또는 질량을 갖는다. 따라서, 바이오프린터 캡슐들(120A 및 120B)이 자기장 발생기(102)에 의해 제공되는 것과 같은 동일한 자기장(들)에 도입될 때, 바이오프린터 캡슐들(120A 및 120B) 둘 모두는 특정한 별개의 위치들에서 공중에 뜨거나 매달릴 것이다. 그러나, 바이오프린터 캡슐(120A)의 더 가벼운 밀도 또는 질량과 비교할 때 바이오프린터 캡슐(120B)의 추가적인 밀도 또는 질량으로 인해, 바이오프린터 캡슐(120B)은 바이오프린터 캡슐(120A)보다 낮게 배향될 것이다. 다른 실시예들에서, 각각의 바이오프린터 캡슐(120)은 각각의 바이오프린터 캡슐(120A-120N)이 바이오프린팅 프로그램(101)에 의해 개별적으로 조작 및 제어될 수 있게 하는 상이하고 고유한 자기 시그니처(134)를 갖는다.
[42] 본 발명의 다양한 실시예에서, 바이오프린터 캡슐(120)은 소화관 및 바이오프린팅 프로세스의 상이한 시야각들을 제공하기 위해 바이오프린터 캡슐(120) 주위의 상이한 위치들에 배향된 하나 이상의 캡슐 카메라(125)를 포함할 수 있다. 캡슐 카메라(125)는 소화관 및/또는 바이오프린팅 프로세스의 라이브 비디오, 사진 또는 진단 이미지 데이터와 같은 이미지 데이터를 캡처한다. 바이오프린터 조립체가 하나보다 많은 바이오프린터 캡슐(120A-120N)로부터 형성되는 그러한 실시예들에서, 캡슐 카메라(125-125N)는 각각 임의의 수의 바이오프린터 캡슐(120A-120N) 상에 위치될 수 있다.
[43] 본 발명의 다양한 실시예에서, 바이오프린터 캡슐들(120A-120N) 각각은 임의의 개수의 캡슐 센서를 더 포함할 수 있다. 캡슐 센서들(126A-126N)은 한 유형의 센서일 수 있거나 당업자에게 알려진 유형의 센서들의 임의의 조합일 수 있다. 예를 들어, 센서의 유형은 생체표지자의 사용을 통한 손상 부위를 감지할 수 있는 바이오센서, 바이오프린터 캡슐(120)의 위치 또는 다른 추가적인 바이오프린터 캡슐들(120A-120N)의 위치에 대한 바이오프린터 캡슐의 위치를 결정할 수 있는 위치 센서, 및 자기장 내의 상호 작용에 기초하여 바이오프린터 캡슐들(120A-120N)의 위치를 결정할 수 있는 자기 센서(예를 들어, 홀 센서)를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 하나보다 많은 바이오프린터 캡슐(120A-120N)을 가진 실시예들에서, 캡슐 센서들(126A-126N)의 각각은 동일한 센서 유형, 상이한 센서 유형들 또는 이들의 임의의 가능한 조합을 포함할 수 있다. 캡슐 센서들(126A-N)은 네트워크(150)와 같은 네트워크를 통해 센서 데이터를 바이오프린팅 프로그램(101)으로 전송할 수 있다.
[44] 바이오프린터 캡슐들(120A-120N)은 각각 연동 표면들(127A-127N)을 포함한다. 연동 표면들(127A-127N)은 임의의 수의 다른 추가 바이오프린터 캡슐들(120A-120N) 및/또는 임의의 수의 카트리지 캡슐들(130A-130N)에 부착, 연결 또는 연동하도록 구성된다. 바이오프린터 캡슐들(120A-120N)의 각각은 바이오프린터 캡슐의 임의의 부분(들)에 위치할 수 있는 임의의 수의 연동 표면들을 포함할 수 있다. 바이오프린터 캡슐들을 서로 부착하고, 바이오프린터 캡슐들을 카트리지 캡슐들과 부착하고, 바이오프린터 캡슐들을 서로 부착하면 바이오프린터 캡슐들(120A-120N)이 상이한 바이오프린터 기능 유닛들을 수용하고 카트리지 캡슐들이 상이한 생체재료들을 수용하여 통합되고 기능적으로 조립된 바이오프린터를 형성할 수 있다.
[45] 일부 실시예에서, 연동 표면(127)은 바이오프린터 조립 동안 바이오프린터 캡슐들(120A-120N) 및/또는 카트리지 캡슐들(130A-130N) 사이의 도킹을 가능하게 하는 방식으로 구체적으로 형상화될 수 있다. 예를 들어, 연동 표면들(127A-127N)은 (i) 두 개의 상호 연결된 바이오프린터 캡슐 사이의 이동을 방지하고 두 개의 개별 바이오프린터 캡슐의 연결을 돕기 위한 오목한 표면들; (ii) 암/수 물리적 연결들; (iii) 전자기 회로들; 및 (iv) 인력 및 반발력 자기장 힘들을 포함하여(그러나 이에 제한되지 않음) 바이오프린터 캡슐을 다른 바이오프린터 캡슐 및/또는 카트리지 캡슐과 연결하기 위한 임의의 수의 구성을 포함할 수 있다.
[46] 일부 실시예에서, 연동 표면들(127A-127N)은 각각 결합 구성요소들(128A-128N) 및/또는 각각 적어도 하나의 채널(129A-129N)을 더 포함할 수 있다. 결합 구성요소(128A-128N) 및 채널(129A-129N)은 이하에서 하나의 바이오프린터 캡슐보다 많은 것을 지칭할 때 명확한 언급이 없는 한 일반적으로 각각 결합 구성요소(128) 및 채널(129)로 지칭한다.
[47] 일부 실시예에서, 결합 구성요소(128)는 연동 표면 내에서 배향되고 각각의 바이오프린터 캡슐(120A-120N) 및/또는 각각의 카트리지 캡슐(130A-130N)이 서로 연결 및/또는 고정되도록 한다. 다양한 실시예에서, 결합 구성요소(128)는 임의의 수의 방식으로 바이오프린터 캡슐들(120A-120N) 및/또는 카트리지 캡슐들(130A-130N)이 연결될 수 있도록 추가로 구성될 수 있다. 결합 구성요소(128)의 이러한 구성들은 자성 재료 구성요소들, 전자기 회로들 및/또는 잠금 회로를 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 연결되거나 연동될 필요가 있는 두 개의 바이오프린터 캡슐(120A 및 120B)을 갖는 예시적인 실시예에서, 각각의 연동 표면들(127A 및 127B)은 결합 구성요소(128A) 및 결합 구성요소(128B)의 정렬을 유도하는 방식으로 형상화된다. 일단 결합 구성요소들(128A, 128B)이 정렬되면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 각각의 결합 구성요소 상의 잠금 회로가 바이오프린터 캡슐(120A)을 캡슐(120B)에 잠그게 할 수 있다.
[48] 다른 예시적인 실시예에서, 바이오프린터 캡슐(120A)은 두 개의 연동 표면(127A1 및 127A2)을 갖고, 바이오프린터 캡슐(120B)은 두 개의 연동 표면(127B1 및 127B2)을 갖는다. 연동 표면들(127A1, 127A2, 127B1 및 127B2)의 각각은 결합 구성요소들(128A1, 128A2, 128B1, 및 128B2)을 각각 포함한다. 이 예시적인 실시예를 계속하면, 바이오프린터 캡슐들(120A 및 120B) 및 이들 각각의 구성요소들은 캡슐의 단부들이 아닌 측면들 상에 배향된 연동 표면들과 평행한 방식으로 정렬되도록 구성된다. 오정렬을 방지하기 위해, 연동 표면(127A1)은 연동 표면(127B1)과의 정렬을 유도하도록 형상화될 수 있고, 연동 표면(127A2)은 연동 표면(127B2)과의 정렬을 유도하도록 형상화될 수 있지만(예를 들어, 연동 표면(127A1)은 연동 표면(127B2)과 정렬되고 연동 표면(127A2)은 연동 표면(127B1)과 정렬됨), 결합 구성요소들(128A1, 128A2, 128B1, 및 128B2)은 오정렬을 방지하고 올바른 결합 구성요소 정렬을 유도할 양 또는 음의 자기장을 생성하도록 구성될 수 있다. 결합 구성요소들(128A1, 128A2, 128B1, 및 128B2)은 적절하게 정렬될 때 연결하고/거나 잠근다. 바이오프린터 캡슐들(120A-120N)은 동일한 결합 구성요소들(128A-128N), 상이한 결합 구성요소들 또는 이들의 임의의 가능한 조합을 가질 수 있다.
[49] 일부 실시예에서, 결합 구성요소(128)는 하나의 바이오프린터 캡슐에서 다른 바이오프린터 캡슐로 전력을 공유 및/또는 전기 신호들을 전달하도록 구성된다. 예를 들어, 결합 구성요소(128)는 연결된 바이오프린터 캡슐들 사이에서 전력 전달을 가능하게 한다. 다른 예에서, 결합 구성요소(128)는 연결된 바이오프린터 캡슐들 사이에서 컴퓨터 판독 가능 프로그램 명령들의 전달을 가능하게 한다. 또 추가 예에서, 결합 구성요소는 연결된 바이오프린터 캡슐들 사이에서 데이터를 포함한 전기 신호들의 전달을 가능하게 한다. 바이오프린터 캡슐들은 전기 신호들을 전달하기 위해 또 다른 바이오프린터 캡슐과 직접 물리적으로 또는 전기적으로 연결될 필요가 없다는 것을 이해해야 합니다. 예를 들어, 바이오프린터 캡슐(120A)이 바이오프린터 캡슐(120B)에 연결되고 바이오프린터 캡슐(120B)이 바이오프린터 캡슐(120C)에 연결되면, 바이오프린터 캡슐(120A)은 바이오프린터 캡슐(120B)을 통해 바이오프린터 캡슐(120C)에 전력을 전달할 수 있다. 일부 실시예에서, 결합 구성요소(128)는 조립된 바이오프린터를 위한 구조적 지지를 제공하도록 추가로 구성될 수 있어, 조립된 바이오프린터 구조가 안정적이고 바이오프린팅 프로세스를 수행하는 동안 설계된 구조를 유지할 수 있도록 보장한다.
[50] 일부 실시예에서, 연동 표면(127)은 결합 구성요소(128)만을 포함하지만, 다른 실시예들에서 연동 표면은 결합 구성요소(128)와 채널(129) 모두를 포함한다. 채널(129)은 다른 바이오프린터 캡슐들 상의 다른 채널들에 연결되는 관형 통로이다. 채널(129)은 두 개의 바이오프린터 캡슐 사이, 두 개의 카트리지 캡슐 사이, 또는 바이오프린터 캡슐과 카트리지 캡슐 사이에서 물리적 재료를 전송하거나 수신하도록 구성될 수 있다. 결합 구성요소(128)는 채널(129)을 둘러싸서 상호 연결된 캡슐들의 채널들 사이에서 전달되는 재료가 손실되지 않거나 재료의 흐름이 중단되지 않도록 한다. 다른 실시예들에서, 결합 구성요소는 채널(129)과 별도로 위치할 수 있으며 채널(129)은 재료 흐름 중단 또는 재료 손실이 없도록 구성된다. 연동 표면(127)이 서로 다른 재료들이 서로 다른 채널들(129)을 통해 흐르도록 하는 복수의 채널(129)을 포함할 수 있는 일부 실시예가 구현될 수 있다. 채널(129)은 설계에 의해 또는 바이오프린팅 프로그램(101)에 의해 제공되는 명령들에 의해 바이오프린터 캡슐(120)로부터 바이오프린터 캡슐(120A-120N) 및/또는 카트리지 캡슐(130A-130N)로 재료 흐름을 제어하도록 추가로 구성될 수 있다.
[51] 본 발명의 다양한 실시예에서, 카트리지 캡슐들(130A-130N)(이하, 하나보다 많은 바이오프린터 캡슐을 언급할 때 명확한 언급이 없는 한 일반적으로 카트리지 캡슐(130)이라고 함)은 적어도 하나의 카트리지 자기 시그니처(134A-134N), 적어도 하나의 카트리지 카메라(135A-135N), 적어도 하나의 카트리지 센서(136A-136N) 및 적어도 하나의 연동 표면(137A-137N)(이하, 하나보다 많은 카트리지 캡슐(130)을 언급할 때 명확한 언급이 없는 한 일반적으로 각각 카트리지 자기 시그니처(134), 카트리지 카메라(135), 카트리지 센서(136) 및 연동 표면(137)이라 함)을 포함한다. 카트리지 자기 시그니처(134A-134N), 카트리지 카메라(135A-135N), 카트리지 센서(136A-136N) 및 연동 표면(137A-137N)은 바이오프린터 캡슐들(120A-120N)의 캡슐 자기 시그니처(124A-124N), 캡슐 카메라(125A-125N), 캡슐 센서(126A-126N) 및 연동 표면(127A-127N)과 구조적 및 기능적으로 유사하다.
[52] 다양한 실시예에서, 카트리지 캡슐들(130A-130N)은 생체재료를 수용하고 생체구조의 다양한 층을 인쇄하는 데 사용되는 바이오프린터 캡슐(120)에 생체재료를 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 생체재료는 채널(139)을 통해 카트리지 캡슐(130)에서 바이오프린터 캡슐(120)로 전달된다. 일 실시예에서, 카트리지 캡슐(130)은 카트리지 캡슐(130)에서 바이오프린터 캡슐(120)로 전달되는 생체재료의 유속을 프로그래밍 방식으로 제어한다. 일 실시예에서, 카트리지 캡슐(130)에서 바이오프린터 캡슐(120)로 전달되는 생체재료의 유속은 바이오프린팅 프로그램(101)에 의해 프로그래밍 방식으로 제어된다. 일 실시예에서, 생체재료는 고농도에서 저농도로 재료의 압력 및 확산에 기초하여 카트리지 캡슐(130)에서 바이오프린터 캡슐(120)로 수동적으로 전달된다. 일 실시예에서, 카트리지 캡슐(130) 및/또는 바이오프린터 캡슐(120)은 특정 자기장에 도입될 때 제어된 간격으로 생체재료를 방출하기 위해 미세유체 원리를 사용한다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 카트리지 캡슐(130)에 결합된 바이오프린터 캡슐(120)은 생체재료가 카트리지 캡슐(130)로부터 직접 증착되어(먼저 바이오프린터 캡슐(120)로 전달되지 않고) 생체구조의 하나 이상의 층을 형성하도록 구성될 수 있다. 그러한 일 실시예에서, 바이오프린터 캡슐(120)은 바이오프린팅 프로그램(101)에 의해 지시된 바와 같이 카트리지 캡슐(130)에 전원을 제공할 뿐만 아니라 이동을 제어하도록 구성될 수 있다.
[53] 데이터베이스(140)는 임의 유형의 데이터를 구조화 또는 비구조화 형식으로 저장할 수 있는 스토리지 디바이스이다. 데이터베이스(140)는 각각 다양한 조립된 바이오프린터를 조립하고 다양한 생체구조를 인쇄하기 위해 바이오프린팅 프로그램(101)에 의해 액세스 가능한 바이오프린터 설계들(142) 및 생체구조 설계들(146)을 포함한다. 본원에서 사용될 때, 바이오프린터 설계(142)는 일반적으로 적어도 하나의 바이오프린터 캡슐(120A-120N) 및 적어도 하나의 카트리지 캡슐(130A-130N)을 갖는 특정 바이오프린터를 조립하는 방법에 대한 명령들을 포함하는 파일로 이해될 수 있다. 각각의 바이오프린터 설계(142)는 연결되어 조립된 바이오프린터를 형성할 수 있는 쉽게 이용 가능한 바이오프린터 캡슐들(120A-120N) 및 카트리지 캡슐들(130A-130N)에 상응한다. 바이오프린터 설계(142)는 바이오프린터 및 카트리지 캡슐 구성요소들의 호환 조합들을 포함하는 사전 고려된 바이오프린터 설계들을 더 포함한다. 예를 들어, 제1 자기 시그니처를 갖는 바이오프린터 캡슐(120A)은 별개의 제2 자기 시그니처를 갖는 카트리지 캡슐(130A)에 연결될 수 있는데, 이는 제1 자기 시그니처와 제2 자기 시그니처가 서로 호환되기 때문이다. 다른 말로 하면, 연결된 경우, 바이오프린터 캡슐(120A) 및 카트리지 캡슐(130A)의 자기 시그니처들은 인쇄 동안 조립된 바이오프린터 및 조립된 바이오프린터의 움직임을 부정적으로 방해하지 않을 것이다.
[54] 일부 실시예에서, 특정 바이오프린터 설계는 적어도 부분적으로 인쇄할 생체구조의 복잡성과 환자의 삼키는 능력에 기초하여 선택된다. 캡슐을 삼키기가 어려운 환자들은 더 작은 섭취 가능한 바이오프린터 및 카트리지 캡슐(120 및 130) 또는 더 적은 구성요소를 필요로 하는 바이오프린터 조립체를 갖는 바이오프린터 설계(142)를 권장 할 수 있다.
[55] 일부 실시예에서, 바이오프린터 설계들(142)은 데이터베이스 (140)에서 검색되고 바이오프린터 캡슐(120)의 메모리에 로드된다. 다른 실시예들에서, 바이오프린터 설계들(142)은 데이터베이스 (140)에서 검색되고 컴퓨터 시스템(110) 상의 메모리에 로드된다. 일 실시예에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 환자 진단 데이터 보고서를 기반으로 하나 이상의 바이오프린터 설계(142)를 선택한다. 예를 들면, 진단 데이터 보고서에 기반하여, 바이오프린팅 프로그램(101)은 진단 보고서에서 손상의 원인과 같은 소화관의 손상된 부위와 관련된 특정 정보, 및 손상된 부위에 불규칙한 가장자리가 있는지와 같은 손상된 부위의 물리적 구조를 식별하는 것에 기반하여 특정 바이오프린터 설계를 선택한다. 일 실시예에서, 바이오프린터 설계(142)는 사용자 또는 시스템 관리자(예를 들어, 의료 전문가 또는 기술자)에 의해 미리 선택된다.
[56] 생체구조 설계들(146)은 손상된 소화관의 부위를 고치기 위한 복수의 인쇄 가능한 생체구조를 제공한다. 생체구조 설계(146)에는 특정 생체구조의 각 층을 인쇄하기 위한 일련의 명령들(3D 인쇄에 사용되는 STL 파일과 유사함)이 포함된다. 생체구조 설계에 포함된 명령 정보의 예는 다음을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다: (i) 특정 층을 인쇄하기 위해 어떤 생체재료를 사용해야 하는지(예를 들어, 하이드로겔, 메쉬 재료, 생물학적 성분을 생체 모방하기 위한 합성 재료들 뿐만 아니라 다양한 세포 유형(예를 들어, 줄기세포 및/또는 공여체 세포)); (ii) 생체재료를 인쇄하거나 달리 적용해야 하는 환자의 내부 위치; (iii) 각 층을 인쇄하기 위한 X, Y 및 Z 좌표; 및 (iv) 생체구조의 총 층수. 각각의 생체구조 설계(146)는 복잡한 혈관 생체구조에서 단순히 하나 이상의 생체재료 층을 인쇄하거나 스프레이하는 것까지 복잡성이 다를 수 있음을 인식해야 한다.
[57] 도 2는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 바이오프린터 및 카트리지 캡슐들을 조립된 바이오프린터로 조립하고 인체 내부에서 바이오프린팅을 수행하는 데 사용되는 예시적인 자기장 발생기(일반적으로 200으로 표시됨)를 도시한다. 도 2는 단지 하나의 구현의 예시를 제공할 뿐이며 다른 실시예들이 구현될 수 있는 환경들에 관한 어떠한 제한도 의미하지 않는다. 묘사된 환경에 대한 많은 수정이 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 청구범위에 의해 인용된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
[58] 도 2에 도시된 바와 같이, 자기장 발생기(200)는 하부 자석(210), 상부 자석(220), 용기(230) 및 캡슐(240)을 포함한다. 하부 자석(210) 및 상부 자석(220)은 바이오프린팅 프로그램(101)에 의해 프로그래밍 방식으로 제어될 수 있는 단일 유형의 자성 재료 또는 자성 재료들의 어레이를 포함할 수 있다. 용기(230)는 위장(stomach)과 같은 환자의 소화관의 부위를 나타내는 단순화된 예시이다. 용기(230)는 일반적으로 본원에서 위장이라고 할 수 있지만, 용기(230)는 소화관의 임의의 부위 또는 바이오프린팅이 필요한 내부 부위를 대표할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 캡슐(240)은 바이오프린터 캡슐(120), 카트리지 캡슐(130) 및/또는 바이오프린터 조립체를 나타낼 수 있다.
[59] 하부 자석(210) 및 상부 자석(220)은 캡슐(240)의 자기 시그니처에 “밀고-당기는” 또는 “반발하고-끌어당기는” 효과를 생성하도록 구성된다. 예를 들면, 하부 자석(210)은 양의(즉, 북극) 자기장(문자 “N”으로 표시됨)을 방출하거나 생성하도록 구성되고 상부 자석(220)은 음의(즉, 남극) 자기장(문자 “S”로 표시됨)을 생성하도록 구성된다. 따라서, 캡슐(240)의 자기 시그니처가 지배적인 양의 자기 구성요소를 갖는 경우, 하부 자석(210)의 양의 자기장은 캡슐(240)의 자기 시그니처의 지배적인 양의 성질에 반발하고, 이에 의해 캡슐(240)을 반대 방향으로 밀어낼 것이다. 하부 자석(210)에 의해 생성된 반발 자기력이 캡슐(240)을 당기는 상부 자석(220)에 의해 생성된 인력과 결합될 때, 캡슐(240)은 궁극적으로 용기(230) 내에 부유된다. 자기장 발생기(200)는 캡슐(240)에 대한 중력의 영향을 효과적으로 감소시키고 캡슐(240)이 용기(230)에 대해 미리 결정된 범위 내에서 부유 및/또는 공중 부양된 상태로 유지되도록 한다는 것을 이해해야 한다. 여기서, 미리 결정된 범위는 캡슐(240)의 특정 자기 시그니처에 작용하는 특정 자기장(들)에 의해 영향을 받는다.
[60] 다양한 실시예에서, 캡슐(240)의 자기 시그니처는 각각 하부 자석(210) 및 상부 자석(220)에 의해 생성된 하나 이상의 외부 자기장에 노출될 때 용기(230) 내부에 특정한 미리 결정된 배향을 설정하도록 구성된다. 일 실시예에서, 자기 시그니처는 캡슐(240)의 밀도 분포에 기초하여 환자 내부의 특정 위치(예를 들어, 45도)에서 캡슐(240)을 배향하도록 사전 설계된다. 일 실시예에서, 캡슐(240)의 자기 시그니처는 각각 하부 자석(210) 및 상부 자석(220)에 의해 생성된 외부 자기장과 직접 상호작용하여 용기(230) 내에서 사전 결정된 범위 내에서 캡슐(240)을 부유/부양시키는 자기 구성요소, 및 밀도 분포를 모두 포함한다. 예를 들면, 좌측(240B)은 우측(240A)에 포함된 재료보다 더 높은 밀도를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 우측(240A)과 좌측(240B) 사이의 질량 및 밀도 분포의 결과, 캡슐(240)은 하부 자석(220) 및 상부 자석(240)에 의해 생성된 외부 자기장을 받을 때 45도로 배향된다.
[61] 일 실시예에서, 캡슐(240)의 자기 시그니처는 자기 분포(magnetic distribution)를 포함한다. 자기 분포는 캡슐(240) 전체에서 미리 결정된 부위들에 특정 자기장 및 자기적 성질을 생성하기 위해 전자기 회로 또는 다른 자기 재료를 사용한다. 자기 분포에 의해 생성된 자기장 및 자기적 성질은 자기장 발생기(200)에 의해 생성된 자기장과 상호 작용하여 캡슐(240)이 용기(230)의 미리 결정된 범위 내에서 부유/부양되는 동안 특정 배향을 갖도록 한다. 예를 들면, 자기 시그니처는 그의 자기 분포에 기초하여 환자 내부에서 특정 배향(예를 들어, 45도)으로 캡슐(240)을 배향하도록 사전 설계된다. 이 예에서, 자기 구성요소 또는 전자기 회로는 캡슐(240)의 좌측(240B)에서 하부 자석(210)의 자기장에 약하게 반발하도록 구성되고 캡슐(240)의 우측(240A)에서 자기 구성요소 또는 전자기 회로는 상부 자석(220)에 강하게 끌리도록 구성된다.
[62] 도 2에는 하나의 캡슐(240)만이 도시되어 있지만, 바이오프린터 캡슐들(120A-120N) 및 카트리지 캡슐들(130A-130N)은 각각의 캡슐이 바이오프린팅 프로그램(101)에 의해 독립적으로 제어될 수 있게 하는 고유한 자기 시그니처들(134)을 각각 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 더욱이, 도 2에 도시된 바와 같은 하부 자석(210) 및 상부 자석(220)은 캡슐(240)의 자기 시그니처에 각각 미는/반발하는 힘 및 당기는/끌어당기는 힘을 생성하는 양의 자기장 및 음의 자기장을 갖는 것으로 설명되지만, 음의 자기장은 미는/반발하는 힘으로 작용하도록 배향될 수 있는 반면 음의 자기장은 당기는/끌어당기는 힘으로 작용하도록 배향될 수 있음을 이해해야 한다.
[63] 도 3은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 인체 내부에서 두 개의 캡슐을 배향하기에 적합한 예시적인 자기장 발생기(일반적으로 300으로 표시됨)를 도시한다. 도 3은 단지 하나의 구현의 예시를 제공할 뿐이며 다른 실시예들이 구현될 수 있는 환경들에 관한 어떠한 제한도 의미하지 않는다. 묘사된 환경에 대한 많은 수정이 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 청구범위에 의해 인용된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
[64] 도 3에 도시된 바와 같이, 자기장 발생기(300)는 하부 자석(310), 상부 자석(320), 용기(330), 제1 캡슐(340) 및 제2 캡슐(350)을 포함한다. 하부 자석(310) 및 상부 자석(320)은 바이오프린팅 프로그램(101)에 의해 프로그래밍 방식으로 제어될 수 있는 단일 자기 유형 또는 자기 유형들의 어레이(예를 들어, 하나 이상의 영구 자석, 하나 이상의 전자석, 또는 이들의 임의의 조합)를 포함할 수 있다. 용기(330)는 위장(stomach)과 같은 환자의 소화관의 부위를 나타내는 단순화된 예시이다. 용기(330)는 일반적으로 본원에서 위장이라고 할 수 있지만, 용기는 소화관의 임의의 부위 또는 바이오프린팅이 필요한 내부 부위를 대표할 수 있다. 제1 캡슐(340) 및 제2 캡슐(350)은 바이오프린터 캡슐(120), 카트리지 캡슐(130), 바이오프린터 조립체, 및/또는 이들의 임의의 가능한 조합을 나타낼 수 있다.
[65] 도 3에 도시된 바와 같이, 위장 또는 용기(330)는 상자성 재료로 가득 채워진다. 일 실시예에서, 용기(330)는 조립 및/또는 인쇄 프로세스 동안 가득 채워진다. 일 실시예에서, 용기(330)는 바이오프린터 조립체 또는 바이오프린팅 프로세스를 위해서만 가득 채워진다. 용기(330)를 상자성 재료로 가득 채움으로써, 캡슐(340 및 350)은 특히 캡슐(340 및 350) 전체에 분포된 복잡한 전자기 회로들 또는 자기 구성요소들로부터 형성된 자기 시그니처들을 가질 필요가 없다는 것을 이해해야 한다. 그러나, 용기(330)를 상자성 재료로 가득 채울 때 캡슐(340) 및 캡슐(350)의 각각의 자기 시그니처를 형성하기 위해 전자기 회로들 및/또는 자기 구성요소들이 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 비록 논의되지는 않았지만, 용기(330)는 대신에 반자성 재료로 가득 채워질 수 있음을 또한 이해해야 한다. 유사하게, 캡슐(340) 및 캡슐(350)은 대신 적어도 부분적으로 상자성 재료에 기초하여 형성되는 자기 시그니처들을 가질 수 있다.
[66] 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 상자성 재료들이 외부에서 인가된 자기장에 이끌리고 기체 또는 액체 용액으로 찾을 수 있는 짝을 이루지 않은 전자들을 가지고 있음을 이해할 것이다. 외부 자기장이 인가되면, 인가된 외부 자기장과 같은 방향으로 상자성 재료들에서 자기장이 유도된다. 사용 가능한 상자성 재료에는 비독성 및 생체적합성으로 간주되는 알려진 기체 및/또는 액체 용액이 포함될 수 있다. 액체 상자성 재료의 사용은 자기장의 강도를 증가시키는 것 외에도 또한 캡슐들의 자기 시그니처들의 특정 구성들과 결합된 일반적인 밀도 원리들을 구현할 때 더 무거운 캡슐들의 사용을 가능하게 함을 이해해야 한다. 유사하게, 액체 상자성 재료의 사용은 또한 본 발명의 다양한 실시예에 따라 조립 및 바이오프린팅을 수행하기 위해 사용되는 더 약한 자기장을 갖는 자석들 또는 자성 재료들의 사용을 가능하게 한다.
[67] 도 3에 추가로 도시된 바와 같이, 용기(330) 아래에 배향된 하부 자석(310) 및 용기(330) 위에 배향된 상부 자석(320)은 각각 용기(330)를 향하는 양의 자기장을 방출하거나 생성하도록 구성된다(양의 자기장은 문자 “N”으로 표시되고 음의 자기장은 문자 “S”로 표시된다). 도 3은 양의 자기장으로서 하부 자석(310) 및 상부 자석(320)을 도시하고 있지만, 하부 및 상부 자석(310 및 320)은 반대 자기장들이 용기(330)를 향하도록 극들과 같이 방향을 잡기만 하면 된다. 이에 따라, 다른 실시예들에서, 하부 자석(310) 및 상부 자석(320)은 각각 음의 자기장을 용기(330) 쪽으로 향하게 하도록 구성될 수 있다. 하부 자석(310) 및 상부 자석(320) 각각은 바이오프린팅 프로그램(101)에 의해 가변 자기장 강도를 갖는 하나 이상의 자기장을 각각 용기(330) 쪽으로 향하게 하도록 구성될 수 있다.
[68] 일부 실시예에서, 캡슐들(340 및 350)은, 캡슐 형상, 캡슐 밀도 분포, 자기 구성요소들의 특정 배열(예를 들어, 반자성 재료와 같은 임의 유형의 자성 재료) 및 전자기 회로들 중 하나 이상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 자기 시그니처들을 갖는다. 캡슐(340) 및 캡슐(350)은 동일한 자기 시그니처 또는 별개의 개별 자기 시그니처를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 캡슐(340) 및 캡슐(350)이 서로 다른 자기 시그니처를 갖기 때문에 캡슐(340) 및 캡슐(350)은 용기(330) 내에서 서로 다른 배향과 위치를 갖는다. 일 실시예에서, 캡슐(340) 및 캡슐(350)은 이들의 자기 시그니처와 관련된 각각의 밀도 구성요소에 기초하여 용기(330) 내에 위치 및/또는 배향된다. 일 실시예에서, 캡슐(340) 및 캡슐(350)은 이들의 자기 시그니처와 관련된 각각의 형상에 기초하여 용기(330) 내에 위치 및/또는 배향된다. 예를 들면, 삼각형 형상의 캡슐은 상자성 재료 내에서 타원형 형상의 동일한 캡슐과는 다르게 그 자신을 배향할 수 있다.
[69] 일 실시예에서, 캡슐(340 및 350)은 이들의 자기 시그니처와 관련된 각각의 반자성 재료에 기초하여 용기(330) 내에 위치 및/또는 배향된다. 외부 자기장이 반자성 재료를 향하면, 외부 자기장 방향과 반대 방향으로 자기장이 유도된다. 하부 자석(310) 및 상부 자석(320)으로 도시된 두 개의 유사 및 반대 극들이 자기 시그니처의 일부로서 반자성 재료를 갖는 캡슐(340 또는 350)을 향할 때, 캡슐(340 또는 350)의 배향 및/또는 위치는 하부 자석(310) 및 상부 자석(320)의 자기장 강도에 기초하여 미리 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 하부 자석(310) 및 상부 자석(320)은 영구 자석이다. 여기서, 각각의 반자성 재료를 갖는 캡슐(340 및 350)의 위치 및/또는 배향은 캡슐(340) 및 캡슐(350)에 대한 하부 자석(310) 및 상부 자석(320)의 위치를 변경함으로써 변경될 수 있다. 일 실시예에서, 하부 자석(310) 및 상부 자석(320)은 전자석이다. 여기서, 각각의 반자성 재료를 갖는 캡슐(340) 및 캡슐(350)의 위치 및/또는 배향은 캡슐(340) 및 캡슐(350)에 대한 하부 자석(310) 및 상부 자석(320)의 전류를 변경(증가 또는 감소)하여 하부 자석 및 상부 자석(320)에 의해 생성된 자기장을 변경함으로써 변경될 수 있다.
[70] 도 4는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 조립된 바이오프린터를 조립하고 인체 내부에서 바이오프린팅을 수행하기 위한 바이오프린팅 프로그램(101)에 의한 작동 단계들을 도시한 흐름도이다. 도 4는 단지 하나의 구현의 예시를 제공할 뿐이며 다른 실시예들이 구현될 수 있는 환경들에 관한 어떠한 제한도 의미하지 않는다. 묘사된 환경에 대한 많은 수정이 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 청구범위에 의해 인용된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 추가로, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 논의된 요소들 및 식별자들은 유사한 구조를 나타내고 명료성을 제공하기 위해서만 도 4로 이어질 수 있다. 이러한 이전 도면들에서 사용된 식별자들의 사용은 다른 도면과 관련하여 논의된 다른 실시예들에 대한 대체를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
[71] S402 단계에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 환자에게 하나 이상의 바이오프린터 캡슐(120A-120N) 및 하나 이상의 카트리지 캡슐(130A-130N)을 섭취하도록 지시한다. 바이오프린터 캡슐(120A-120N) 및 카트리지 캡슐(130A-130N)의 수와 유형은 특정 3D 생체구조를 인쇄하기 위해 미리 결정된 바이오프린터 설계(142)에 따라 선택된다. 일부 실시예에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 환자에게 특정 시간 간격으로 특정 바이오프린터 캡슐들(120A-120N) 및 카트리지 캡슐들(130A-130N)을 섭취하도록 지시한다. 이는 바이오프린터가 한 번에 하나의 캡슐을 조립할 수 있게 하고 각각의 바이오프린터 캡슐들(120A-120N)과 카트리지 캡슐들(130A-130N)을 서로 연결할 때 바이오프린터 캡슐들(120A-120N)과 카트리지 캡슐들(130A-130N)의 서로 다른 자기 시그니처들 사이의 간섭을 줄이기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 바이오프린터 설계(142)는 네 개의 캡슐, 즉 바이오프린터 캡슐(120A), 바이오프린터 캡슐(120B), 바이오프린터 카트리지(120C) 및 카트리지 캡슐(130A)의 사용을 필요로 한다. 이 예를 계속하면, 바이오프린터 캡슐들(120A 및 120B)은 부분적으로 조립된 바이오프린터를 형성하기 위해 이들의 각각의 연동 표면들을 통해 이미 섭취되고 함께 연결되었다. 바이오프린터 캡슐(120C)이 이어서 섭취되고 카트리지 캡슐(130A)을 섭취하기 전에 바이오프린터 캡슐들(120A 및 120B)에 연결된다. 따라서, 바이오프린터 캡슐들 및/또는 캡슐 카트리지들을 조립할 때 각각의 바이오프린터 및/또는 카트리지 캡슐들의 자기 시그니처들에 작용하는 외부 자기장에 의해 야기되는 임의의 간섭 가능성이 완화된다. 그러나, 일부 실시예에서, 바이오프린터 캡슐들(120A-120N) 및 카트리지 캡슐들(130A-130N)은 임의의 순서로 섭취될 수 있다. 예를 들면, 바이오프린터 캡슐들(120A-120N) 및 카트리지 캡슐들(130A-130N)의 각각의 자기 시그니처는 서로 호환되도록 사전 설계되며, 따라서, 바이오프린터를 자기적으로 조립하는 것 또는 바이오프린팅 프로세스의 효율성을 감소시킬 수 있는 방식으로 간섭하지 않을 것이다.
[72] S404 단계에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터를 형성하기 위해 하나 이상의 바이오프린터 캡슐(120A-120N) 및 하나 이상의 카트리지 캡슐(130A-130N)을 자기적으로 조립한다. 바이오프린팅 프로그램(101)은 바이오프린터 캡슐 및/또는 카트리지 캡슐을 향하는 특정 자기장들을 생성하도록 자기장 발생기(102)를 구성하며 그 캡슐들이 부유/부양되거나 미리 결정된 범위에서 환자 내부에서 부유/부양될 수 있게 한다. 위에서 상세히 논의된 바와 같이, 바이오프린터 캡슐 및 카트리지 캡슐 각각은 자기장 발생기(102)에 의해 생성된 자기장들과 상호 작용하여 중력의 영향을 감소시키는 자기 시그니처를 가지며, 이로써 그 캡슐들이 부유되거나 부양되게 할 수 있다. S404 단계는 일반적으로 도 4를 참조하여 논의되지만, S406 단계는 도 5를 참조하여 아래에서 더 자세히 논의될 것이다.
[73] S406 단계에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터를 환자의 소화관의 손상된 부위로 가도록 자기적으로 유도한다. 일부 실시예에서, 조립된 바이오프린터의 캡슐들 중 적어도 하나, 즉 바이오프린터 캡슐(120) 또는 카트리지 캡슐(130)은 캡슐 카메라(125)를 포함한다. 캡슐 카메라(125)는 이미지 데이터를 캡처하고 그 이미지 데이터를 바이오프린팅 프로그램(101)으로 전송할 수 있다. 일부 실시예에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 그 이미지 데이터를 분석하여 조립된 바이오프린터를 환자의 소화관의 손상된 부위로 가게 한다. 일부 실시예에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 시스템 관리자(예를 들어, 의료진 또는 의료기사)로부터 손상된 부위의 위치에 대한 위치 데이터를 수신한다. S406 단계는 일반적으로 도 4를 참조하여 논의되지만, S406 단계는 도 5를 참조하여 아래에서 더 자세히 논의될 것이다.
[74] S408 단계에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터가 손상된 소화 조직의 부위에 생체구조를 인쇄하도록 자기적으로 유도한다. 바이오프린팅 프로그램(101)에 의해 제어되는 인쇄 프로세스는 복잡성의 범위가 손상된 소화관 부위에 세포 층들을 분사하는 것부터 복잡한 소화 조직을 인쇄하는 것까지 일 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 스크러버/피니셔를 수용하는 제1 바이오프린터 캡슐(120A), 바이오프린터 캡슐(120A)에 상호 연결된 캡슐 카메라(125A), 제1 카트리지 캡슐(130A), 제2 카트리지 캡슐(130B), 및 바이오프린팅에 필요할 수 있는 다른 바이오프린터 구성요소들(미도시)로부터 형성된 조립된 바이오프린터의 인쇄 프로세스를 제어한다. 이 예시적인 실시예에서, 소화 조직의 손상된 부위에 생체구조를 고치는 인쇄의 효능을 억제 및/또는 감소시킬 수 있는 불규칙한 가장자리가 있으면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터 상의 스크러버/피니셔 기능 유닛을 사용하여 손상된 부위에 대한 불규칙한 가장자리 또는 파편을 제거하도록 조립된 바이오프린터에 지시할 수 있다. 경우에 따라 손상된 부위에 제1 층을 인쇄하기 전에 손상된 부위를 문질러 닦을 필요가 없다는 점에 유의해야 한다.
[75] 바이오프린팅 프로그램(101)은 카트리지 캡슐에 수용된, 생체구조 설계(146)에 의해 결정된 바와 같은, 생체재료의 제1 층을 인쇄하기 위해 조립된 바이오프린터를 이동시킨다. 바이오프린팅 프로그램(101)은 생체구조 설계(146)에 의해 결정된 바와 같이 조립된 바이오프린터가 3D 좌표 평면(예를 들어, xy-평면)에서 이동하도록 유도하기 위해 생성된 자기장 발생기(102) 및 관련된 하나 이상의 자기장을 구성한다. 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터가 특정 좌표(들)에서 생체재료를 인쇄하도록 이동되게 하기 위해 자기장을 변경한다. 조립된 바이오프린터가 다음 좌표 증분으로 이동하도록 하기 위해, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터를 그 좌표 위치로 이동시키기 위해 하나 이상의 자기장을 다시 변경한다. 바이오프린팅 프로그램(101)은 생체구조 설계(146)로부터 각 층이 어떻게 인쇄되어야 하는지 지정하는 좌표 지침을 수신한다. 바이오프린팅 프로그램(101)은 이 정보를 사용하여, 각 단계에서 하나 이상의 자기장이 조립된 바이오프린터를 하나의 증분에서 다음 증분으로 이동하는 방식으로 변경되는, 순차적인 일련의 단계들을 결정한다. 예를 들면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 xy-평면(즉, 인쇄할 생체구조 층을 포함하는 평면) 전체에서 조립된 바이오프린터를 점진적으로 이동시키기 위해 순차적인 일련의 단계들에서 하나 이상의 외부 자기장을 변경한다.
[76] 일부 실시예에서, 제1 층은 생체구조의 다양한 하위 구조들에 대한 지지 뿐만 아니라 추가 층들에 대한 지지를 제공하는 메쉬 재료를 포함한다. 메쉬 재료에는 하이드로겔, 글리코겐 및 인쇄 가능한 생체구조를 지지하도록 구성된 기타 생체분자 또는 합성 성분을 포함하지만 이에 제한되지 않는 생체적합성 재료들이 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 제1 층을 인쇄하는 동안 캡슐 카메라(125)로부터 이미지 데이터를 수신한다. 일 실시예에서, 인쇄 동안 캡처된 이미지 데이터를 기반으로, 바이오프린팅 프로그램(101)은 제1 층의 인쇄가 완료되는 시기를 판단할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 층은 생체구조 설계(146)의 제1 층을 완성하는 데 기초하여 완료된 것으로 판단된다. 바이오프린팅 프로그램(101)이 제1 층은 미완료라고 판단하면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 제1 층의 인쇄 동안 조립된 바이오프린터를 계속 지시한다. 후속 층들의 인쇄는 제1 층의 인쇄와 유사하게 달성된다. 그러나, 후속 층을 인쇄하기 위해 다른 재료가 필요하면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 하나의 카트리지 캡슐로부터 생체재료의 흐름을 정지하고 다른 카트리지 캡슐로부터 제2의 성질이 다른 생체재료의 흐름을 시작한다. 예를 들면, 제1 카트리지 캡슐은 조직 층을 인쇄하는 데 필요한 특정 세포 유형을 포함할 수 있으며, 제2 카트리지 캡슐은 손상된 부위의 치유를 돕기 위해 손상된 부위에 분사될 수 있는 약물을 포함할 수 있다. S408 단계는 일반적으로 도 4를 참조하여 논의되지만, S408 단계는 도 5를 참조하여 더 자세히 논의될 것이다.
[77] S410 단계에서, 바이오프린팅이 완료된 후에, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터를 개별 구성요소들로 분해한다.
[78] 도 5는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 조립된 바이오프린터를 형성하기 위해 바이오프린터 캡슐(120)과 카트리지 캡슐(130)을 연결하기 위한 작동 단계들을 도시한 흐름도이다. 도 5는 단지 하나의 구현의 예시를 제공할 뿐이며 다른 실시예들이 구현될 수 있는 환경들에 관한 어떠한 제한도 의미하지 않는다. 묘사된 환경에 대한 많은 수정이 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 청구범위에 의해 인용된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 도 5는 일반적으로 도 2와 3에서 논의된 구성요소들을 지칭하지만, 자기장 발생기(102)를 참조하여 논의된 임의의 자기적 구성이 사용될 수 있다. 추가로, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 논의된 요소들 및 식별자들은 유사한 구조를 나타내고 명료성을 제공하기 위해서만 도 5로 이어질 수 있다. 이러한 이전 도면들에서 사용된 식별자들의 사용은 다른 도면과 관련하여 논의된 다른 실시예들에 대한 대체를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
[79] S502 단계에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 하나 이상의 외부 자기장을 환자 내부에 위치한 바이오프린터 캡슐(120) 및 카트리지 캡슐(130)을 향하도록 지시하여 바이오프린터 캡슐(120)과 카트리지 캡슐(130)이 사전조립된 시작 위치를 얻도록 한다. 사전조립된 시작 위치는 일반적으로 각각의 바이오프린터 캡슐들(120A-120N) 및 각각의 카트리지 캡슐들(130A-130N)을 특정 배열로 연결하기 위해 필요한 하나 이상의 바이오프린터 캡슐(120A-120N), 하나 이상의 카트리지 캡슐(130A-130N), 및/또는 이들의 임의의 가능한 조합의 특정 위치 및/또는 배향으로 이해할 수 있다. 바이오프린터 캡슐(120) 및 카트리지 캡슐(130)은 적어도 부분적으로는 하나 이상의 외부 자기장과 바이오프린터 캡슐(120) 및 카트리지 캡슐(130) 각각의 특정 자기 시그니처의 상호작용에 기초하여 사전조립된 시작 위치로 이동된다. 캡슐의 각 자기 시그니처는 하나 이상의 특정 자기장에 도입될 때 바이오프린터 캡슐(120) 및/또는 카트리지 캡슐(130)을 자동으로 배향하고 위치시켜야 한다는 점을 이해해야 한다. 그러나, 다양한 이유(예를 들어, 자기장의 강도 또는 방향)에서, 바이오프린터 캡슐(120) 및/또는 카트리지 캡슐(130)이 스스로 사전조립된 시작 위치에 자동으로 위치 및/또는 배향되지 않는 경우가 발생할 수 있다.
[80] 판정 단계 504에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 바이오프린터 캡슐(120) 및 카트리지 캡슐(130)이 사전조립 시작 위치에 있는지 여부를 판정한다. 여기서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 바이오프린터 캡슐 및 카트리지 캡슐(130)의 위치와 방향을 각각 사전조립 시작 위치에 해당하는 미리 정해진 위치들 및 배향들에 각각 비교한다. 바이오프린팅 프로그램(101)이 바이오프린터 캡슐(120) 및 카트리지 캡슐(130)이 사전조립 시작 위치에 있다고 판정하면(판정 단계 “예” 분기), 바이오프린팅 프로그램(101)은 S510 단계로 진행하고, 바이오프린터 캡슐(120)과 카트리지 캡슐(130)이 연결되어 조립된 바이오프린터를 형성한다. 바이오프린팅 프로그램(101)이 바이오프린터 캡슐(120) 및 카트리지 캡슐(130)이 사전조립 시작 위치에 있지 않다고 판정하면(판정 단계 “아니오” 분기), 바이오프린팅 프로그램(101)은 S506 단계로 진행한다.
[81] S506 단계에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 바이오프린터 캡슐(120) 및/또는 카트리지 캡슐(130)을 향하는 하나 이상의 외부 자기장을 변경하여 오정렬된 캡슐을 사전조립 시작 위치로 재위치 및/또는 배향시킨다. 바이오프린팅 프로그램(101)은 바이오프린터 캡슐(120) 및/또는 카트리지 캡슐(130)을 이동시키기 위해 본원에서 논의된 임의의 특정 방식으로 하나 이상의 외부 자기장을 변경할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터를 아래 도 6의 S602 단계에서 논의되는 초기 인쇄 위치로 이동시키는 것과 실질적으로 유사한 방식으로 바이오프린터 캡슐(120) 및/또는 카트리지 캡슐(130)을 재위치시킬 수 있다.
[82] 판정 단계 S508에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 S506 단계에 따라 하나 이상의 외부 자기장을 변경한 후 바이오프린터 캡슐(120) 및 카트리지 캡슐(130)이 사전조립 시작 위치에 있는지 여부를 판정한다. 여기서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 (S506 단계 후에) 바이오프린터 캡슐 및 카트리지 캡슐(130)의 위치와 배향을 사전조립 시작 위치에 해당하는 미리 정해진 위치들 및 배향들과 비교한다. 바이오프린팅 프로그램(101)이 바이오프린터 캡슐(120) 및 카트리지 캡슐(130)이 사전조립 시작 위치에 있지 않다고 판정하면(판정 단계 “아니오” 분기), 바이오프린팅 프로그램(101)은 S506 단계로 돌아간다. 바이오프린팅 프로그램(101)이 바이오프린터 캡슐(120) 및 카트리지 캡슐(130)이 사전조립 시작 위치에 있다고 판정하면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 S510 단계로 진행한다.
[83] S510 단계에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 바이오프린터 캡슐(120)과 카트리지 캡슐(130)을 연결하여 조립된 바이오프린터를 형성한다. 바이오프린터 캡슐(120) 및 카트리지 캡슐(130)은 그들 각각의 연동 표면들, 연동 표면(127) 및 연동 표면(137)에서 연결된다. 여기서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 연동 표면(127)과 연동 표면(137)이 연결되도록 구성한다. 연동 표면(127) 및 연동 표면(137)은 논의된 임의의 특정 방식으로 구성될 수 있다.
[84] 도 6은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 도 5에서 조립된 바이오프린터를 사용하여 바이오프린팅을 수행하기 위한 바이오프린팅 프로그램(101)에 의한 작동 단계들을 도시한 흐름도이다. 도 6은 단지 하나의 구현의 예시를 제공할 뿐이며 다른 실시예들이 구현될 수 있는 환경들에 관한 어떠한 제한도 의미하지 않는다. 묘사된 환경에 대한 많은 수정이 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들에 의해 청구범위에 의해 인용된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 추가로, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 논의된 요소들 및 식별자들은 유사한 구조를 나타내고 명료성을 제공하기 위해서만 도 6으로 이어질 수 있다. 이러한 이전 도면들에서 사용된 식별자들의 사용은 다른 도면과 관련하여 논의된 다른 실시예들에 대한 대체를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
[85] S602 단계에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 하나 이상의 외부 자기장을 환자 내부에 위치한 조립된 바이오프린터를 향하도록 지시하여 조립된 바이오프린터가 초기 인쇄 위치를 얻게 한다. 초기 인쇄 위치는 일반적으로 조립된 바이오프린터가 손상된 부위에 생체구조의 제1 층을 인쇄하기 시작하는 데 필요한 특정 위치 및/또는 배향으로 이해될 수 있다. 일 실시예에서, 조립된 바이오프린터는 조립된 바이오프린터를 형성하는 각각의 캡슐들의 자기 시그니처들과 상호작용하여 조립된 바이오프린터가 초기 인쇄 위치를 얻게 하는 하나 이상의 추가 외부 자기장을 도입하는 것에 기초하여 초기 인쇄 위치로 이동된다. 일 실시예에서, 조립된 바이오프린터는 조립된 바이오프린터를 향하는 하나 이상의 외부 자기장의 노화에 기초하여 초기 인쇄 위치로 이동된다. 일 실시예에서, 조립된 바이오프린터는 하나 이상의 추가 외부 자기장 및 이미 존재하는 하나 이상의 자기장을 도입하는 것에 기초하여 초기 인쇄 위치로 이동된다. 조립된 바이오프린터를 형성하는 캡슐들의 특정 자기 시그니처들에 기초하여, 조립된 바이오프린터는 추가 및/또는 변경된 외부 자기장을 받을 때 자동으로 스스로 초기 인쇄 위치로 배향해야 함을 이해해야 한다. 그러나, 다양한 이유(예를 들어, 자기장의 강도 또는 방향)에서, 조립된 바이오프린터가 스스로 초기 인쇄 위치에 자동으로 위치 및/또는 배향되지 않는 경우가 발생할 수 있다.
[86] 판정 단계 S604에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터가 초기 인쇄 위치에 있는지 판정한다. 여기서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터의 위치 및 배향 정보를 초기 인쇄 위치에 해당하는 미리 정해진 위치 및 배향과 비교한다(예를 들어, 초기 인쇄 위치는 특정 생체구조를 인쇄하기 위한 생체구조 설계에서 지정될 수 있다). 바이오프린팅 프로그램(101)이 조립된 바이오프린터가 초기 인쇄 위치에 있다(판정 단계 “예” 분기)고 판정하면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 S610 단계로 진행한다. 바이오프린팅 프로그램(101)이 조립된 바이오프린터가 초기 인쇄 위치에 없다(판정 단계 “아니오” 분기)고 판정하면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 S606 단계로 진행한다.
[87] S606 단계에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터를 향하는 하나 이상의 외부 자기장을 변경하여 조립된 바이오프린터를 초기 인쇄 위치로 재위치 및/또는 배향시킨다. 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터를 이동시키기 위해 본원에서 논의된 임의의 특정 방식으로 하나 이상의 외부 자기장을 변경할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터를 상기 도 6의 S602 단계에서 논의되는 초기 인쇄 위치로 이동시키는 것과 실질적으로 유사한 방식으로 조립된 바이오프린터를 재위치시킬 수 있다.
[88] 판정 단계 S608에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 S606 단계에 따라 하나 이상의 외부 자기장을 변경한 후 조립된 바이오프린터가 초기 인쇄 위치에 있는지 여부를 판정한다. 여기서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 (S606 단계 후에) 조립된 바이오프린터의 위치와 배향을 초기 인쇄 위치에 해당하는 미리 정해진 위치 및 배향과 비교한다. 바이오프린팅 프로그램(101)이 조립된 바이오프린터가 초기 인쇄 위치에 없다(판정 단계 “아니오” 분기)고 판정하면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 S606 단계로 돌아간다. 바이오프린팅 프로그램(101)이 조립된 바이오프린터가 초기 인쇄 위치에 있다(판정 단계 “예” 분기)고 판정하면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 S610 단계로 진행한다.
[89] S610 단계에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터를 이동시켜 환자의 내부 손상된 부위에 생체구조의 층을 인쇄한다. 다양한 실시예에서, 바이오프린팅은 조립된 바이오프린터를 향하는 하나 이상의 외부 자기장을 순차적으로 변경시키는 것에 적어도 부분적으로 기초하여 생체구조의 특정 층을 인쇄한다. 하나 이상의 외부 자기장의 순차적 변경은 적어도 하나의 평면을 따라 조립된 바이오프린터의 점진적 이동에 해당한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 자기장을 순차적으로 변경하는 것은 제1 전자석 및 제2 전자석 각각의 자기장 강도를 역으로 증가 및 감소시키는 것을 포함한다. 예를 들면, 한 쌍의 전자석이 조립된 바이오프린터에 대해 x축을 따라 배열될 수 있는데, 이 쌍에서 점진적으로 한 자석의 자기장 강도를 역으로 증가시키고 다른 자석의 자기장 강도를 감소시켜 조립된 바이오프린터가 x축을 따르는 방향으로 점진적으로 이동하게 하도록 배열될 수 있다. 인가된 전류를 제어함으로써, 바이오프린팅 프로그램(101)은 수평 쌍의 왼쪽 전자석의 반발 자기장 강도가 증가하고 오른쪽 전자석의 인력 자기장이 감소하는 자기장의 미묘한 변화를 생성할 수 있다. 자기장의 변화는 조립된 바이오프린터가 오른쪽을 향하여 움직이도록 유도한다. 수평 쌍의 자기장 강도를 역으로 변경함으로써 조립된 바이오프린터는 x 및 y 방향(즉, 오른쪽 및 왼쪽 전자석 사이에서 앞뒤로)으로 이동할 수 있다. 유사하게, 한 쌍의 전자석이 조립된 바이오프린터에 대해 y축을 따라 배열될 수 있는데, 이 쌍에서 점진적으로 한 자석의 자기장 강도를 역으로 증가시키고 다른 자석의 자기장 강도를 감소시켜 조립된 바이오프린터가 y축을 따르는 방향으로 점진적으로 이동하게 하도록 배열될 수 있다. 마찬가지로, 한 쌍의 전자석이 조립된 바이오프린터에 대해 z축을 따라 배열될 수 있는데, 이 쌍에서 점진적으로 한 자석의 자기장 강도를 역으로 증가시키고 다른 자석의 자기장 강도를 감소시켜 조립된 바이오프린터가 z축을 따르는 방향으로 점진적으로 이동하게 하도록 배열될 수 있다. 따라서 바이오프린팅 프로그램(101)의 지시에 따라 협력하여 일할 때, 수평 쌍은 각 층 내에서 조립된 바이오프린터의 움직임을 제어하고 수직 쌍은 바이오프린터의 부유와 높이를 제어하여 각 층이 인쇄될 때 조립된 바이오프린터가 생체구조의 다양한 층들을 적절하게 인쇄하는 데 필요한 올바른 높이에 부유되도록 한다.
[90] 이 프로세스는 생체구조의 추가 층들을 인쇄하기 위해 유사하게 수행될 수 있음에 유의해야 한다. 다른 말로 하면, 제1 층은 조립된 바이오프린터를 x-평면을 따른 방향으로 점진적으로 이동시켜 형성할 수 있고, 제2 층은 조립된 바이오프린터를 y-평면을 따른 방향으로 점진적으로 이동시켜 형성할 수 있고, 제3 층은 조립된 바이오프린터를 x-평면을 따른 방향으로 점진적으로 이동시켜 형성할 수 있는 등이다. 각각의 추가 층이 인쇄될 때, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터를 z-평면을 따른 방향으로 점진적으로 이동시키고, 각각의 추가 층이 z-축에서 전체 인쇄된 생체구조의 높이를 증가시킨다는 것을 추가로 유의해야 한다.
[91] 일 실시예에서, 단일 카트리지 캡슐은 전체 생체구조를 인쇄하는 데 필요한 충분한 양의 생체재료를 포함한다. 일 실시예에서, 생체구조를 인쇄하는 데 복수의 카트리지 캡슐이 필요하다. 일부 실시예에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 카트리지 캡슐에 생체재료가 비는 때를 판정한다. 이러한 실시예들에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 추가의 이미 부착된 카트리지 캡슐로부터 인쇄하도록 조립된 바이오프린터에 지시하고 유도하거나, 또는 두 번째 카트리지 캡슐이 사용될 수 있다. 제2 카트리지 캡슐을 사용하는 실시예들에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 바이오프린팅 프로세스를 중단하고 조립된 바이오프린터의 자기장 발생기(102) 및 캡슐 자기 시그니처들(134)을 제어 및 구성하여 빈 카트리지 캡슐을 제거하고 제2 카트리지 캡슐을 조립하여 조립된 바이오프린터를 재형성한다. 이 예에서, 바이오프린터가 두 번째 카트리지 캡슐로 재성형된 후에, 바이오프린팅 프로그램(101)은 이전에 인쇄 프로세스가 중단된 정확한 순간에 인쇄 프로세스를 다시 시작하도록 조립된 바이오프린터에 지시한다.
[92] 판정 단계 S612에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 현재 인쇄된 층이 완료되었는지 판정한다. 여기서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 생체구조 설계(146) 및 층 명령들을 인쇄된 층과 비교한다. 바이오프린팅 프로그램(101)이 현재 인쇄된 층이 완료되었다(판정 단계 “예” 분기)고 판정하면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 판정 단계 S614로 진행한다. 바이오프린팅 프로그램(101)이 현재 인쇄된 층이 완료되지 않았다(판정 단계 “아니오” 분기)고 판정하면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 S610 단계로 돌아간다.
[93] 판정 단계 S614에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 생체구조를 인쇄하기 위해 추가 층이 필요한지 판정한다. 일부 실시예에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 생체구조의 인쇄가 완료되었는지 판정하기 위해 생체구조 설계(146)를 완료된 층(들)과 비교한다. 일부 실시예에서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 캡슐 카메라로부터 수신한 이미지 데이터를 사용하여 생체구조가 완료되었는지 판정한다. 일 실시예에서, 생체구조의 인쇄가 완료됐을 수 있음에도, 바이오프린팅 프로그램은 (예를 들어, 캡슐 카메라로부터 수신한 이미지 데이터를 통해) 생체구조 및/또는 주변 부위가 인쇄된 생체구조의 효능에 영향을 줄 수도 있는 불규칙한 표면 및/또는 파편을 함유하고 있다고 판정한다. 여기서, 바이오프린팅 프로그램(101)은 조립된 바이오프린터의 스크러버/피니셔 기능 유닛에 불규칙한 표면 및/또는 파편을 제거하도록 지시할 수 있다.
[94] 바이오프린팅 프로그램(101)이 인쇄를 필요로 하는 추가 층(들)이 있다(판정 단계 “예” 분기)고 판정하면, 바이오프린팅 프로그램(101)은 S610 단계로 돌아간다. 바이오프린팅 프로그램(101)이 인쇄를 필요로 하는 추가 층이 없다(판정 단계 “아니오” 분기)고 판정하면, 프로세스는 종료된다.
[95] 도 7은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른, 바이오프린팅 프로그램(101)에 적합한 컴퓨팅 디바이스(일반적으로 700으로 표시됨)의 구성요소들을 도시하는 블록도이다. 컴퓨팅 디바이스(700)는 하나 이상의 프로세서(들)(704)(하나 이상의 컴퓨터 프로세서 포함), 통신 패브릭(702), RAM(716) 및 캐시(718)를 포함하는 메모리(706), 영구 스토리지(708), 통신 유닛(712), I/O 인터페이스(들)(714), 디스플레이(722) 및 외부 디바이스(들)(720)를 포함한다. 도 7은 단지 하나의 실시예의 예시를 제공할 뿐이며 다른 실시예들이 구현될 수 있는 환경들에 관한 어떠한 제한도 의미하지 않는다는 것을 이해해야 한다. 도시된 환경에 대한 많은 수정들이 이루어질 수 있다.
[96] 도시된 바와 같이, 컴퓨팅 디바이스(700)는, 컴퓨터 프로세서(들)(704), 메모리(706), 영구 스토리지(708), 통신 유닛(712), 및 입력/출력(I/O) 인터페이스(들)(714) 사이에 통신을 제공하는, 통신 패브릭(702)을 통해 작동한다. 통신 패브릭(702)은 프로세서(들)(704)(예를 들어, 마이크로프로세서들, 통신 프로세서들, 및 네트워크 프로세서들), 메모리(706), 외부 디바이스(들)(720), 및 시스템 내의 임의의 다른 하드웨어 구성요소들 간에 데이터 또는 제어 정보를 전달하기에 적합한 임의의 아키텍처로 구현될 수 있다. 예를 들어, 통신 패브릭(702)은 하나 이상의 버스로 구현될 수 있다.
[97] 메모리(706)와 영구 스토리지(708)는 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체이다. 도시된 실시예에서, 메모리(706)는 랜덤 액세스 메모리(RAM, 716) 및 캐시(718)를 포함한다. 일반적으로, 메모리(706)는 임의의 적합한 휘발성 또는 비휘발성 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체를 포함할 수 있다.
[98] 바이오프린팅 프로그램(101)을 위한 프로그램 명령들이 메모리(706)의 하나 이상의 메모리들을 통해 각각의 컴퓨터 프로세서(들)(704)의 하나 이상에 의해 실행을 위해, 영구 스토리지(708)에, 또는 좀 더 일반적으로는 임의의 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체에 저장될 수 있다. 영구 스토리지(708)는 하드 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 하드 드라이브, 반도체 스토리지 디바이스, 읽기 전용 메모리(ROM), 전자적 소거 및 프로그램 가능 읽기 전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리, 또는 프로그램 명령들 또는 디지털 정보를 저장할 수 있는 임의의 다른 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체일 수 있다.
[99] 영구 스토리지(708)에 의해 사용되는 매체는 또한 착탈식일 수 있다. 예를 들어, 착탈식 하드 드라이브가 영구 스토리지(708)에 사용될 수 있다. 다른 예로는 영구 스토리지(708)의 일부이기도 한 다른 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체로 전송하기 위해 드라이브에 삽입되는 광학 및 자기 디스크, 썸 드라이브, 및 스마트 카드가 있다.
[100] 이 예들에서 통신 유닛(712)은 다른 데이터 처리 시스템들 또는 디바이스들과의 통신을 제공한다. 이 예들에서, 통신 유닛(712)은 하나 이상의 네트워크 인터페이스 카드를 포함할 수 있다. 통신 유닛(712)은 물리적 및 무선 통신 링크 중 하나 또는 둘 다를 사용하여 통신을 제공할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예의 맥락에서, 다양한 입력 데이터의 소스는 입력 데이터가 수신될 수 있도록 컴퓨팅 디바이스(700)와 물리적으로 멀리 떨어져 있을 수 있으며, 이와 유사하게 출력이 통신 유닛(712)을 통해 전송될 수 있다.
[101] I/O 인터페이스(들)(714)는 컴퓨팅 디바이스(700)와 함께 작동할 수 있는 다른 디바이스들과 데이터의 입력 및 출력을 가능하게 한다. 예를 들어, I/O 인터페이스(들)(714)는 키보드, 키패드, 터치 스크린 및/또는 다른 적절한 입력 디바이스들일 수 있는 외부 디바이스들(720)에 대한 연결을 제공할 수 있다. 외부 디바이스(들)(720)는 또한 예를 들어 썸 드라이브, 이동식 광학 또는 자기 디스크, 메모리 카드 등의 이동식 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들을 실시하는 데 사용되는 소프트웨어와 데이터는 이러한 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체에 저장될 수 있고 I/O 인터페이스(들)(714)를 통해 영구 스토리지(708) 상에 다운로드될 수 있다. I/O 인터페이스(들)(714)는 유사하게 디스플레이(722)에 연결될 수 있다. 디스플레이(722)는 사용자에게 데이터를 표시하는 메커니즘을 제공하며 예를 들어 컴퓨터 모니터일 수 있다.

Claims (20)

  1. 환자의 내부 손상된 부위(an internally damaged area of a patient)에 생체구조(a biostructure)를 3D 인쇄하는 컴퓨터 구현 방법으로서, 상기 방법은:
    제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 향해 하나 이상의 자기장을 향하도록 하는 것에, 적어도 부분적으,로 기초하여 상기 환자 내부에서 조립된 바이오프린터를 형성하기 위해 제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 조립하는 단계(assembling)―상기 제1 바이오프린터 캡슐은 제1 자기 시그니처(a first magnetic signature) 및 적어도 하나의 연동 표면(interlocking surface)을 포함하고, 상기 제1 카트리지 캡슐은 제2 자기 시그니처 및 적어도 하나의 연동 표면을 포함함―;
    상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에, 적어도 부분적으로, 기초하여 상기 환자의 내부 손상된 부위로 상기 조립된 바이오프린터를 이동시키는 단계(moving); 및
    상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에, 적어도 부분적으로, 기초하여, 상기 조립된 바이오프린터를 통하여, 상기 환자의 내부 손상된 부위에 제1 생체구조(a first biostructure)를 인쇄하는 단계(printing)―상기 하나 이상의 외부 자기장은 순차적으로 변경되어 적어도 하나의 평면을 따라서 상기 조립된 바이오프린터를 점진적으로(incrementally) 이동시킴―;를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자기 시그니처 및 상기 제2 자기 시그니처 각각은, 적어도 부분적으로, 하나 이상의 자성 재료에 기초하여 형성되고,
    상기 하나 이상의 자성 재료는 전자석(electromagnets), 영구 자석(permanent magnets), 상자성 재료(paramagnetic materials), 및 반자성 재료(diamagnetic materials)를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자기 시그니처 및 상기 제2 자기 시그니처 각각은 적어도 부분적으로 자기 분포, 밀도 분포, 및 형상 분포 중 하나 이상에 기초하여 더 형성되는,
    컴퓨터 구현 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바이오프린터 캡슐 및 상기 제1 카트리지 캡슐을 향하는, 상기 하나 이상의 외부 자기장은 상기 제1 및 제2 자기 시그니처와 자기적으로 상호작용하여 상기 제1 바이오프린터 캡슐 및 상기 제1 카트리지 캡슐의 위치 및 배향을 제어하도록 구성되는,
    컴퓨터 구현 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바이오프린터 캡슐의 상기 적어도 하나의 연동 표면 및 상기 제1 카트리지 캡슐의 상기 적어도 하나의 연동 표면은 함께 잠기도록 더 구성되는,
    컴퓨터 구현 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바이오프린터 캡슐의 상기 적어도 하나의 연동 표면 및 상기 제1 카트리지 캡슐의 상기 적어도 하나의 연동 표면은 모두 결합 구성요소를 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 결합 구성요소는 상기 제1 바이오프린터 캡슐 및 상기 제1 카트리지 캡슐 사이에 전력을 전달하도록 구성되는,
    컴퓨터 구현 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 결합 구성요소는 상기 제1 바이오프린터 캡슐의 결합 구성요소를 상기 제1 카트리지 캡슐의 결합 구성요소에 전기적으로 잠그도록 구성된 전자 잠금 회로를 더 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바이오프린터 캡슐의 상기 적어도 하나의 연동 표면 및 상기 제1 카트리지 캡슐의 상기 적어도 하나의 연동 표면은 채널을 더 포함하되,
    상기 제1 바이오프린터 캡슐 및 상기 제1 카트리지 캡슐의 상기 채널은 정렬되는,
    컴퓨터 구현 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 채널은 상기 제1 카트리지 캡슐 내에 수용된 제1 생체재료를 상기 제1 바이오프린터 카트리지 캡슐에 제공하도록 더 구성되는,
    컴퓨터 구현 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 채널은 상기 제1 바이오프린터 캡슐 및 상기 제1 카트리지 캡슐 사이에 상기 제1 생체재료의 흐름 및 이동을 제어하도록 더 구성되는,
    컴퓨터 구현 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 외부 자기장은 자기장 발생기에 의해 생성되는,
    컴퓨터 구현 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 자기장 발생기는 전자석들, 영구 자석들, 및 일시 자석들로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나의 자성 재료를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 자성 재료는 하나 이상의 자기장을 발생시키는,
    컴퓨터 구현 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 조립된 바이오프린터는 상기 환자의 내부 손상된 부위에 메쉬 층을 인쇄하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 생체구조는 상기 조립된 바이오프린터 및 상기 하나 이상의 외부 자기장에 대한 인쇄 지침들로 구성된 생체구조 설계 데이터베이스로부터 선택되는,
    컴퓨터 구현 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    보조 조립된 바이오프린터가 상기 환자 내에서 조립되어 상기 조립된 바이오프린터와 협력하여 상기 제1 생체구조를 인쇄하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 조립된 바이오프린터는 상기 하나 이상의 외부 자기장에 대한 조립 지침들로 구성된 바이오프린터 설계 데이터베이스로부터 선택되는,
    컴퓨터 구현 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 바이오프린터 캡슐은 상기 환자의 이미지 데이터를 캡처하도록 구성된 캡슐 카메라를 더 포함하는,
    컴퓨터 구현 방법.
  19. 환자의 내부 손상된 부위에 생체구조를 3D 인쇄하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램 제품은 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체 및 상기 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체 상에 저장된 프로그램 명령들을 포함하되,
    상기 프로그램 명령들은:
    제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 향해 하나 이상의 자기장을 향하도록 하는 것에, 적어도 부분적으로, 기초하여 상기 환자 내부에서 조립된 바이오프린터를 형성하기 위해 제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 조립하는 명령들―상기 제1 바이오프린터 캡슐은 제1 자기 시그니처 및 적어도 하나의 연동 표면을 포함하고, 상기 제1 카트리지 캡슐은 제2 자기 시그니처 및 적어도 하나의 연동 표면을 포함함―;
    상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에, 적어도 부분적으로, 기초하여 상기 환자의 내부 손상된 부위로 상기 조립된 바이오프린터를 이동시키는 명령들; 및
    상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에, 적어도 부분적으로, 기초하여, 상기 조립된 바이오프린터를 통하여, 상기 환자의 내부 손상된 부위에 제1 생체구조를 인쇄하는 명령들―상기 하나 이상의 외부 자기장은 순차적으로 변경되어 적어도 하나의 평면을 따라서 상기 조립된 바이오프린터를 점진적으로 이동시킴―;을 포함하는,
    컴퓨터 프로그램 제품.
  20. 환자의 내부 손상된 부위에 생체구조를 3D 인쇄하기 위한 컴퓨터 시스템으로서,
    상기 컴퓨터 시스템은:
    하나 이상의 컴퓨터 프로세서;
    하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체;
    컴퓨터 프로그램 명령들;을 포함하되,
    상기 컴퓨터 프로그램 명령들은 상기 하나 이상의 컴퓨터 프로세서에 의한 실행을 위해 상기 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 스토리지 매체 상에 저장되고;
    상기 컴퓨터 프로그램 명령들은:
    제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 향해 하나 이상의 자기장을 향하도록 하는 것에, 적어도 부분적으로, 기초하여 상기 환자 내부에서 조립된 바이오프린터를 형성하기 위해 제1 바이오프린터 캡슐 및 제1 카트리지 캡슐을 조립하는 명령들―상기 제1 바이오프린터 캡슐은 제1 자기 시그니처 및 적어도 하나의 연동 표면을 포함하고, 상기 제1 카트리지 캡슐은 제2 자기 시그니처 및 적어도 하나의 연동 표면을 포함함―;
    상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에, 적어도 부분적으로, 기초하여 상기 환자의 내부 손상된 부위로 상기 조립된 바이오프린터를 이동시키는 명령들; 및
    상기 조립된 바이오프린터를 향하는 상기 하나 이상의 외부 자기장을 변경하는 것에, 적어도 부분적으로, 기초하여, 상기 조립된 바이오프린터를 통하여, 상기 환자의 내부 손상된 부위에 제1 생체구조를 인쇄하는 명령들―상기 하나 이상의 외부 자기장은 순차적으로 변경되어 적어도 하나의 평면을 따라서 상기 조립된 바이오프린터를 점진적으로 이동시킴―;을 포함하는,
    컴퓨터 시스템.
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