RU2643138C2 - Система и способ аддитивного производства трехмерных структур - Google Patents

Система и способ аддитивного производства трехмерных структур Download PDF

Info

Publication number
RU2643138C2
RU2643138C2 RU2016100442A RU2016100442A RU2643138C2 RU 2643138 C2 RU2643138 C2 RU 2643138C2 RU 2016100442 A RU2016100442 A RU 2016100442A RU 2016100442 A RU2016100442 A RU 2016100442A RU 2643138 C2 RU2643138 C2 RU 2643138C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
print head
channels
materials
receiving surface
hydrogel
Prior art date
Application number
RU2016100442A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2016100442A (ru
Inventor
Симон Травис БЕЙЕР
Конрад ВАЛУС
Тамер МОХАМЕД
Анас Амхад Мохаммад БСОУЛ
Original Assignee
Аспект Биосистемс Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=52021536&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=RU2643138(C2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Аспект Биосистемс Лтд. filed Critical Аспект Биосистемс Лтд.
Publication of RU2016100442A publication Critical patent/RU2016100442A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2643138C2 publication Critical patent/RU2643138C2/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/112—Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using individual droplets, e.g. from jetting heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205—Means for applying layers
    • B29C64/209—Heads; Nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B29C64/393—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075—Macromolecular gels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/08—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing artificial tissue or for ex-vivo cultivation of tissue
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/16—Microfluidic devices; Capillary tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N11/00—Carrier-bound or immobilised enzymes; Carrier-bound or immobilised microbial cells; Preparation thereof
    • C12N11/02—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier
    • C12N11/04—Enzymes or microbial cells immobilised on or in an organic carrier entrapped within the carrier, e.g. gel or hollow fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/0062—General methods for three-dimensional culture
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/0068—General culture methods using substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/0058—Liquid or visquous
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/0058—Liquid or visquous
    • B29K2105/0061—Gel or sol
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2513/00—3D culture
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00—Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/30—Synthetic polymers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

Предложены система и способы аддитивного производства трехмерных структур, включая трехмерные клеточные структуры. Система включает как минимум одну печатающую головку для приема и распределения материалов, содержащих проточную жидкость и гидрогель, на печатающей головке предусматриваются отверстие для подачи материалов, микроструйные каналы для приема и распределения материалов, струйные переключатели, устанавливаемые в печатающей головке на каждом микроструйном канале и конфигурируемые таким образом, чтобы обеспечить или прекратить протекание жидкости по микроструйным каналам при приведении его в действие; приемную поверхность для приема первого слоя материалов, подаваемых из отверстия; механизм позиционирования для позиционирования отверстия печатающей головки в трехмерном пространстве; а также устройство подачи для распределения материала, поступающего из отверстия в печатающей головке. Предложенное решение повышает скорость и эффективность печати. 3 н. и 33 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА ПРЕДШЕСТВУЮЩИЕ ЗАЯВКИ
[0001] Эта заявка испрашивает приоритет согласно Парижской конвенции на основании заявки США номер 61/834,420, поданной 13 июня 2013 г., полное содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Настоящее изобретение относится в целом к трехмерной (3D) печати и созданию трехмерных биологических структур из цифровых файлов. В частности, изобретение относится к устройству, аппарату и способу изготовления нагруженных клетками гидрогелевых 3D-структур.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] 3D-печать - форма аддитивного производства (АП), представляющая собой процесс создания трехмерных объектов непосредственно из цифровых файлов. Программное обеспечение используется для разделения модели системы автоматизированного проектирования (CAD) или 3D-скана объекта на множество тонких поперечных слоев. Эта совокупность слоев отправляется в система АП, где система создает трехмерный объект слой за слоем. Каждый слой наносят поверх предыдущего слоя, пока объект не будет полностью построен. Вспомогательный материал может использоваться для поддержки нависающих и сложных элементов объекта. Существуют различные процессы АП, которые могут создавать детали из пластика, металла, керамики и/или биологических материалов.
[0004] Аддитивное производство может применяться в биологических системах. Например, до недавнего времени большинство исследований клеточных культур производились на 2-мерных (2D) поверхностях, таких как микро-луночные планшеты и чашки Петри. Тем не менее, двухмерные системы культур не имитируют трехмерную среду, в которой существуют клетки в естественных условиях. Исследователи обнаружили, что трехмерные клеточные культуры ведут себя как естественные биологические ткани в большей степени, чем двухмерные клеточные культуры, по крайней мере, отчасти потому, что трехмерное расположение клеток в естественных тканях влияет на межклеточное взаимодействие, которое в свою очередь влияет на рост и физиологию клеток.
[0005] Известны приборы и устройства аддитивного производства для изготовления клеточных конструкций. Например, известные способы наслаивания плавленых волокон применялись к биологическим материалам. При наслаивании плавленых волокон, высоковязкие жидкости подаются из относительного узкого отверстия, а затем быстро затвердевают с помощью различных средств. Биосовместимые пластиковые, термические загустевающие гидрогели, УФ-сшиваемые полимеры и альгинаты высокой концентрации используются в качестве каркасов для 3D клеточных структур, в которых клетки добавляются к каркасу после того, как он затвердеет. Недостаток данного способа состоит в том, что при его использовании клетки добавляются к каркасу после печати, что осложняет контроль расположения клеток. Кроме того, состав подложек может быть неподходящим для пролиферации и роста клеток.
[0006] Известны устройства для печати 3D-структур, которые включают прямую печать клеточных материалов; кроме того они востребованы, по меньшей мере, частично, потому что обеспечивают наслаивание клеток в рамках 3D-каркаса. Например, технология краскоструйной печати используется для печати биологических материалов. Тем не менее, сила сдвига, связанная с продвижением капель жидкости на подложку, может привести к повреждению клеток, диспергированных в жидкости. Кроме того, краскоструйная печать представляет собой медленный процесс, что усложняет его адаптацию к биологическим материалам, которые требуют особых условий окружающей среды для выживания.
[0007] Другие устройства для прямой печати клеток в 3D-структуре включают патент США №: 8639484, который относится к использованию модели CAD и 3D-механизма позиционирования для нанесения клеточных материалов через множество сопел, слой за слоем, чтобы создать 3D-объект. Множественные сопла позволяют включить ряд различных материалов в 3D-объект. Публикация заявки на патент США №: 2012/0089238 раскрывает систему печати с несколькими картриджами для получения композитных органических 3D-структур, с помощью которого структура создается с использованием, по меньшей мере, двух шприцов, один из которых содержит структурный вспомогательный полимер, а другой содержит состав жизнедеятельных клеток, и которые несколько раз наносят структурный вспомогательный полимер и состав жизнедеятельных клеток на поверхность. Публикация заявки на патент США №: 2014/0012407 раскрывает устройство, содержащее одну или несколько печатающих головок, каждая из которых выполнена с возможностью приема и удержания одного или нескольких картриджей. Каждый картридж содержит жидкость, такую как биочернила, содержащую клетки или вспомогательный материал; кроме того в картридже имеется отверстие, через которое из него вытекает жидкость.
[0008] Для способов известного уровня техники, как правило, требуется несколько сопел и/или отверстий картриджа, чтобы обеспечить печать нескольких различных материалов (то есть, один материал, подается одним соплом или отверстием картриджа). Использование нескольких сопел для подачи различных материалов требует соответствующего ускорения движения устройства печати, чтобы позиционировать соответствующее сопло или отверстие картриджа в контролируемой последовательности, чтобы подавать ряд различных материалов. Такое ускоренное движение снижает скорость и эффективность печати.
[0009] Желательно избежать или свести к минимуму один или несколько из приведенных выше недостатков.
[0010] КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0011] В первом аспекте предоставляется система для аддитивного производства трехмерных структур. Система включает как минимум одну печатающую головку для приема и распределения материалов, представляющих собой проточную жидкость и гидрогель. В одном из вариантов осуществления изобретения печатающая головка включает отверстие для подачи материалов; микроструйные каналы, включающие один или несколько первых каналов для приема и направления подачи проточной жидкости, а также один или несколько вторых каналов для приема и направления подачи гидрогеля, вторые каналы пересекаются с первыми каналами в первой точке пересечения, вторые и первые каналы соединяются в первой точке пересечения и формируют канал подачи, ведущий к отверстию; а также струйные переключатели, каждый из которых устанавливается на один из микроструйных каналов в печатающей головке и конфигурируется таким образом, чтобы обеспечить или прекратить протекание жидкости по микроструйным каналам печатающей головки при приведении его в действие. В одном из вариантов осуществления изобретения система дополнительно включает приемную поверхность для приема первого слоя материала, подаваемого из отверстия; механизм позиционирования для позиционирования отверстия печатающей головки в трехмерном пространстве, механизм позиционирования функционально связан с печатающей головкой; а также устройство подачи для распределения материала из отверстия в печатающей головке.
[0012] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения система включает программируемый управляющий процессор для управления механизмом позиционирования, а также подачей материалов из печатающей головки на приемную поверхность.
[0013] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения один или несколько первых каналов включают как минимум два канала, и они конфигурируются таким образом, чтобы обеспечить их подсоединение к советующим вторым каналам в первой точке пересечения.
[0014] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения проточная жидкость содержит средство образования межмолекулярной связи для затвердевания гидрогеля при смешивании в точке пересечения и/или канале подачи.
[0015] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения диаметр любого второго канала меньше диаметра любого из первых каналов, а также канала подачи, в результате чего, поток от первых каналов формирует коаксиальную оболочку вокруг гидрогеля в канале подачи.
[0016] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения гидрогель содержит жизнедеятельные клетки.
[0017] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения система дополнительно включает приспособление для отвода жидкости для удаления излишков проточной жидкости, поданной из печатающей головки.
[0018] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения приемная поверхность включает пористую мембрану с порами достаточного размера для прохождения через них излишков проточной жидкости.
[0019] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения приспособление для отвода жидкости включает абсорбирующий материал или отсасывающее устройство для удаления излишков проточной жидкости с приемной поверхности.
[0020] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения абсорбирующий материал или отсасывающее устройство устанавливается под пористой мембраной. В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения отсасывающее устройство устанавливается над приемной поверхностью.
[0021] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения отсасывание осуществляется посредством одного или нескольких вакуумных каналов, предусмотренных на печатающей головке, один или несколько вакуумных каналов имеют отверстия, расположенные рядом с отверстиями печатающей головки.
[0022] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения система дополнительно включает емкости для материалов, имеющие жидкостное сообщение с микроструйными каналами в печатающей головке.
[0023] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения печатающая головка дополнительно включает как минимум два входа для приема материалов из емкостей, каждый вход имеет гидравлическое соединение с соответствующими микроструйными каналами и емкостями.
[0024] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения система подачи включает блок управления давлением.
[0025] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения струйные переключатели оснащены клапанами.
[0026] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения печатающая головка дополнительно включает пустотелую рабочую часть, способную выдвигаться из отверстия до приемной поверхности.
[0027] В одном из вариантов осуществления первого аспекта изобретения печатающая головка включает два вторых канала, каждый из которых предназначен для подачи соответствующих гидрогелей, эти два вторых канала пересекаются и соединяются во второй точке пересечения, формируя третий канал, ведущий к первой точке пересечения.
[0028] Во втором аспекте рассматривается система для аддитивного производства трехмерных структур, включающая как минимум одну печатающую головку для приема и распределения материалов, среди которых проточная жидкость и гидрогель. В одном из вариантов осуществления изобретения печатающая головка включает отверстие для подачи материалов; микроструйные каналы для приема и направления материалов к отверстию; а также струйные переключатели, каждый из которых устанавливается на один из микроструйных каналов в печатающей головке и конфигурируется таким образом, чтобы обеспечить или прекратить протекание жидкости по микроструйным каналам печатающей головки при приведении его в действие. В одном из вариантов осуществления изобретения система дополнительно включает приемную поверхность для приема материалов, подаваемых из отверстия; приспособление для отвода жидкости для удаления излишков проточной жидкости, поданной из отверстия; механизм позиционирования для позиционирования отверстия печатающей головки в трехмерном пространстве, механизм позиционирования функционально связан с печатающей головкой; а также устройство подачи для распределения материала из отверстия в печатающей головке.
[0029] В одном из вариантов осуществления второго аспекта изобретения приспособление для отвода жидкости включает отсасывающее устройство для удаления излишков проточной жидкости с приемной поверхности или через нее, и/или из гидрогеля, поданного на приемную поверхность.
[0030] В одном из вариантов осуществления второго аспекта изобретения приемная поверхность включает пористую мембрану с порами достаточного размера для прохождения через них излишков проточной жидкости.
[0031] В одном из вариантов осуществления второго аспекта изобретения отсасывающее устройство устанавливается под пористой мембраной. В одном из вариантов осуществления второго аспекта изобретения отсасывающее устройство устанавливается над приемной поверхностью.
[0032] В одном из вариантов осуществления второго аспекта изобретения отсасывание осуществляется посредством одного или нескольких вакуумных каналов, предусмотренных на печатающей головке, один или несколько вакуумных каналов имеют отверстия, расположенные рядом с отверстиями печатающей головки.
[0033] В одном из вариантов осуществления второго аспекта изобретения приспособление для отвода жидкости включает абсорбирующий материал для удаления излишков проточной жидкости с приемной поверхности.
[0034] В одном из вариантов осуществления второго аспекта изобретения система дополнительно включает программируемый управляющий процессор для управления механизмом позиционирования, а также подачей материалов из печатающей головки на приемную поверхность.
[0035] В одном из вариантов осуществления второго аспекта изобретения печатающая головка дополнительно включает пустотелую рабочую часть, способную выдвигаться из отверстия до приемной поверхности.
[0036] В одном из вариантов осуществления второго аспекта изобретения печатающая головка включает один или несколько первых каналов для приема и направления подачи проточной жидкости, а также одного или несколько вторых каналов для приема и направления подачи гидрогеля, вторые каналы пересекаются и соединяются с первыми каналами в первой точке пересечения, формируя канал подачи, ведущий к отверстию.
[0037] В одном из вариантов осуществления второго аспекта изобретения печатающая головка включает два вторых канала, каждый из которых предназначен для подачи соответствующих гидрогелей, эти два вторых канала пересекаются и соединяются во второй точке пересечения, формируя третий канал, ведущий к первой точке пересечения.
[0038] В третьем аспекте рассматривается метод печати трехмерной (3D) структуры, включающий обеспечение наличия 3D-принтера, включающего печатающую головку с отверстием для подачи материалов; приемную поверхность для приема первого слоя материалов, подаваемых из отверстия на печатающей головке; а также механизм позиционирования, функционально связанный с печатающей головкой, для позиционирования печатающей головки в трехмерном пространстве. В одном из вариантов осуществления изобретения способ включает подаваемые материалы, содержащие проточную жидкость, а также один или несколько гидрогелей; программирование принтера на печать необходимой 3D-структуры; подачу материалов из отверстия на печатающей головке; наложение первого слоя подаваемого материала на приемную поверхность; повторение процесса наложения подаваемого материала на первый и каждый последующий слой, таким образом, накладывая слой за слоем в геометрическом порядке согласно необходимой 3D-структуре; а также удаление излишков проточной жидкости, поданной из отверстия на печатающей головке за один или несколько раз в течение стадий наложения или в промежутках между ними.
[0039] В одном из вариантов осуществления третьего аспекта изобретения проточная жидкость содержит средство образования межмолекулярной связи, при контакте с которым происходит структуризация и отвердевание гидрогеля, в результате данного контакта создаются волокна гидрогеля.
[0040] В одном из вариантов осуществления третьего аспекта изобретения проточная жидкость и гидрогель подаются в соосном порядке, когда проточная жидкость покрывает гидрогель.
[0041] В одном из вариантов осуществления третьего аспекта изобретения стадии наложения и удаления осуществляются беспрерывно, таким образом, по мере наложения слоев подаваемых материалов регулярно производится удаление излишков проточной жидкости.
[0042] В одном из вариантов осуществления третьего аспекта изобретения стадия удаления осуществляется одновременно со стадиями наложения или в промежутках между ними, таким образом, по мере наложения слоев подаваемых материалов периодически производится удаление излишков проточной жидкости.
[0043] В одном из вариантов осуществления третьего аспекта изобретения один или несколько гидрогелей обеспечивают рост и/или пролиферацию в них жизнедеятельных клеток.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0044] Признаки изобретения станут более очевидными на основе последующего подробного описания, в котором сделана ссылка на прилагаемые чертежи, на которых:
[0045] На фиг. 1 показан перспективный вид одного варианта осуществления изобретения печатающего устройства настоящего изобретения.
[0046] На фиг. 2 показан перспективный вид спроектированных программой объектов и соответствующих объектов, напечатанных при использовании одного варианта осуществления печатающего устройства настоящего изобретения.
[0047] На фиг. 3 показан перспективный вид одного варианта осуществления печатающей головки настоящего изобретения.
[0048] На фиг. 4 показано поперечное сечение клапана в печатающей головке на фиг. 3, включая отклонение мембраны клапана, когда клапан приводится в действие.
[0049] На фиг. 5 показано поперечное сечение альтернативного варианта осуществления печатающей головки на фиг. 3.
[0050] На фиг. 6 показан вид сверху альтернативного варианта осуществления печатающей головки на фиг. 3.
[0051] На фиг. 7 показан развернутый перспективный вид одного варианта осуществления талера печатающего устройства в сборе настоящего изобретения.
[0052] На фиг. 8 показано поперечное сечение талера печатающего устройства в сборе на фиг. 9.
[0053] На фиг. 9 показано поперечное сечение альтернативного варианта осуществления талера печатающего устройства на фиг. 9.
[0054] На фиг. 10 показан перспективный вид одного варианта осуществления печатающей головки настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0055] Определения некоторых терминов, используемых в данном описании, приведены ниже. Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в настоящем документе, как правило, имеют значение, которое обычно понимает один из средних специалистов, которому принадлежит настоящее изобретение.
[0056] В данном контексте термин «около» будет понятен средним специалистам и будет варьироваться в некоторой степени в зависимости от контекста, в котором он используется. При непонятном средним специалистам употреблении термина, принимая во внимание контекст, в котором он используется, термин «около» будет означать плюс или минус 10% от приведенного значения.
[0057] В данном контексте термин «гидрогель» относится к составу из воды и сети или решетки гидрофильных полимерных цепей. Примеры натуральных гидрогелей включают, например, гели на основе альгината, агарозы, коллагена, фибриногена, желатина, хитозана, гиалуроновой кислоты или любую их комбинацию. Известны различные синтетические гидрогели, которые могут использоваться в вариантах осуществления устройств и способов, приведенных в настоящем документе. Например, в вариантах осуществления устройств и способа, приведенных в настоящем документе, один или несколько гидрогелей образуют структурную основу для напечатанных трехмерных структур. В некоторых вариантах осуществления гидрогель обладает способностью поддерживать рост и/или пролиферацию одного или нескольких типов клеток, которые могут быть распределены в гидрогеле или добавлены в гидрогель после печати в трехмерной конфигурации. В некоторых вариантах осуществления гидрогель сшивается при помощи химического средства образования межмолекулярных связей. Например, гидрогель, включающий альгинат, может сшиваться при наличии двухвалентного катиона, гидрогель, включающий фибриноген, может сшиваться при наличии тромбина, а гидрогель, включающий коллаген или хитозан, может сшиваться при наличии тепла или основного раствора. Сшивание гидрогеля приведет к увеличению твердости гидрогеля, в некоторых вариантах осуществления обеспечивая образование гидрогеля, похожего на твердое тело.
[0058] В данном контексте термин «проточная жидкость» относится к жидкости, используемой, как минимум, частично для покрытия или «заключения в оболочку» подаваемого материала, такого как, например, гидрогель. В некоторых вариантах осуществления проточная жидкость включает один или несколько водных растворителей, например, вода или глицерин, и химическое средство образования межмолекулярных связей, например, материалы, включающие двухвалентные катионы (например, Са2+, Ва2+, Sr2+ и т.д.), тромбин или химические вещества, модифицирующие pH, такие как бикарбонат натрия.
[0059] В данном контексте термин «излишки проточной жидкости» относится к части проточной жидкости, подаваемой из отверстия печатающей головки, и которая не образует часть трехмерной структуры, напечатанной при использовании одного или нескольких вариантов осуществления устройств или способов, приведенных в настоящем документе. Например, излишки проточной жидкости могут быть пригодными в смазке прохода гидрогеля через канал подачи в печатающей головке и через отверстие печатающей головки. После подачи из отверстия печатающей головки излишки проточной жидкости могут отводиться с поверхности слоя распределенного гидрогеля на приемную поверхность, где они могут собираться или скапливаться.
[0060] В данном контексте термин «приемная поверхность» относится к поверхности, на которой происходит наслаивание первого слоя материала, подаваемого из отверстия печатающей головки. На приемную поверхность также отводятся излишки проточной жидкости, подаваемые из отверстия печатающей головки, и которые отводятся с одного или нескольких слоев материала, подаваемого из отверстия печатающей головки. В некоторых вариантах осуществления приемная поверхность изготовлена из твердого материала. В некоторых вариантах осуществления приемная поверхность изготовлена из пористого материала. Например, в некоторых вариантах осуществления, пористость пористого материала достаточная для обеспечения прохода через нее проточной жидкости. В некоторых вариантах осуществления приемная поверхность в основном плоская, тем самым обеспечивая ровную поверхность, на которой может наслаиваться первый слой подаваемого материала. В некоторых вариантах осуществления приемная поверхность имеет рельеф, который соответствует печатаемой трехмерной структуре, упрощая тем самым печать трехмерной структуры с неровным первым слоем.
[0061] Согласно одному аспекту настоящее изобретение относится к аппаратуре, устройству и способу для аддитивного производства трехмерных (3D) биологических структур.
[0062] ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ ПЕЧАТАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
[0063] Согласно одному из аспектов изобретение относится к системе для аддитивного производства трехмерных структур (также известный как «принтер», «3D-принтер» или «печатающая система» или «система»). Система состоит из микроструйной печатающей головки, которая представляет собой устройство, работающее с микроструйной жидкостью, включающее один или несколько микроструйных каналов для приема и направления подаваемых материалов, струйные переключатели, соответствующие микроструйным каналам для регулирования потока печатаемых материалов, а также одно отверстие для подачи материалов, которые подаются.
[0064] Подаваемые материалы включают проточную жидкость и, как минимум, один гидрогель. В предпочтительном варианте осуществления проточная жидкость включает химическое средство образования межмолекулярных связей, пригодное для отвердевания гидрогеля при контакте с ним. В предпочтительном варианте осуществления проточная жидкость также выступает в качестве смазки для отвердевшего гидрогеля.
[0065] Микроструйные каналы выступают в качестве трубок для направления и объединения материалов, подаваемых управляемым способом. Микроструйные каналы расположены внутри печатающей головки таким образом, чтобы один или несколько первых каналов были предусмотрены для приема и направления проточной жидкости, а второй канал - для приема и направления пересекающего гидрогеля в первой точке пересечения, а оба канала объединялись, образуя при этом канал подачи, который доходит до отверстия печатающей головки. В одном предпочтительном варианте осуществления первые каналы рассчитаны на зацепление со вторым каналом в первой точке пересечения. Таким образом, проточная жидкость направляется вдоль обеих сторон потока гидрогеля в канале подачи.
[0066] В предпочтительном варианте осуществления материалы в канале подаче направляются соосно, гидрогель фокусируется в центре канала подачи, а проточная жидкость окружает гидрогелевую жидкость, образуя таким образом оболочку вокруг гидрогеля. В предпочтительных вариантах осуществления, когда проточная жидкость также включает химическое средство образования межмолекулярных связей, пригодное для сшивания гидрогеля, в канале подаче образуется волокно отвердевшего гидрогеля, подаваемого из отверстия печатающей головки.
[0067] Согласно одному аспекту система также включает приемную поверхность для приема первого слоя материалов, подаваемых из отверстия, и механизм позиционирования для позиционирования отверстия печатающей головки в трехмерном пространстве, механизм позиционирования функционально соединен с печатающей головкой. Например, печатающая головка может быть соединена с коммерчески доступной механизированной системой позиционирования с тремя степенями подвижности таким образом, чтобы печатающая головка могла быть расположена над приемной поверхностью и ориентирована на направление подаваемого материала вниз по направлению к приемной поверхности.
[0068] Согласно одному аспекту система включает средство для подачи материалов из отверстия печатающей головки и может также включать и/или иметь функцию передачи данных с программируемым управляющим процессором для регулирования расположения отверстия печатающей головки. Программируемый управляющий процессор также может использоваться для регулирования подачи материалов, подаваемых из отверстия печатающей головки.
[0069] На фиг. 1 показан схематический перспективный вид одного варианта осуществления 3D-печатающего устройства, приведенного в настоящем документе.
[0070] Ссылаясь на фиг. 1, система включает микроструйную печатающую головку [100], включающую отверстие печатающей головки [114], и, как минимум, один вход для приема материала, подаваемого из печатающей головки [100]. Подаваемый материал хранится в емкостях для печатных материалов [110] и подается в печатающую головку через соответствующие первые соединительные трубки [122], которые обеспечивают гидравлическое соединение между печатающей головкой и емкостями для печатных материалов. В показанном варианте осуществления средством для подачи материала, подаваемого из отверстия печатающей головки, является блок управления давлением [112], имеющий жидкостное сообщение с емкостями для печатных материалов [110] при помощи соответствующих вторых соединительных трубок [120]. Блок управления давлением представляет собой средство для обеспечения силы для подачи материалов, которые подаются. Блок управления давлением обеспечивает подачу пневматического давления в емкости для печатных материалов [110] посредством соответствующих вторых соединительных трубок [120]. Давление, применимое к емкостям для печатных материалов, выталкивает жидкость из емкостей в печатающую головку посредством соответствующих первых соединительных трубок [122]. В показанном варианте осуществления может использоваться альтернативное средство для подачи материала, который подается. Например, ряд шприцевых насосов с электронным управлением может использоваться для обеспечения силы для подачи материала, подаваемого из отверстия печатающей головки.
[0071] Ссылаясь на фиг. 1, микроструйная печатающая головка [100] соединена с 3D-механизированным отсеком, включающим три рычага [102, 103 и 104] для позиционирования печатающей головки [100] и отверстия печатающей головки [114] в трехмерном пространстве над талером печатающего устройства [108], включающим поверхность [109] для приема печатного материала. В одном варианте осуществления 3D-механизированный отсек (т.е. механизм позиционирования) может контролироваться для расположения вертикального рычага [104], который протягивается вдоль оси z 3D-механизированного отсека таким образом, что отверстие печатающей головки [114] направлено вниз. Первый горизонтальный рычаг [102], который протягивается вдоль оси х механизированного отсека, закреплен к неподвижной базовой платформе [116]. Второй горизонтальный рычаг [103], который протягивается вдоль оси у механизированного отсека, имеет подвижное соединение с верхней поверхностью первого горизонтального рычага [102] таким образом, что продольные направления первого и второго горизонтальных рычагов [102 и 103] перпендикулярны друг другу. Понятно, что термины «вертикальный» и «горизонтальный», используемые выше в отношении рычагов, предусмотрены для описания способа движения печатающей головки и необязательно ограничивают физическую ориентацию самих рычагов.
[0072] В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, талер печатающего устройства [108] расположен на верхней части платформы [118], платформа соединена с верхней поверхностью второго горизонтального рычага [103]. В варианте осуществления рычаги [102, 103 и 104] 3D-механизированного отсека приводятся в действие при помощи трех соответствующих двигателей [105, 106 и 107], соответственно, и управляются при помощи программируемого управляющего процессора, например, компьютер (не изображен). В предпочтительном варианте осуществления печатающая головка [100] и талер печатающего устройства [108] совместно передвигаются вдоль всех трех первичных осей системы декартовых координат посредством 3D-механизированного отсека, а движение отсека определяется при помощи компьютерного программного обеспечения.
[0073] Понятно, что изобретение не ограничивается исключительно описанной системой позиционирования, а также, что в данной области техники известны и другие системы позиционирования.
[0074] В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, поскольку материал подается из отверстия печатающей головки [114], механизм позиционирования передвигается по шаблону, управляемому при помощи программного обеспечения, создавая при этом первый слой подаваемого материала на приемной поверхности [109]. Дополнительные слои подаваемого материала накладываются на верхнюю часть друг друга таким образом, что конечная 3D-структура слоев подаваемого материала, как правило, представляет собой точную копию дизайна 3D-структуры, предусмотренного программным обеспечением. 3D-дизайн может быть создан при помощи стандартного программного обеспечения 3D САР (автоматизированное проектирование) или образован по цифровым изображениям, известным в данной области техники. Кроме того, в случае если образованная программным обеспечением структура содержит информацию о конкретных используемых материалах, согласно одному варианту осуществления изобретения, можно присвоить конкретный тип материала для различных геометрических положений. Например, на фиг. 2 показаны три 3D-структуры, которые печатаются с использованием одного варианта осуществления устройства, приведенного в настоящем документе: куб [128], пустотелый цилиндр [129] и пустотелый соосный цилиндр [130]. Программное обеспечение использовалось для образования дизайнов куба, пустотелого цилиндра и пустотелого соосного цилиндра ([125], [126] и [127], соответственно), каждый из которых включает два различных типа материалов (окрашенный альгинат), которые были окрашены в различные цвета для обеспечения визуальной четкости материалов, используемых для образования печатного куба и пустотелого цилиндра.
[0075] Любое программное обеспечение, приложение или модуль, упоминаемые в настоящем документе, могут реализовываться при помощи машиночитаемых/выполняемых инструкций, которые могут храниться или иным образом быть предусмотренными на таких машиночитаемых носителях.
[0076] ПЕЧАТАЮЩАЯ ГОЛОВКА
[0077] Фиг. 3 изображает схематичный перспективный вид одного варианта осуществления изобретения микроструйной печатающей головки [100] для применения в системе, приведенной в настоящем договоре.
[0078] Ссылаясь на фиг. 3, изображенный вариант осуществления изобретения показывает микроструйную печатающую головку [100], включающую микроструйные каналы для перемещения по ним различных жидкостей. В изображенном варианте осуществления изобретения микроструйные каналы имеют цилиндрическую форму. Однако в печатающей головке, приведенной в настоящем документе, кроме цилиндрической также могут использоваться другие формы канала. Канал [200] представляет собой трубку для средства образования межмолекулярных связей, канал [202] является трубкой для воды. В изображенном варианте осуществления изобретения средство образования межмолекулярных связей и вода, по отдельности или вместе служат в качестве «проточной жидкости». Канал [204] представляет собой трубку для первого состава гидрогеля (именуемого «гидрогель А»), а канал [206] представляет собой трубку для второго состава гидрогеля (именуемого «гидрогель В"). В предпочтительном варианте осуществления изобретения один или несколько типов жизнедеятельных клеток отвечают требованиям и при необходимости распределяются в пределах гидрогелей А и/или В. В изображенном варианте осуществления изобретения, каждый микроструйный канал включает в себя вход жидкости [208а, 208b, 208с, 208d], который позволяет жидкости, содержащейся в соединительных трубках [122], проходить в соответствующие каналы печатающей головки [100]. Нижняя часть входов жидкости [208а, 208b, 208с, 208d] представляет собой клапаны [210, 212, 214, 216], соответствующие каждому каналу. В изображенном варианте осуществления изобретения клапаны служат в качестве «струйных переключателей», которые могут быть приведены в действие для подачи или прекращения потока жидкости через канал, каждый клапан, имеющий соответствующий вход [218, 218а, 218b, 218с, 218d], который способствует срабатыванию и отключению клапана. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения, клапаны [210, 212, 214, 216] могут быть приведены в действие с помощью электронного управления. В другом варианте осуществления изобретения, клапаны [210, 212, 214, 216] могут быть приведены в действие путем изменения подаваемого давления, например, посредством электромагнитного поршня. Приведение в действие разных клапанов с помощью электронного управления или давления способствует быстрому изменению распределяемого материала, таким образом, позволяя распределяемым материалам состоять из управляемой последовательности различных материалов.
[0079] Ссылаясь в дальнейшем на фиг.3, в изображенном варианте осуществления изобретения каналы для средства образования межмолекулярных связей [200] и каналы для воды [202] пересекаются в точках пересечения [203], таких как в «у-образной» конфигурации, соединяясь для образования каналов, именуемых «проточными каналами» [224], сразу на выходе каналов для средств образования межмолекулярных связей и каналов для воды [200, 202]. Каналы гидрогеля А и гидрогеля В [204, 206] пересекаются в точке пересечения [207], такой как в «у-образной» конфигурации, соединяясь для образования канала, именуемого в настоящем документе «фокусирующимся каналом» [226] сразу на выходе двух каналов гидрогеля. Проточные каналы [224] и фокусирующийся канал [226] пересекаются в точке пересечения [228] в трех-штыревой конфигурации для описанного варианта осуществления изобретения, отличающегося тем, что фокусирующийся канал [226] с обеих сторон окружен проточными каналами [224], соединяющимися для образования канала, именуемого в настоящем документе каналом подачи [220]. Канал подачи [220] подключается к отверстию подачи [222]. В предпочтительном варианте осуществления изобретения, изображенном на фиг. 1, канал подачи выходит из печатающей головки [100], подключаясь к отверстию подачи [114].
[0080] Ссылаясь в дальнейшем на фиг. 3, в изображенном варианте осуществления изобретения, проточные каналы [224] и канал подачи [220] имеют большие диаметры, чем у фокусирующегося канала [226]. Когда на поточный [224] и фокусирующийся канал [226] подается гидравлическое давление, жидкость в фокусирующемся канале [226] сжимается по бокам и «фокусируется» в тонкую струю по направлению центральной оси фокусирующегося канала [226]. После пересечения с фокусирующимся каналом [226] в точке пересечения [228], жидкость из проточных каналов большего диаметра [224] окружает и покрывает более узкую сфокусированную струю распределяемого гидрогеля из фокусирующегося канала [226].
[0081] В предпочтительном варианте осуществления изобретения, жидкость в проточных каналах [224] включает в себя химическое средство образования межмолекулярных связей, а жидкость в фокусирующемся канале [226] включает в себя один или несколько химически сшиваемых гидрогелей, включающих в себя один или несколько типов жизнедеятельных клеток. Когда один или несколько химически сшиваемых гидрогелей фокусируются в тонкую струю в фокусирующемся канале [226], а затем покрываются средством образования межмолекулярных связей в канале подачи [220], по меньшей мере, наружная поверхность одного или нескольких химически сшиваемых гидрогелей затвердеет в канале подачи [220], тем самым создавая сшитое или «твердое» волокно гидрогеля. Затем волокно гидрогеля организованно подается из отверстия подачи [222] на приемную поверхность, образуя послойно 3D-структуру.
[0082] В отдельно предпочтительном варианте осуществления изобретения, проточная жидкость, окружающая волокно гидрогеля, также может выступать в качестве смазки прохода волокна гидрогеля через канал подачи [220], пока оно не распределится из отверстия печатающей головки [222].
[0083] В любом варианте осуществления изобретения, проточная жидкость включает в себя химическое средство образования межмолекулярных связей, воду или их сочетание. В вариантах осуществления изобретения, где в проточной жидкости не хватает химического средства образования межмолекулярных связей, гидрогель не затвердеет и распределится в качестве жидкости. Чтобы откорректировать состав проточной жидкости и запустить и/или завершить процесс отвердевания гидрогеля, можно привести в действие клапан канала для средства образования межмолекулярных связей [210] и клапан канала для воды [212]. Следует иметь в виду, что распределение жидкости, а не твердого гидрогеля, или распределение только проточной жидкости может быть целесообразным для создания некоторых аспектов разных трех объемных объектов.
[0084] В любом варианте осуществления изобретения, печатающая головка [100] может быть сконфигурирована для получения и распределения только одного материала гидрогеля. В одном варианте осуществления изобретения, печатающая головка может быть сконфигурирована для получения и распределения двух или нескольких материалов гидрогеля. Например, в любом варианте осуществления изобретения, где печатающая головка [100] сконфигурирована для получения двух материалов гидрогеля, каждый, например, включающий в себя другой тип клетки, система, приведенная в настоящем документе, может быть запрограммирована на распределение неоднородной клеточной структуры, отличающейся тем, что первый и второй тип клеток может быть заложен в управляемый шаблон в пределах и среди слоев, отдельно и/или в сочетании один с другим. Границы между двумя материалами контролируются, например, программным обеспечением, а процессор с программным управлением используется для выдачи команд клапанам со струйными переключателями (напр., один или несколько клапанов [210], [212], [214], [216]) по изменению потока материала в пределах одного или нескольких микроструйных каналов, тем самым изменяя содержание материала, распределяемого из отверстия печатающей головки. Количество материалов гидрогеля, которое может быть получено и распределено из печатающей головки, приведенной в настоящем документе, ограничивается только размером печатающей головки, который пользователь считает практичным.
[0085] Ссылаясь на фиг. 4, в одном варианте осуществления изобретения, струйный переключатель представляет собой клапан, состоящий из мембраны [332], расположенной над приспособлением цилиндрической формы [318], принимающим форму микроструйного канала [308]. После подачи пневматического давления (показано стрелками на фиг. 4) на подверженную воздействиям поверхность мембраны клапана [332], мембрана клапана [332] будет деформирована в приспособление цилиндрической формы [318], тем самым блокируя проход жидкости через микроструйный канал [308]. В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения, толщина мембраны клапана [332] составляет примерно 150 мкм. В вариантах осуществления изобретения, где толщина мембраны клапана увеличена, специалист поймет, что подаваемое давление срабатывания пневматического клапана должно быть увеличено соответствующим образом. Аналогично, мембрана клапана, сформированная из менее упругого материала, требует более высокого давления срабатывания. Специалист поймет, как отрегулировать давление срабатывания, чтобы удовлетворить требования особого материала мембраны клапана.
[0086] В одном варианте осуществления изобретения, печатающая головка состоит из альтернативных струйных переключателей для регулирования материалов, распределяемых из отверстия печатающей головки. Например, кроме использования клапанов, для регулирования потока материала в микроструйных каналах можно использовать механизм включения или отключения подачи давления на каждый канал.
[0087] В одном варианте осуществления изобретения, печатающая головка включает в себя удлинительный наконечник, состоящий из отверстия для распределения материалов из печатающей головки. Такой удлинительный наконечник способствует точному распределению материалов и их отложению в определенных зонах, таких как, например, лунка в многолуночном планшете (напр., стандартный микро-титровый планшет, микро-луночный планшет или микро-планшет, имеющий 6, 24, 96 и т.д. лунок) или чашка Петри. Ссылаясь на вариант осуществления изобретения, изображенный на фиг. 5, часть [500] канала подачи [220], ближайшая к отверстию подачи [222], имеет больший диаметр, чем расположенная выше часть канала подачи [220]. Удлинительный наконечник [502] включает в себя трубки (напр., изготовленные из пластика, стекла или металла), наружная часть которых сконфигурирована таким образом, чтобы вместится в часть большего диаметра [500] канала подачи, и внутренняя поверхность которых (определяя отверстие в трубке) сконфигурирована таким образом, чтобы присоединится к каналу подачи [220]. Удлинительный наконечник [502] может быть вставлен в часть большего диаметра [500] канала подачи, тем самым удлиняя канал подачи [220], который способствует отложению материала, распределенного из отверстия [503] в удлинительном наконечнике [502] в определенных зонах, таких как вставка для луночного планшета [504] или чашка Петри (не изображены).
[0088] Ссылаясь на вариант осуществления изобретения, изображенный на фиг. 1, удлинительный наконечник [130] представляет собой выступ, примыкающий к печатающей головке [100], удлинительный наконечник [130], подсоединяемый к отверстию печатающей головки [114]. В данном варианте осуществления изобретения, удлинительный наконечник [130] является продолжением печатающей головки.
[0089] В одном варианте осуществления, два или несколько материалов гидрогеля могут быть расположены соосно в волокне гидрогеля, распределенном из системы, приведенной в настоящем документе. Ссылаясь на фиг. 6, в изображенном варианте осуществления изобретения, печатающая головка [100] включает в себя микроструйные каналы, предназначенные для подачи соосного волокна гидрогеля, содержащего основной материал гидрогеля и поверхностный материал гидрогеля. В изображенном варианте осуществления изобретения, поверхностный материал, проходимый в каналах [508], представляет собой быстро загустевающий гидрогель, а основной материал, проходимый в канале [506], представляет собой другой гидрогель, выбранный пользователем (напр., коллаген или фибриноген). Каналы [508] и канал [506] пересекаются в фокусирующей точке пересечения гидрогеля [510], например, в «у-образной» конфигурации (подобной пересечению [528], изображенному на фиг. 3), соединяясь для образования фокусирующегося канала [226] на выходе каналов [506] и [508]. На фокусирующемся пересечении гидрогеля [510], поверхностный материал соосно фокусирует основной материал, чтобы поверхностный материал образовал оболочку вокруг основного материала. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, каналы [508] и [226] имеют больший диаметр, чем канал [506] для содействия соосному фокусированию основного и поверхностных материалов. В предпочтительном варианте, цель поверхностного материала заключается в обеспечении основного материала физической несущей конструкцией, чтобы он мог превратиться в 3D-структуру. Средний слой может затвердеть после отложения материала, точный метод отвердения характерный исключительно для разных поверхностных материалов. Например, средний слой может содержать материал, который отвердевает очень медленно. В другом варианте осуществления изобретения, основные и поверхностные материалы содержат одинаковые материалы. В еще одном варианте осуществления, поверхностный материал содержит гидрогель, который быстро отвердевает, а основной материал содержит материал, который не загустевает, тем самым содействуя получению полого волокна.
[0090] В одном варианте осуществления изобретения, печатающая головка [100], изображенная на фиг. 6, могла содержать дополнительные каналы основного материала, каждый с соответствующим струйным переключателем, например, клапан для регулирования потока материала. Струйный переключатель обеспечивает быструю и частую корректировку состава основного материала в волокне, распределяемого посредством команд процессора с программным управлением.
[0091] В одном варианте осуществления изобретения можно установить несколько печатающих головок, например, параллельно, чтобы обеспечить одновременную печать нескольких структур. Это увеличит пропускную способность.
[0092] В некоторых вариантах осуществления изобретения печатающая головка предназначена для одноразового использования. Использование печатающих головок разового применения может уменьшить вероятность загрязнения материалов, используемых для разных заданий на печать.
[0093] Печатающая головка может быть изготовлена, например, используя известные микроструйные техники формовки (напр., отливка, отпечаток или литьевое прессование), и один или несколько пластичных полимеров, например, полидиметилсилоксан (ПДМС). В другом варианте, коммерчески доступная технология 3D-печати может использоваться для изготовления печатающей головки.
[0094] ФУНКЦИЯ УДАЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ
[0095] Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения, оно обеспечивает систему аддитивного производства трехмерных структур, включающую функцию удаления излишков проточной жидкости с приемной поверхности, на которой наслаивается первый слой материала, поданный из печатающей головки, и, как вариант, с поверхности распределения гидрогеля. Во время печати существует вероятность, что на приемной поверхности или поверхности распределения гидрогеля накопится излишек проточной жидкости, или она «растечется» по ним. Такие потеки могут препятствовать наслоению гидрогеля, подаваемого из отверстия печатающей головки на приемную поверхность и/или на один или несколько слоев гидрогеля. Например, растекшаяся проточная жидкость может привести к тому, что волокна гидрогеля будут соскальзывать из необходимого положения в печатаемой трехмерной структуре. Следовательно, удаление излишков проточной жидкости с приемной поверхности и, как вариант, с поверхности распределения гидрогеля с помощью функции удаления жидкости в вариантах осуществления системы может улучшить аддитивное производство трехмерных структур.
[0096] Излишки проточной жидкости можно удалить с приемной поверхности или с поверхности одного или несколько слоев распределенного гидрогеля посредством откачивания с них жидкости, испарения или способствования испарению проточной жидкости, или же (в вариантах осуществления изобретения с пористой приемной поверхностью) излишки проточной жидкости можно удалить, слив их через пористую поверхность.
[0097] В предпочтительном варианте осуществления изобретения приемная поверхность в предпочтительном варианте осуществления изобретения включает в себя пористый материал, при этом размер пор способствует прохождению проточной жидкости через них и удержанию одного или нескольких слоев гидрогеля, наслоенных на него.
[0098] Ссылаясь на фиг. 7 и 8, на изображенных вариантах осуществления изобретения талер печатающего устройства [108] включает в себя пористую мембрану [400], которая служит в качестве поверхности для приема первого слоя поданного материала (т.е., приемной поверхностью). Пористая мембрана [400] неподвижно закрепляется в талере печатающего устройства [108] между корпусом [408] и заслонкой [402]. Корпус [408] - это емкость произвольной формы для приема и хранения жидкости (например, квадратная, круглая). Внутренний объем корпуса [408] называется камерой [404]. На корпусе [408] имеется верхняя поверхность [409], включающая встроенный козырек [412], увеличивающий периметр верхней поверхности [409] корпуса [408]. Верхняя поверхность [409] включает в себя отверстие, образуемое одной или двумя стенками [410], при этом оно окружено встроенным козырьком [412] и заходит внутрь корпуса [408].
[0099] Ссылаясь в дальнейшем на варианты осуществления изобретения, изображенные на фигурах 7 и 8, заслонка [402] включает в себя верхнюю поверхность [403] с проходящим через нее отверстием [416] и боковые стенки [418], скомпонованные так, чтобы охватывать встроенный козырек [412] корпуса [408], способствуя, таким образом, размещению заслонки [402] на верхней поверхности [409] последнего. Когда заслонку [402] помещают на корпус [408], отверстия корпуса и заслонки [416] становятся на одну линию. При эксплуатации пористая мембрана [400] устанавливается на верхнюю поверхность [409] корпуса [408] таким образом, чтобы проходить над отверстием в верхней поверхности [409] корпуса [408]. После этого заслонка [402] устанавливается на верхнюю часть корпуса [408] и прижимается вниз. Нажим заслонки [402] растягивает пористую мембрану [400] над отверстием в верхней поверхности [409] корпуса [408], тем самым удерживая мембрану [400] между корпусом [408] и заслонкой [402]. В предпочтительных вариантах изобретения заслонка [402] и корпус [408] плотно прилегают друг к другу, тем самым обеспечивая соединение, остающееся прочным во время работы представленного здесь устройства.
[00100] Ссылаясь в дальнейшем на варианты осуществления изобретения, изображенные на фигурах 7 и 8, корпус [408] включает в себя сплошное основание [414] и как минимум один выпускной канал [406] для отвода жидкости от камеры [404], а также источник вакуума (не изображен) гидравлически соединенный с выпускным каналом [406] камеры [404]. Пористая мембрана [400] включает в себя поры, размер которых способствует прохождению проточной жидкости. Для откачки излишков проточной жидкости, накапливающейся на пористой мембране [400], через саму мембрану в камеру [404], а из нее через выпускной канал [406] может быть задействован источник вакуума (не изображен), соединенный с выпускным каналом [406], в связи с чем волокно гидрогеля останется в распределенном состоянии на верхней части мембраны [400].
[00101] В предпочтительном варианте осуществления изобретения функция удаления излишков проточной жидкости с приемной поверхности и, как вариант, с поверхности распределения гидрогеля, может включаться в систему, предназначенную для подачи материалов на многолуночный планшет или чашку Петри. Например, в изображенном на фигуре 9 варианте осуществления изобретения на верхней части корпуса [408] установлена имеющаяся в продаже вставка для луночного планшета [504]. Некоторые вставки для луночного планшета [504] имеют форму корзины с основанием из материала пористой мембраны [512]. В изображенном варианте осуществления изобретения для улучшения герметичности между вставкой луночного планшета [512] и корпусом [408] установлена прокладка [514]. В таких вариантах осуществления изобретения пористая мембрана [512] вставки луночного планшета [504] будет служить в качестве «приемной поверхности», любые излишки проточной жидкости с которой можно удалить с помощью отсасывающего устройства, соединенного с выпускным каналом [406], как описывается выше; либо с помощью одной из функций удаления жидкости, описанных ниже.
[00102] В одном из вариантов осуществления изобретения (не изображен) приемная поверхность на талере печатающего устройства включает в себя абсорбирующий материал или устанавливается с прилеганием к такому материалу, способствующему впитыванию излишков проточной жидкости с приемной поверхности. Например, вставку луночного планшета с основанием, изготовленным из материала пористой мембраны (к примеру, как показано на фигуре 9), или любой другой подложки пористой мембраны, можно установить на верхнюю часть абсорбирующего материала или с прилеганием к этому материалу, например, такому, как губка. Абсорбирующий материал будет впитывать излишки проточной жидкости с приемной поверхности. В вариантах осуществления изобретения, в которых абсорбирующий материал располагается под приемной поверхностью, излишки проточной жидкости на приемной поверхности попадают через ее поры в абсорбирующий материал, предотвращая, таким образом, растекание проточной жидкости по приемной поверхности. В вариантах осуществления изобретения, в которых абсорбирующий материал располагается непосредственно за или сверху части приемной поверхности (напр., на периферии поверхности так, чтобы не мешать наслаиванию поданного материала), излишки проточной жидкости откачиваются с приемной поверхности в абсорбирующий материал.
[00103] В одном из вариантов осуществления изобретения (не изображен) вместо использования одного из талеров печатающего устройства можно установить одну или несколько трубок на участок возле приемной поверхности и отверстия печатающей головки. Эти трубки могут иметь жидкостное сообщение с источником вакуума (не изображен), который может обеспечить всасывание для удаления излишков проточной жидкости с приемной поверхности и, как вариант, с поверхности распределения гидрогеля. В таких вариантах осуществления также можно использовать сплошную или пористую приемную поверхность.
[00104] В одном из вариантов осуществления изобретения, изображенном на фигуре 10, печатающая головка скомпонована так, чтобы дополнительно включать один или несколько вакуумных каналов [700а, 700b], при этом один или несколько вакуумных каналов оснащаются отверстием [702а, 702b], расположенным у отверстия печатающей головки [222]. Один или несколько вакуумных каналов [700а, 700b], каждый из которых оснащается входом [704а, 704b], скомпонованным для содействия гидравлическому соединению с одним или несколькими отсасывающими устройствами (не изображены). Когда печатающая головка [100] гидравлически соединена с отсасывающим устройством, через один или несколько вакуумных каналов [702а, 702b] на участок приемной поверхности, где из отверстия печатающей головки подаются или уже были поданы материалы [222], и/или на участок приемной поверхности распределенного гидрогеля направляется отрицательное давление, тем самым устраняя растекание проточной жидкости на приемной поверхности и/или поверхности распределенного гидрогеля.
[00105] В одном из вариантов осуществления изобретения как минимум на одном или нескольких удлинениях, выходящих из печатающей головки, устанавливаются одна или несколько вакуумных трубок. Удлинения выходят в том же общем направлении, что и удлинение с отверстием печатающей головки и канал подачи (например, см. фигуру 10). В таких вариантах осуществления изобретения одно или несколько удлинений, включающих вакуумные трубки, не выходят дальше удлинения, включающего отверстие печатающей головки и канал подачи, чтобы не представлять помеху для распределяемого и наслаиваемого гидрогеля.
[00106] Предполагается, что в некоторых вариантах осуществления изобретения функция удаления жидкости может быть свойством самой жидкости. Например, проточная жидкость может быть разработана так, чтобы испаряться после подачи из отверстия печатающей головки, тем самым устраняя растекание излишков жидкости по приемной поверхности или поверхностям распределяемого гидрогеля. Или, например, у проточной жидкости может быть точка кипения, приводящая к ее испарению после подачи, при этом перед подачей она остается в жидком состоянии.
[00107] СПОСОБ ПЕЧАТИ ТРЕХМЕРНОЙ СТРУКТУРЫ
[00108] Рассматривается способ печати трехмерной (3D) структуры.
[00109] В первую очередь способ относится к конструкции 3D-структуры, подлежащей печати. Конструкция может быть создана с помощью коммерчески доступного программного обеспечения CAD. В одном варианте конструкция содержит информацию, касающуюся конкретных материалов (например, для гетерогенных структур, состоящих из нескольких материалов), которые будут использованы в конкретных геометрических местах конструкции.
[00110] Способ относится к использованию 3D-принтера, состоящего из: печатающей головки, приемной поверхности, предназначенной для приема материала, подаваемого печатающей головкой, и механизма позиционирования, функционально соединенного с приемной поверхностью, механизма позиционирования для расположения печатающей головки на месте в трехмерном пространстве над приемной поверхностью. Например, различные варианты осуществления печатающего устройства, представленные здесь, могут быть использованы в способе печати 3D-структуры.
[00111] Способ относится к подаче, по крайней мере, двух материалов, которые будут распределяться печатающей головкой, таких как проточная жидкость и гидрогелевая жидкость. В предпочтительных вариантах осуществления один или несколько типов клеток совместимы с гидрогелем и, возможно, распределяются в нем. В предпочтительном варианте осуществления проточная жидкость содержит средство образования межмолекулярных связей для отверждения, как минимум, одной порции гидрогеля до или во время его подачи из печатающей головки.
[00112] Способ относится к передаче конструкции на 3D-принтер. Передача может осуществляться, например, с помощью программируемого управляющего процессора.
[00113] Способ относится к управлению взаимным расположением печатающей головки и приемной поверхности в трехмерном пространстве и одновременной подаче проточной жидкости и гидрогеля из печатающей головки по отдельности или вместе. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения материалы, распределяемые печатающей головкой, распределяются соосно, таким образом, что проточная жидкость покрывает гидрогель. Такое соосное расположение позволяет средству образования межмолекулярных связей отвердить гидрогель, в результате чего образуется твердое гидрогелевое волокно, которое подается из печатающей головки.
[00114] Способ относится к нанесению первого слоя распределяемых материалов на приемную поверхность; первый слой относится к распределению материала, определяемого конструкцией, и к итерационному повторению этапа распределения, нанося следующий материал на первый и последующие слои материала, таким образом послойно нанося распределяемые материалы в геометрической последовательности, определенной конструкцией, для получения 3D-структуры, нагруженной клетками.
[00115] В предпочтительных вариантах осуществления множество материалов, например, несколько видов гидрогеля, по крайней мере, некоторые из которых содержат один или несколько типов клеток, распределяются в контролируемой последовательности, таким образом позволяя осуществлять управляемую последовательность гидрогелей и типов клеток, которые будут распределены в геометрической последовательности согласно конструкции.
[00116] В предпочтительных вариантах осуществления изобретения способ относится к удалению избыточной проточной жидкости с приемной поверхности и, в некоторых случаях, с поверхности распределяемого гидрогеля. Например, этап удаления избытка проточной жидкости может выполняться непрерывно в течение всего процесса печати, тем самым осуществляя удаление избыточной жидкости, которая в противном случае может помешать наслаиванию подаваемого материала в геометрической последовательности, определяемой конструкцией. В качестве альтернативы, этап удаления избытка проточной жидкости может выполняться с перерывами в течение всего процесса печати последовательно или одновременно с одним или несколькими этапами нанесения. В некоторых вариантах осуществления удаление избыточной проточной жидкости достигается за счет отвода жидкости от приемной поверхности и, в некоторых случаях, от поверхности распределяемого гидрогеля. В другом варианте осуществления удаление лишней проточной жидкости достигается за счет отведения избытка жидкости через приемную поверхность, поры которой достаточно велики, чтобы обеспечивать прохождение проточной жидкости. В другом варианте осуществления удаление лишней проточной жидкости достигается за счет подачи проточной жидкости, которая испаряется после ее подачи из отверстия печатающей головки.
[00117] ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВА И СПОСОБА ПЕЧАТИ ТРЕХМЕРНЫХ СТРУКТУР, НАГРУЖЕННЫХ КЛЕТКАМИ
[00118] В некоторых вариантах осуществления структуры, полученные с использованием устройства и способа, приводимых в данном документе, могут быть полезны в области поиска новых лекарственных средств, где изучается, например, клеточная реакция на различные химические соединения и композиции. Использование трехмерных клеточных структур, изготовленных с использованием вариантов осуществления устройств и способов, представленных здесь, может обеспечить условия эксперимента, которые наиболее приближены к природным клеточным и тканевым условиям в сравнении с двухмерными клеточными культурами. 3D-организация клеток может более точно имитировать естественные межклеточные взаимодействия и реакции на внешние раздражители и гетерогенный характер 3D-структур, которые могут быть получены с использованием аппаратуры и способов при условии разрешения на исследование тканей и, возможно, органов. Предполагается, что 3D-конструкции, нагруженные клетками, которые изготовлены с использованием вариантов осуществления устройств и способов, представленных здесь, могут дать те же преимущества и для косметической промышленности, предлагая альтернативные средства испытания косметических продуктов.
[00119] В некоторых вариантах осуществления различные варианты осуществления устройства и способа, представленные здесь, совместимы со стандартной технологией луночного планшета. Луночные планшеты или вставки для луночного планшета могут использоваться с или в качестве части талера печатающего устройства в способах и устройствах, представленных здесь. Таким образом, различные варианты осуществления устройства и способа, представленные здесь, совместимы с инструментами и практикой, которые используют луночные планшеты, что позволяет легко интегрировать их в существующие технологические потоки.
[00120] В некоторых вариантах осуществления микроструйные каналы внутри печатающей головки совместимы с другими микростуйными модулями. Например, известные микроструйные модули могут быть использованы в печатающей головке представленного здесь устройства до входа в отверстие печатающей головки. Такие модули могут включать в себя, например, модули подсчета, сортировки и анализа клеток и/или модуль генерации градиента концентрации.
[00121] В некоторых вариантах осуществления пропускная способность 3D-печати может быть увеличена путем параллельной установки в системе дополнительных печатающих головок. Каждая печатающая головка содержит все элементы, необходимые для печати на композитной структуре, что позволяет одновременно напечатать несколько 3D-структур путем установки дополнительных печатающих головок на устройстве.
[00122] Несмотря на то, что изобретение было описано со ссылкой на некоторые конкретные варианты осуществления, его различные модификации будут очевидны для специалистов в данной области техники без отклонения от назначения и области применения настоящего изобретения, как это изложено в прилагаемой формуле изобретения. Любые примеры, приведенные здесь, включены исключительно с целью иллюстрации настоящего изобретения и не предназначены для ограничения настоящего изобретения каким-либо образом. Любые чертежи представлены здесь исключительно в целях иллюстрации различных аспектов изобретения и не предназначены для перечерчивания в масштабе или ограничения изобретения каким-либо образом. Описания всех известных уровней техники, приведенные здесь, включены в данное описание в качестве ссылок, как если бы они были изложены во всей их полноте.
[00123] БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ
[00124] Данные ссылки приводятся в качестве примеров известного уровня техники, относящегося к настоящему изобретению. Нижеприведенный список не должен включать исчерпывающий список всех соответствующих уровней техники. Полное содержание всех ссылок, указанных в настоящем описании, в том числе документы ниже, включены в настоящее описание в качестве ссылок, как если бы они были изложены во всей их полноте.
1. Су-Ён Шин, Цзи-Ян Парк, Цзинь-Ян Ли, Го Парк, Юн-Ду Парк, Кю-Бек Ли, Чан-Мо Уанг и Сан-Хун Ли, «Моментальное непрерывное образование альгинатных волокон с использованием микроструйных устройств», Ленгмюр, т. 23, 2007, стр. 9104-9108.
2. Саиф Халил и Вэй Сунь, «Биопечать эндотелиальных клеток с помощью альгината для трехмерных тканевых конструкций», Журнал биомеханической инженерии, т. 131, 2009, стр. 111002-1 -111002-8.
3. Минь Ху, Жэньшэн Дэн, Карл М. Шумахер, Мотоичи Курисава, Хуне Е, Кристи Пурнамавати и Джеки И. Ин, «Гидродинамическое прядение гидрогелевых волокон», Биоматериалы, т. 31, 2010, стр. 863-869.
4. Бюнг Ким, Интай Ким, Вусеок Чхве, Сунь Вон Ким, Джу Сон Ким и Гынпэ Лим, «Изготовление каркаса из клеток, инкапсулированных в каркас на основе альгинатного микроволокна, с помощью микрожидкостного канала», Журнал производственной науки и техники, т. 130, 2008, стр. 021016-1 - 021016-6.
5. Эдвард Кан, Су-Юнг Син, Гуан Хэ Ли и Сан-Хун Ли, «Новые ПМС цилиндрические каналы, генерирующие коаксиальный поток, и их применение в производстве микроволокон и частиц», Лаборатория на чипе, т. 10, 2010, стр. 1856-1861.
6. Хироаки Оное, Рихо Годзё, Юкико Цуда, Даисуке Кирия и Сёдзи Такэути, «Гелевые провода типа ядро-оболочка для строительства большой площади неоднородных структур из биоматериалов», Конференция IEEE MEMS, 2010, стр. 248-251.
7. Сетаре Горбаниян (2010), Микроструйный зонд для непосредственного создания мягкого клеточного каркаса, Диссертация магистра технических наук. Университет Макгилла: Канада.
8. Эдвард Кан, Ги Сон Джонг, Ён Ян Цой, Гуан Хэ Ли, Али Хадемхоссеини и Сан-Хун Ли, «Физико-химическое кодирование состава материала с дискретной перестройкой и топография в непрерывных микроволокнах», Натуральные материалы, т. 10, 2011, стр. 877-883.
9. Патент ЕР 2489779 А1.
10. Патент US 2006/0105011 А1.
11. Патент US 2011/0136162 А1.
12. Патент US 2012/0089238 А1.
13. Патент WO 2012009363 А1.

Claims (61)

1. Система для аддитивного производства трехмерных структур, включающая:
- как минимум одну печатающую головку для приема и распределения материалов, материалы включают как минимум один первый и один второй материал, а печатающая головка включает:
- отверстие для подачи материалов;
- микроструйные каналы, включающие один или несколько первых каналов для приема и направления подачи первого материала, а также один или несколько вторых каналов для приема и направления подачи второго материала соответственно, вторые каналы пересекаются и соединяются с первыми каналами в первой точке пересечения, формируя канал подачи, ведущий к отверстию; а также
- струйные переключатели, каждый из которых установлен на одном из микроструйных каналов в печатающей головке и сконфигурирован таким образом, чтобы обеспечить или прекратить протекание жидкости по микроструйным каналам печатающей головки при приведении его в действие;
- приемную поверхность для приема первого слоя материалов, подаваемых из отверстия;
- механизм позиционирования для позиционирования отверстия печатающей головки в трехмерном пространстве, механизм позиционирования функционально связан с печатающей головкой; а также
- устройство подачи для распределения материала, поступающего из отверстия в печатающей головке.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что как минимум один первый материал содержит проточную жидкость, а как минимум один второй материал - гидрогель.
3. Система по п. 1, дополнительно включающая программируемый управляющий процессор для управления механизмом позиционирования, а также подачей материалов из печатающей головки на приемную поверхность.
4. Система по п. 1., отличающаяся тем, что один или несколько первых каналов включают как минимум два канала, и они сконфигурированы таким образом, чтобы обеспечить их подсоединение к соответствующим вторым каналам в первой точке пересечения.
5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что как минимум один первый материал содержит средство образования межмолекулярной связи для затвердевания как минимум одного второго материала при смешивании в точке пересечения и/или канале подачи.
6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что диаметр любого второго канала меньше диаметра любого из первых каналов, а также канала подачи, таким образом, в канале подачи, вокруг как минимум одного второго материала потоком, поступающим от первых каналов, формируется коаксиальная оболочка.
7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что как минимум один второй материал содержит жизнедеятельные клетки.
8. Система по п. 1, дополнительно включающая приспособление для отвода жидкости для удаления излишков первого материала, поданного из печатающей головки.
9. Система по п. 8, отличающаяся тем, что приемная поверхность включает пористую мембрану с порами достаточного размера для прохождения через них излишков первого материала.
10. Система по п. 9, отличающаяся тем, что приспособление для отвода жидкости включает абсорбирующий материал или отсасывающее устройство для удаления излишков первого материала с приемной поверхности.
11. Система по п. 10, отличающаяся тем, что абсорбирующий материал или отсасывающее устройство устанавливается под пористой мембраной.
12. Система по п. 10, отличающаяся тем, что отсасывающее устройство устанавливается над приемной поверхностью.
13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что отсасывание осуществляется посредством одного или нескольких вакуумных каналов, предусмотренных на печатающей головке, один или несколько вакуумных каналов имеют отверстия, расположенные рядом с отверстиями печатающей головки.
14. Система по п. 1, дополнительно включающая емкости для материалов, имеющие жидкостное сообщение с микроструйными каналами в печатающей головке.
15. Система по п. 14, отличающаяся тем, что печатающая головка дополнительно включает как минимум два входа для приема материалов из емкостей, каждый вход имеет гидравлическое соединение с соответствующими микроструйными каналами и емкостями.
16. Система по п. 1, отличающаяся тем, что устройство подачи включает блок управления давлением.
17. Система по п. 1, отличающаяся тем, что струйные переключатели оснащены клапанами.
18. Система по п. 1, отличающаяся тем, что печатающая головка дополнительно включает пустотелую рабочую часть, способную выдвигаться из отверстия до приемной поверхности.
19. Система п. 1, отличающаяся тем, что печатающая головка включает два вторых канала, каждый из которых предназначен для подачи соответствующих вторых материалов, эти два вторых канала пересекаются и соединяются во второй точке пересечения, формируя третий канал, ведущий к первой точке пересечения.
20. Система для аддитивного производства трехмерных структур, включающая:
- как минимум одну печатающую головку для приема и распределения материалов, материалы включают первый и второй материал, печатающая головка включает:
- отверстие для подачи материалов;
- микроструйные каналы для приема и направления материалов к отверстию; а также
- струйные переключатели, каждый из которых устанавливается на один из микроструйных каналов в печатающей головке и конфигурируется таким образом, чтобы обеспечить или прекратить протекание жидкости по микроструйным каналам печатающей головки при приведении его в действие;
- приемную поверхность для приема материалов, подаваемых из отверстия;
- приспособление для отвода жидкости для удаления излишков первого материала, поданного из отверстия;
- механизм позиционирования для позиционирования отверстия печатающей головки в трехмерном пространстве, механизм позиционирования функционально связан с печатающей головкой; а также
- устройство подачи для распределения материала, поступающего из отверстия в печатающей головке.
21. Система по п. 20, отличающаяся тем, что первый материал содержит проточную жидкость, а второй материал - гидрогель.
22. Система по п. 20, отличающаяся тем, что приспособление для отвода жидкости включает отсасывающее устройство для удаления излишков первого материала с приемной поверхности либо через нее и/или из второго материала, поданного на приемную поверхность.
23. Система по п. 22, отличающаяся тем, что приемная поверхность включает пористую мембрану с порами достаточного размера для прохождения через них излишков первого материала.
24. Система по п. 23, отличающаяся тем, что отсасывающее устройство устанавливается под пористой мембраной.
25. Система по п. 22, отличающаяся тем, что отсасывающее устройство устанавливается над приемной поверхностью.
26. Система по п. 25, отличающаяся тем, что отсасывание осуществляется посредством одного или нескольких вакуумных каналов, предусмотренных на печатающей головке, один или несколько вакуумных каналов имеют отверстия, расположенные рядом с отверстиями печатающей головки.
27. Система по п. 20, отличающаяся тем, что приспособление для отвода жидкости включает абсорбирующий материал для удаления излишков первого материала с приемной поверхности.
28. Система по п. 23, дополнительно включающая программируемый управляющий процессор для управления механизмом позиционирования, а также подачей материалов из печатающей головки на приемную поверхность.
29. Система по п. 23, отличающаяся тем, что печатающая головка дополнительно включает пустотелую рабочую часть, способную выдвигаться из отверстия до приемной поверхности.
30. Система по п. 23, отличающаяся тем, что печатающая головка включает один или несколько первых каналов для приема и направления подачи первого материала, а также одного или несколько вторых каналов для приема и направления подачи второго материала соответственно, вторые каналы пересекаются и соединяются с первыми каналами в первой точке пересечения, формируя канал подачи, ведущий к отверстию.
31. Система по п. 30, отличающаяся тем, что печатающая головка включает два вторых канала, каждый из которых предназначен для подачи соответствующих вторых материалов, эти два вторых канала пересекаются и соединяются во второй точке пересечения, формируя третий канал, ведущий к первой точке пересечения.
32. Способ печати трехмерной (3D) структуры, включающий:
- обеспечение наличия 3D-принтера, включающего:
- как минимум одну печатающую головку с отверстием для подачи материалов;
- приемную поверхность для приема первого слоя материалов, подаваемых из отверстия на печатающей головке; а также
- механизм позиционирования для позиционирования отверстия печатающей головки в трехмерном пространстве, механизм позиционирования функционально связан с печатающей головкой;
- подаваемые материалы, содержащие проточную жидкость, а также один или несколько гидрогелей;
- программирование принтера на печать необходимой 3D-структуры;
- подача материалов из отверстия на печатающей головке, отличающаяся тем, что проточная жидкость и гидрогель подаются в соосном порядке, а также тем, что проточная жидкость покрывает гидрогель;
- наложение первого слоя подаваемого материала на приемную поверхность;
- повторение процесса наложения подаваемого материала на первый и каждый последующий слой, таким образом накладывая слой за слоем в геометрическом порядке согласно необходимой 3D-структуре, а также
- удаление излишков проточной жидкости, поданной из отверстия на печатающей головке за один или несколько раз в течение стадий наложения или в промежутках между ними.
33. Способ по п. 32, отличающийся тем, что проточная жидкость содержит средство образования межмолекулярной связи, при контакте с которым происходят структуризация и отвердевание гидрогеля, в результате данного контакта создаются волокна гидрогеля.
34. Способ по п. 32, отличающийся тем, что стадии наложения и удаления осуществляются беспрерывно, таким образом, по мере наложения слоев подаваемых материалов регулярно производится удаление излишков проточной жидкости.
35. Способ по п. 32, отличающийся тем, что стадия удаления осуществляется одновременно со стадиями наложения или в промежутках между ними, таким образом, по мере наложения слоев подаваемых материалов периодически производится удаление излишков проточной жидкости.
36. Способ по п. 32, отличающийся тем, что один или несколько гидрогелей обеспечивают рост и/или пролиферацию в них жизнедеятельных клеток.
RU2016100442A 2013-06-13 2014-06-13 Система и способ аддитивного производства трехмерных структур RU2643138C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361834420P 2013-06-13 2013-06-13
US61/834,420 2013-06-13
PCT/CA2014/050556 WO2014197999A1 (en) 2013-06-13 2014-06-13 System for additive manufacturing of three-dimensional structures and method for same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016100442A RU2016100442A (ru) 2017-07-18
RU2643138C2 true RU2643138C2 (ru) 2018-01-30

Family

ID=52021536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016100442A RU2643138C2 (ru) 2013-06-13 2014-06-13 Система и способ аддитивного производства трехмерных структур

Country Status (16)

Country Link
US (3) US11046930B2 (ru)
EP (2) EP3670155A1 (ru)
JP (5) JP6550379B2 (ru)
KR (2) KR102450885B1 (ru)
CN (1) CN105579219B (ru)
AU (1) AU2014280825B2 (ru)
BR (1) BR112015031320B1 (ru)
CA (1) CA2915737C (ru)
DK (1) DK3007882T3 (ru)
ES (1) ES2770418T3 (ru)
IL (1) IL243014B (ru)
PL (1) PL3007882T3 (ru)
PT (1) PT3007882T (ru)
RU (1) RU2643138C2 (ru)
SG (1) SG11201510138RA (ru)
WO (1) WO2014197999A1 (ru)

Families Citing this family (75)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11110648B2 (en) * 2012-07-31 2021-09-07 Makerbot Industries, Llc Build material switching
PL3007882T3 (pl) 2013-06-13 2020-06-01 Aspect Biosystems Ltd. System i sposób do wytwarzania przyrostowego trójwymiarowych struktur
US11903612B2 (en) * 2013-11-04 2024-02-20 University Of Iowa Research Foundation Bioprinter and methods of using same
KR20170023776A (ko) 2014-02-26 2017-03-06 루마 세러퓨틱스 인코포레이티드 자외선 광선 치료 장치들 및 방법들
US20160318260A1 (en) * 2015-04-30 2016-11-03 Elwha Llc Printing systems and related methods
DE102015206813A1 (de) * 2015-04-15 2016-10-20 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Auftragen eines Fluids auf einen Werkstückträger zum Erzeugen eines Werkstücks und System zum Erzeugen eines Werkstücks
WO2016174607A1 (en) * 2015-04-29 2016-11-03 Politecnico Di Milano Microfluidic device and relative method for the generation and/or culture and/or maturation of three- dimensional cell and/or tissue constructs
EP3310902B1 (en) 2015-06-16 2022-08-10 Aspect Biosystems Ltd. Continuously bioprinted multilayer tissue structure
CN108025501B (zh) 2015-09-16 2020-07-24 应用材料公司 用于增材制造系统的打印头模块
US10717265B2 (en) 2015-09-16 2020-07-21 Applied Materials, Inc. Array of printhead modules for additive manufacturing system
EP3383997A4 (en) * 2015-12-04 2019-11-27 Emulate, Inc. TOP OPEN MICROFLUIDIC DEVICE WITH STRUCTURAL ANCHOR
US10026674B2 (en) 2015-12-22 2018-07-17 Raytheon Company Cooling structure for integrated circuits and methods for forming such structure
WO2017113161A1 (zh) * 2015-12-30 2017-07-06 四川蓝光英诺生物科技股份有限公司 生物打印机喷头组件及生物打印机
JP6658773B2 (ja) * 2016-01-25 2020-03-04 株式会社リコー 立体造形物、立体造形物の製造方法、立体造形物の製造装置、立体造形用材料セット、及びハイドロゲル前駆体液
CN109310527A (zh) 2016-02-09 2019-02-05 鲁玛治疗公司 用于通过光疗法来治疗牛皮癣的方法、组合物和设备
WO2017149451A2 (en) 2016-02-29 2017-09-08 Verity Studios Ag Systems and methods for charging, transporting, and operating flying machines
WO2017192004A1 (ko) * 2016-05-03 2017-11-09 주식회사 티앤알바이오팹 삼차원 프린팅용 잉크를 공급하는 방법 및 이를 이용한 삼차원 프린팅 방법
US11534527B2 (en) 2016-05-03 2022-12-27 T & R Biofab Co., Ltd. Method for supplying inks for three-dimensional printing, and three-dimensional printing method using same
US10926454B2 (en) * 2016-05-20 2021-02-23 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Dispensing device and system for biological products
GB201609764D0 (en) * 2016-06-03 2016-07-20 Isis Innovation 3D printing of gel networks
CA3027595A1 (en) * 2016-06-16 2017-12-21 Aspect Biosystems Ltd. Bioprinted meniscus implant and methods of using same
WO2018009943A2 (en) 2016-07-08 2018-01-11 Cypre, Inc. Apparatus for patterning hydrogels into multi-well plates
US10345208B2 (en) 2016-07-12 2019-07-09 Deka Products Limited Partnership System and method for applying force to a device
USD812766S1 (en) * 2016-07-12 2018-03-13 EMULATE, Inc. Microfluidic chip for use with a fluid perfusion module
US11254901B2 (en) 2016-07-12 2022-02-22 Deka Products Limited Partnership System and method for printing tissue
CN109890619B (zh) * 2016-07-27 2021-01-26 哈佛学院院长及董事 用于声泳打印的设备和方法
WO2018039533A1 (en) * 2016-08-26 2018-03-01 The Government Of The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Tailored multi-material delivery for direct-write manufacturing
USD816861S1 (en) * 2016-09-07 2018-05-01 EMULATE, Inc. Transparent microfluidic chip without pressure features for use with a fluid perfusion module
USD842493S1 (en) * 2016-09-07 2019-03-05 EMULATE, Inc. Microfluidic chip without pressure features for use with a fluid perfusion module
US11299705B2 (en) 2016-11-07 2022-04-12 Deka Products Limited Partnership System and method for creating tissue
DE102016225227A1 (de) * 2016-12-16 2018-06-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum additiven Fertigen eines dreidimensionalen Objekts sowie dreidimensionales Objekt
CN106510898A (zh) * 2016-12-21 2017-03-22 中国人民大学 一种基于多通道喷嘴的多组分三维生物打印装置和方法
JP6861408B2 (ja) * 2016-12-27 2021-04-21 東京応化工業株式会社 細胞培養用チップの製造方法
JP7144434B2 (ja) * 2017-03-15 2022-09-29 アスペクト バイオシステムズ リミティド 繊維構造をプリントするためのシステム及び方法
CN106926456B (zh) * 2017-04-22 2018-12-28 广东工业大学 一种支架充液辅助成型系统
KR102418307B1 (ko) * 2017-05-11 2022-07-06 킹 압둘라 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀로지 미세유체공학-기반 3d 바이오프린팅용 장치 및 방법
EP3621978A1 (en) 2017-05-11 2020-03-18 King Abdullah University Of Science And Technology A peptide capable of forming a gel for use in tissue engineering and bioprinting
CA3063847A1 (en) 2017-05-16 2018-11-22 Embody Inc. Biopolymer compositions, scaffolds and devices
CA3066421A1 (en) * 2017-06-06 2018-12-13 Organofab Technologies, Inc. Method and apparatus for a tissue engineering system
GB201710834D0 (en) 2017-07-05 2017-08-16 Univ Newcastle Printing apparatus and method
US10570362B2 (en) 2017-07-12 2020-02-25 Deka Products Limited Partnership System and method for transferring tissue
FR3069806B1 (fr) 2017-08-03 2019-08-23 Centre National De La Recherche Scientifique Tete d'impression d'une imprimante, imprimante et procede d'impression
JP7529567B2 (ja) 2017-10-24 2024-08-06 エムボディ インコーポレイテッド 生体高分子足場移植片およびその生成のための方法
US10967576B2 (en) 2017-11-10 2021-04-06 Local Motors IP, LLC Additive manufactured structure having a plurality of layers in a stacking direction and method for making the same
KR102645547B1 (ko) 2017-12-08 2024-03-11 인벤티아 라이프 사이언스 피티와이 엘티디 3d 세포 구성물을 제조하기 위한 바이오 프린터
JP7420721B2 (ja) 2017-12-20 2024-01-23 アスペクト バイオシステムズ リミティド バイオ印刷された半月板インプラント及びその使用方法
US10350822B1 (en) * 2018-01-09 2019-07-16 Triastek Inc. Dosage forms with desired release profiles and methods of designing and making thereof
SE1850073A1 (en) * 2018-01-24 2019-07-25 Cellink Ab 3D bioprinters
CN110339469A (zh) * 2018-04-08 2019-10-18 上海叁钛生物科技有限公司 皮肤原位打印用打印头装置
US11731342B2 (en) 2018-04-23 2023-08-22 Rapidflight Holdings, Llc Additively manufactured structure and method for making the same
KR20200123212A (ko) 2018-04-23 2020-10-28 로컬 모터스 아이피, 엘엘씨 적층 제조를 위한 방법 및 장치
DE102018111751A1 (de) * 2018-05-16 2019-11-21 Cellbricks Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Zellkultureinsatzes mit mindestens einer Membran
GB201810447D0 (en) * 2018-06-26 2018-08-08 Univ Leuven Kath Photopolymerised cell culture devices
CN113365799B (zh) * 2018-09-19 2023-10-03 安斯百克特生物系统公司 用于打印芯纤维的系统和方法
KR20210099013A (ko) * 2018-12-06 2021-08-11 인벤티아 라이프 사이언스 피티와이 엘티디 3d 바이오 프린터용 프린트 헤드 어셈블리
EP3917756A4 (en) 2019-02-01 2023-05-10 Embody Inc. MICROFLUIDIC EXTRUSION
WO2020204895A1 (en) 2019-03-29 2020-10-08 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Generating fluidic components
EP4117919A4 (en) * 2019-08-12 2024-01-10 RapidFlight Holdings, LLC ADDITIVELY MANUFACTURED STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME
US11813790B2 (en) 2019-08-12 2023-11-14 Rapidflight Holdings, Llc Additively manufactured structure and method for making the same
US11083830B2 (en) * 2019-10-14 2021-08-10 Fresenius Medical Care Holdings, Inc. Implantable fluid conduit
EP4051487A4 (en) * 2019-11-01 2023-11-22 Aspect Biosystems Ltd. SYSTEMS AND METHODS FOR PRINTING CORE-SHELL FIBER
KR102210626B1 (ko) * 2020-02-28 2021-02-02 (주)케이랩스 공기압을 이용한 3d 프린팅 장치
US20240327766A9 (en) * 2020-06-25 2024-10-03 Dloc Biosystems, Inc. Duct organoid-on-chip
AT523819B1 (de) * 2020-07-03 2021-12-15 Charlotte Ohonin Kultivierungsvorrichtung für ein Kulitivieren von Zellkulturen
US11673324B2 (en) 2020-08-20 2023-06-13 King Abdullah University Of Science And Technology Nozzle for 3D bioprinting
WO2022038552A1 (en) * 2020-08-20 2022-02-24 King Adbullah University Of Science And Technology Nozzle for 3d bioprinting
US12109327B2 (en) 2020-08-20 2024-10-08 King Abdullah University Of Science And Technology Scaffolds from self-assembling tetrapeptides support 3D spreading, osteogenic differentiation and angiogenesis of mesenchymal stem cells
US12116421B2 (en) 2020-09-02 2024-10-15 King Abdullah University Of Science And Technology Peptide-based Dopa containing adhesive gels
US20230382948A1 (en) * 2020-10-21 2023-11-30 King Abdullah University Of Science And Technology Delivery of endothelial cell-laden microgel elicits angiogenesis in self-assembling ultrashort peptide hydrogels
WO2022107089A1 (en) 2020-11-23 2022-05-27 King Adbullah University Of Science And Technology Developing lateral flow immunochromatography (lfia) peptide-based test strips for rapid detection of antigens and antibodies against specific antigens
CN112549532A (zh) * 2020-12-08 2021-03-26 南通大学 一种基于3d打印装置的微流控芯片制备方法
WO2022134912A1 (zh) * 2020-12-25 2022-06-30 湖州艾先特电子科技有限公司 一种适用于3d生物打印机上料的搅拌机构
US11628600B2 (en) 2021-05-21 2023-04-18 Saudi Arabian Oil Company Fabrication method of transparent 3D polydimethylsiloxane devices with polycaprolactone molds
CN113500773B (zh) * 2021-07-08 2022-04-01 吉林大学 仿龙虾眼聚焦脉冲强光原位成型4d打印装置及方法
KR20240141164A (ko) * 2021-12-16 2024-09-25 애스펙트 바이오시스템즈 리미티드 방사상 펌프 어셈블리 및 그 사용 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080070304A1 (en) * 2004-02-24 2008-03-20 The Curators Of The Univeristy Of Missouri Self-Assembling Cell Aggregates and Methods of Making Engineered Tissue Using the Same
WO2012054195A2 (en) * 2010-10-21 2012-04-26 Organovo, Inc. Devices, systems, and methods for the fabrication of tissue
WO2013158508A1 (en) * 2012-04-20 2013-10-24 Organovo, Inc. Devices, systems, and methods for the fabrication of tissue utilizing uv cross-linking

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5292472A (en) 1992-12-18 1994-03-08 Bridgestone Corporation Coextrusion apparatus and method with rotating cord guidance
US7033603B2 (en) 1999-08-06 2006-04-25 Board Of Regents The University Of Texas Drug releasing biodegradable fiber for delivery of therapeutics
EP1690206A4 (en) 2003-11-14 2008-07-02 Univ Drexel METHOD AND DEVICE FOR COMPUTER-ASSISTED TISSUE TECHNOLOGY FOR MODELING, DEVELOPING AND FREEFORMING MANUFACTURING OF FABRIC SCAFFOLDING, CONSTRUCTIONS AND EQUIPMENT
WO2006020685A2 (en) 2004-08-11 2006-02-23 Cornell Research Foundation, Inc. Modular fabrication systems and methods
US8398935B2 (en) 2005-06-09 2013-03-19 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Sheath flow device and method
EP1790861A1 (en) 2005-11-25 2007-05-30 Bonsens AB Microfluidic system
JP2008017798A (ja) 2006-07-14 2008-01-31 Olympus Corp 生体組織製造装置および生体組織製造方法
US8047235B2 (en) 2006-11-30 2011-11-01 Alcatel Lucent Fluid-permeable body having a superhydrophobic surface
US7771183B2 (en) 2007-01-17 2010-08-10 3D Systems, Inc. Solid imaging system with removal of excess uncured build material
GB0722092D0 (en) 2007-11-09 2007-12-19 Q Chip Ltd Microfluidic device and method for producing sheathed flow
CN102016137B (zh) 2008-02-29 2012-11-14 新加坡科技研究局 用流体动力法在同轴层流中形成聚合物(水凝胶)纤维
KR101004769B1 (ko) 2008-09-09 2011-01-04 서울대학교산학협력단 광유체적 리소그래피 시스템 및 마이크로구조물 제조방법
US20110293712A1 (en) 2008-12-02 2011-12-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. Coaxially encapsulated cell suspensions and microtissues
US20110136162A1 (en) 2009-08-31 2011-06-09 Drexel University Compositions and Methods for Functionalized Patterning of Tissue Engineering Substrates Including Bioprinting Cell-Laden Constructs for Multicompartment Tissue Chambers
JP5633077B2 (ja) 2009-10-14 2014-12-03 国立大学法人 東京大学 被覆されたマイクロゲルファイバ
CN107028886A (zh) 2009-11-04 2017-08-11 不列颠哥伦比亚大学 含有核酸的脂质粒子及相关的方法
US9174390B2 (en) * 2009-12-30 2015-11-03 DePuy Synthes Products, Inc. Integrated multi-material implants and methods of manufacture
WO2012009363A1 (en) 2010-07-12 2012-01-19 President And Fellows Of Harvard College Alginate hydrogel fibers and related materials
US20120089238A1 (en) 2010-10-06 2012-04-12 Hyun-Wook Kang Integrated organ and tissue printing methods, system and apparatus
KR101222890B1 (ko) 2010-11-24 2013-01-17 고려대학교 산학협력단 표면 장력을 이용한 마이크로 밸브 및 이를 포함하는 미세유체칩, 및 이의 제조방법
AU2011340790A1 (en) * 2010-12-06 2013-07-25 University Of South Australia High throughput microfluidic device
US9126366B2 (en) 2011-06-15 2015-09-08 Korea Institute Of Machinery & Materials Apparatus and method for manufacturing cell culture scaffold
US20140232035A1 (en) * 2013-02-19 2014-08-21 Hemant Bheda Reinforced fused-deposition modeling
US9579851B2 (en) * 2013-03-22 2017-02-28 Markforged, Inc. Apparatus for fiber reinforced additive manufacturing
PL3007882T3 (pl) 2013-06-13 2020-06-01 Aspect Biosystems Ltd. System i sposób do wytwarzania przyrostowego trójwymiarowych struktur
US11903612B2 (en) 2013-11-04 2024-02-20 University Of Iowa Research Foundation Bioprinter and methods of using same
EP3970945A1 (en) * 2013-11-19 2022-03-23 Guill Tool & Engineering Filament for use in a 3d printer and method for producing the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080070304A1 (en) * 2004-02-24 2008-03-20 The Curators Of The Univeristy Of Missouri Self-Assembling Cell Aggregates and Methods of Making Engineered Tissue Using the Same
WO2012054195A2 (en) * 2010-10-21 2012-04-26 Organovo, Inc. Devices, systems, and methods for the fabrication of tissue
WO2013158508A1 (en) * 2012-04-20 2013-10-24 Organovo, Inc. Devices, systems, and methods for the fabrication of tissue utilizing uv cross-linking

Also Published As

Publication number Publication date
JP7498318B2 (ja) 2024-06-11
US20240190065A1 (en) 2024-06-13
JP2023061953A (ja) 2023-05-02
WO2014197999A1 (en) 2014-12-18
EP3007882B1 (en) 2019-11-20
US20210317404A1 (en) 2021-10-14
JP2020182474A (ja) 2020-11-12
JP7217248B2 (ja) 2023-02-02
JP2016530874A (ja) 2016-10-06
US11046930B2 (en) 2021-06-29
RU2016100442A (ru) 2017-07-18
CN105579219A (zh) 2016-05-11
US20160136895A1 (en) 2016-05-19
BR112015031320B1 (pt) 2022-01-18
JP6550379B2 (ja) 2019-07-24
DK3007882T3 (da) 2020-02-24
EP3007882A4 (en) 2017-03-22
EP3670155A1 (en) 2020-06-24
IL243014B (en) 2019-08-29
EP3007882A1 (en) 2016-04-20
US11738501B2 (en) 2023-08-29
SG11201510138RA (en) 2016-01-28
KR20160030939A (ko) 2016-03-21
PL3007882T3 (pl) 2020-06-01
CN105579219B (zh) 2017-09-01
KR102284531B1 (ko) 2021-08-03
JP2019201644A (ja) 2019-11-28
ES2770418T3 (es) 2020-07-01
CA2915737C (en) 2016-09-13
KR20210097816A (ko) 2021-08-09
KR102450885B1 (ko) 2022-10-06
CA2915737A1 (en) 2014-12-18
AU2014280825A1 (en) 2016-01-28
JP6733014B2 (ja) 2020-07-29
BR112015031320A2 (pt) 2017-07-25
PT3007882T (pt) 2020-02-20
JP2024124406A (ja) 2024-09-12
AU2014280825B2 (en) 2018-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2643138C2 (ru) Система и способ аддитивного производства трехмерных структур
Harley et al. Advances in biofabrication techniques towards functional bioprinted heterogeneous engineered tissues: a comprehensive review
CN104924617B (zh) 一种滴液式光固化跟随打印系统及方法
US12007687B2 (en) Microfluidics-enabled multimaterial stereolithographic printing
KR20200035423A (ko) 프린터의 프린트 헤드, 프린터 및 인쇄 방법
CN106510898A (zh) 一种基于多通道喷嘴的多组分三维生物打印装置和方法
US20190389124A1 (en) Systems and methods for improved dispensing, layering, and deposition of cross-linkable hydrogels
EP3328456A1 (en) Heterogeneous filaments, methods of producing the same, scaffolds, methods of producing the same, droplets, and methods of producing the same
Chivate et al. Additive manufacturing of micropatterned functional surfaces: a review
WO2020178355A1 (en) A three-dimensional printer comprising a print head and insert and a method of using the same
Chang et al. Organ printing
KR102623703B1 (ko) 바이오 프린터 및 제어방법
Prabhakar et al. Printability and Shape Fidelity in Different Bioprinting Processes
WO2024187055A1 (en) Devices, systems, processes, and methods relating to 3d printers comprising pressurized resin production of three-dimensional target objects
Chivate Exploring Additive Micromanufacturing Techniques With In-Situ Monitoring and Mathematical Modeling for Functionalized Microstructure Fabrication
CN116367941A (zh) 用于数字制造的方法和设备及使用其制成的结构