TWI674201B - 生物材料列印設備 - Google Patents

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Abstract

一種生物材料列印設備，包括一承載座、一移動裝置、一列印裝置、一第一光學偵測裝置、以及一第二光學偵測裝置。承載座用以供一培養容器放置。移動裝置連接承載座。列印裝置連接移動裝置。第一光學偵測裝置用以偵測列印裝置之注射針的位置。第二光學偵測裝置用以偵測培養容器之位置。依據第一光學偵測裝置以及第二光學偵測裝置之偵測，生物材料列印設備可將注射針精確地移動至對應於培養容器之注射位置，進而提高生物材料列印之精準度。

Description

生物材料列印設備
本揭露主要關於一種列印設備，尤指一種生物材料列印設備。
習知之仿生皮膚可用於貼附於病患之傷口以防止患者之水分散失或是防止細菌之感染。此外，於現今之仿生皮膚中可包括病患自體之皮膚細胞，因此，當仿生皮膚貼附於病患之傷口時，傷口不易對仿生皮膚產生排斥性，而能良好地整合於病患之傷口，且不需要定期對仿生皮膚進行更換。因此，現今仿生皮膚可大幅提升對於治療之功效。
再者，於製作仿生皮膚時，由於採用具有活性之皮膚細胞，因此皮膚細胞生可於培養容器中生長，進而降低製作仿生皮膚之時間，以即時對病患提供治療。
然而，現今對於仿生皮膚於製作上較為困難，且良率較低，因此仿生皮膚之價格十分昂貴，造成了病患之負擔。因此，雖然目前之仿生皮膚符合了其使用之目的，但尚未滿足許多其他方面的要求。因此，需要提供製作仿生皮膚的改進方案。
本揭露之目的為提供一種生物材料列印設備，能降低仿生皮膚等仿生產品製作上的困難度，並能提高製作之良率，進而可降低仿生產品之製作成本。相關仿生皮膚等仿生產品更可以應用在化妝品、皮膚保養品、新藥及化學品開發所需的皮膚刺激、腐蝕、吸收及過敏等相關檢測，並提供更穩定的產品品質。
本揭露提供了一種生物材料列印設備，包括一承載座、至少一列印裝置、一移動裝置、一控制裝置、一第一光學偵測裝置、以及一第二光學偵測裝置。承載座用以放置至少一一培養容器。列印裝置包括一注射針，用以容納一生物材料。移動裝置用以移動該承載座以及該列印裝置。控制裝置電性連接移動裝置以及列印裝置。
第一光學偵測裝置電性連接控制裝置。第一光學偵測裝置用以偵測注射針之位置，產生一第一偵測訊號並傳輸至控制裝置。第二光學偵測裝置電性連接控制裝置。第二光學偵測裝置用以偵測培養容器之位置，產生一第二偵測訊號並傳輸至控制裝置。控制裝置依據第一偵測訊號以及第二偵測訊號，驅動移動裝置移動注射針至一注射位置，並驅動列印裝置經由注射針注射生物材料至培養容器。
本揭露之生物材料列印設備可以三維列列印的方式製作仿生產品，進而降低仿生產品製作上的困難度。此外，本揭露之生物材料列印設備利用多種光學偵測裝置，使得注射針可精確地注射生物材料至培養容器內，進而可提高仿生產品之良率，進而可降低仿生產品之製作成本。
以下之說明提供了許多不同的實施例、或是例子，用來實施本揭露之不同特徵。以下特定例子所描述的元件和排列方式，僅用來精簡的表達本揭露，其僅作為例子，而並非用以限制本揭露。例如，第一特徵在一第二特徵上或上方的結構之描述包括了第一和第二特徵之間直接接觸，或是以另一特徵設置於第一和第二特徵之間，以致於第一和第二特徵並不是直接接觸。
本說明書之第一以及第二等詞彙，僅作為清楚解釋之目的，並非用以對應於以及限制專利範圍。此外，第一特徵以及第二特徵等詞彙，並非限定是相同或是不同之特徵。
於此使用之空間上相關的詞彙，例如上方或下方等，僅用以簡易描述圖式上之一元件或一特徵相對於另一元件或特徵之關係。除了圖式上描述的方位外，包括於不同之方位使用或是操作之裝置。此外，圖式中之形狀、尺寸、厚度、以及傾斜之角度可能為了清楚說明之目的而未依照比例繪製或是被簡化，僅提供說明之用。
第1圖為根據一些實施例中本揭露之生物材料列印設備1的立體圖。生物材料列印設備1用以三維列印生物材料以形成仿生產品，例如仿生皮膚或是仿生組織。
生物材料列印設備1可包括一承載座10、一移動裝置20以及多個列印裝置30。承載座10可用供一托盤A1以及多個培養容器A2放置。承載座10可具有一承載槽11。托盤A1可放置於承載槽11內。承載槽11可用以限制托盤A1放置於承載座10上之位置，且用以限制托盤A1相對於承載座10之移動。
托盤A1具有多個容置槽A11。容置槽A11可以陣列的方式排列於一水平面上。培養容器A2可放置於容置槽A11內。容置槽A11可用以限制培養容器A2放置於托盤A1上之位置，且用以限制培養容器A2相對於托盤A1之移動。生物材料列印設備1可將多種生物材料依序列印於培養容器A2內，以形成三維之仿生產品。
於本實施例中，容置槽A11之尺寸以及數目對應於培養容器A2之尺寸以及數目。此外，培養容器A2之尺寸以及數目並不予以限制。於一些實施例中，培養容器A2之數目可為1個至100個範圍之間，但並不以此為限。培養容器A2之最大寬度可為1公分至10公分的範圍之間，但並不以此為限。上述寬度為培養容器A2放置於一水平面上，且平行於水平面之方向進行測量。
於一些實施例中，可不需要托盤A1。培養容器A2直接放置於承載座10之承載槽11內。
移動裝置20連接承載座10。移動裝置20可用以移動承載座10以及列印裝置30。移動裝置20可包括一平台21、一Y軸移動機構22、一X軸移動機構23以及一Z軸移動機構24。Y軸移動機構22可設置於平台21上，且連接承載座10。Y軸移動機構22用以將承載座10沿一Y方向移動。
於一些實施例中，承載座10可固定於平台21上。換句話說，承載座10並不會相對於平台21移動。Y軸移動機構22設置於平台21上，且用以沿Y方向移動X軸移動機構23。
X軸移動機構23設置於平台21上，且Z軸移動機構24可移動地設置於X軸移動機構23上。X軸移動機構23用以沿一X方向移動Z軸移動機構24。此外，多數的列印裝置30可移動地設置於Z軸移動機構24上。Z軸移動機構24用以沿一Z方向移動列印裝置30。
據此，於本實施例中，藉由X軸移動機構23以及Z軸移動機構24可將列印裝置30相對於承載座10於X方向以及Z方向上移動。此外，藉由Y軸移動機構22可將承載座10相對於列印裝置30於Y方向上移動。換句話說，藉由移動裝置20可將列印裝置30相對於承載座10於三軸方向(X方向、Y方向及Z方向)上移動。
每一列印裝置30可包括一注射筒31以及一注射針32。注射筒31用以容納生物材料M1(如第2A、2B、2C圖所示)。注射針32連接注射筒31。注射筒31內之生物材料M1可經由注射針32之針頭33流出。
第2A圖、第2B圖以及第2C圖為根據一些實施例中本揭露之培養容器A2於列印過程中之中間階段的示意圖。如第1圖及第2A圖所示，藉由移動裝置20可將注射針32移動至對應於培養容器A2之一注射位置，且列印裝置30可將注射筒31內之生物材料M1經由注射針32之針頭33注入培養容器A2內。
為了能使生物材料M1均勻地分布於培養容器A2，移動裝置20可將注射針32由注射位置沿一注射路徑相對於培養容器A2移動。上述之注射路徑可為位於水平面上之一螺旋路徑。注射位置位於培養容器A2之中心，且注射針32沿螺旋路徑由培養容器A2之中心朝向培養容器A2之側壁移動。於一些實施例中，注射針32沿螺旋路徑由培養容器之側壁往中心移動。於一些實施例中，注射針32沿包括多個線性區段之彎折路徑移動，上述彎折路徑位於一水平面上。
生物材料M1可包括生物材料M11、生物材料M12以及生物材料M13。於第2A圖中，列印裝置30a列印生物材料M11於培養容器A2內。於列印裝置30a列印完成生物材料M11後，於第2B圖中，移動裝置20移動另一列印裝置30b至培養容器A2之注射位置，並開始列印生物材料M12。於第2C圖中，於列印裝置30c列印完成第三生物材料M13，且移動裝置20將列印裝置30c遠離培養容器A2，即可完成三維之仿生產品的列印。
據此，藉由本揭露之生物材料列印設備1可利用移動裝置20以及列印裝置30進行仿生產品之三維列印，進而可降低仿生產品之製作難度。
於本實施例中，仿生產品包括三種不同之生物材料M1，但並不以此為限。於另一些實施例中，仿生產品可包括一種或兩種以上不同之生物材料M1。舉例而言，仿生產品可包括一種、兩種、四種、或五種以上不同之生物材料M1。
於本實施例中，仿生產品可為仿生皮膚。為了簡潔之目的，於本實施例中，僅揭露了三種不同之生物材料M11、M12、M13。舉例而言，生物材料M11可為膠原蛋白。生物材料M12可為生物可分解高分子材料，例如聚乳酸(Polylactide,PLA)或聚己內脂(polycaprolactone,PCL)。生物材料M13可為人體纖維母細胞、人體表皮細胞或生物細胞。
此外，為了簡潔之目的，於第2C圖中僅繪製了一層之生物材料M11、一層之生物材料M12以及一層之生物材料M13。然而，生物材料M11、生物材料M12及/或生物材料M13可具有多層，且可相互交錯排列。
由於製作仿生產品時，每一生物材料M1的厚度等參數需要非常精確地控制才能製作出品質良好的仿生產品。因此，對於每一培養容器A2相對於承載座10的位置、每一列印裝置30之注射針32之針頭33的位置以及於培養容器A2內生物材料M1的高度需要非常精確地控制以及校準。於本實施例中，生物材料列印設備1利用了多個光學偵測裝置來進行偵測以及校準之工作，進而可提高仿生產品之良率。
第3圖為根據一些實施例中本揭露之生物材料列印設備1的系統圖。於本實施例中，生物材料列印設備1更包括一控制裝置40、一第一光學偵測裝置50、一第二光學偵測裝置60、以及一光學高度偵測裝置70。控制裝置40可電性連接移動裝置20、列印裝置30、一第一光學偵測裝置50、一第二光學偵測裝置60、以及一光學高度偵測裝置70。
控制裝置40可為一電腦。控制裝置40可用以控制移動裝置20之Y軸移動機構22、X軸移動機構23以及Z軸移動機構24移動。此外，控制裝置40可控制列印裝置30將生物材料M1經由注射針32流出的流量。
於本實施例中可藉由第一光學偵測裝置50校正注射針32之針頭33的位置，並藉由第二光學偵測裝置60測量培養容器A2相對於承載座10之位置。此外，藉由光學高度偵測裝置70偵測培養容器A2內生物材料M1之頂面的高度。藉此讓列印裝置30能準確地將生物材料M1列印至培養容器A2內，進而提高仿生產品之良率。
第一光學偵測裝置50可連接承載座10，並電性連接控制裝置40。於一些實施例中，第一光學偵測裝置50可設置於平台21上。第一光學偵測裝置50用以偵測注射針32之針頭33的位置，產生一第一偵測訊號並傳輸至控制裝置40。
第4圖為根據一些實施例中本揭露之第一光學偵測裝置50的立體圖。第5A圖、第5B圖、第5C圖、第5D圖為根據一些實施例中本揭露之第一光學偵測裝置50於校準過程中的示意圖。於本實施例中，第一光學偵測裝置50包括一Z軸偵測模組51、一X軸偵測模組52、以及一Y軸偵測模組53。Z軸偵測模組51用以產生一Z軸偵測光束L1。於本實施例中，Z軸偵測光束L1為沿一水平面延伸之一平面光束。
Z軸偵測模組51可包括一Z軸光束發射器511以及一Z軸光束接收器512。Z軸光束發射器511用以發射Z軸偵測光束L1。Z軸光束接收器512用以接收Z軸偵測光束L1，並依據所接收之Z軸偵測光束L1產生一Z軸偵測訊號。
X軸偵測模組52用以產生一X軸偵測光束L2。於本實施例中，X軸偵測光束L2為沿X方向延伸一線性光束。X軸偵測模組52可包括一X軸光束發射器521以及一X軸光束接收器522。X軸光束發射器521用以發射X軸偵測光束L2。X軸光束接收器522用以接收X軸偵測光束L2，並依據所接收之X軸偵測光束L2產生一X軸偵測訊號。
Y軸偵測模組53用以產生一Y軸偵測光束L3。於本實施例中，Y軸偵測光束L3為沿Y方向延伸之一線性光束。Y軸偵測模組53可包括一Y軸光束發射器531以及一Y軸光束接收器532。Y軸光束發射器531用以發射Y軸偵測光束L3。Y軸光束接收器532用以接收Y軸偵測光束L3，並依據所接收之Y軸偵測光束L3產生一Y軸偵測訊號。於本實施例中，X方向垂直於Y方向，且X方向和Y方向平行於水平面。
於一些實施例中，X軸光束發射器521、X軸光束接收器522、Y軸光束發射器531以及Y軸光束接收器532位於一第一參考平面P1上。X軸偵測光束L2以及Y軸偵測光束L3亦可沿第一參考平面P1延伸，且可於通過中心軸AX1。上述第一參考平面P1可為一水平面。中心軸AX1可垂直於第一參考平面P1、X方向及Y方向。
Z軸光束發射器511以及Z軸光束接收器512可為於一第二參考平面P2上。Z軸偵測光束L1可沿第二參考平面P2延伸，且可於通過中心軸AX1。上述第二參考平面P2可平行於第一參考平面P1，且與第一參考平面P1分離。於本實施例中，於Z方向上，第二參考平面P2位於第一參考平面P1的上方。
如第5A圖所示，當注射針32利用第一光學偵測裝置50進行校準時，控制裝置40可驅動移動裝置20將注射針32移動至一偵測位置上。若注射針32的位置並未偏移，注射針32可沿中心軸AX1向下延伸，且中心軸AX1可通過注射針32以及針頭33之中心。換句話說，注射針32並未相對於中心軸AX1傾斜。
之後，移動裝置20再將注射針32沿Z方向向下移動。當注射針32之針頭33遮蔽部分之Z軸偵測光束L1時，Z軸偵測模組51產生一Z軸偵測訊號，並傳送至控制裝置40。控制裝置40依據Z軸偵測訊號驅動移動機構24將注射針32沿Z方向向下移動一預定距離，以使針頭33再移動至第一參考平面P1上。
如第5B圖所示，若注射針32的位置並未偏移時，位於第一參考平面P1及中心軸AX1之針頭33會同時遮蔽X軸偵測光束L2以及Y軸偵測光束L3，控制裝置40可依此判定注射針32並未偏離，且注射針32之針頭33相對於列印裝置30位於一標準位置。
如第5C圖及第5D圖所示，若注射針32的位置偏移時，位於第一參考平面P1之針頭33並不會同時遮蔽X軸偵測光束L2及/或Y軸偵測光束L3。此時，控制裝置40驅動移動裝置20沿X方向移動一X軸偏移距離d1，直到針頭33遮蔽X軸偵測光束L2，且X軸偵測模組52產生一X軸偵測訊號。
之後，控制裝置40驅動移動裝置20沿Y方向移動移動一Y軸偏移距離d2，直到針頭33遮蔽Y軸偵測光束L3，且Y軸偵測模組53產生一Y軸偵測訊號。
上述Z軸偵測訊號、X軸偵測訊號以及Y軸偵測訊號、X軸偏移距離d1以及Y軸偏移距離d2形成第一偵測訊號，並傳送至控制裝置40。
控制裝置40依據第一偵測訊號取得針頭之偏移位置。控制裝置40可依據標準位置以及偏移位置校正針頭33之位置，以使注射針32能精準地注射生物材料M1於培養容器A2內。
於本實施例中，X軸偵測光束L2以及Y軸偵測光束L3皆位於第一參考平面P1上。然而，於一些實施例中，X軸偵測光束L2以及Y軸偵測光束L3可分別位於與第一參考平面P1平行且分離的兩平面。第一光學偵測裝置50可藉由注射針32之針頭33對X軸偵測光束L2以及Y軸偵測光束L3進行先後遮蔽以對注射針32之針頭33進行偵測，並形成第一偵測訊號。
第6圖為根據一些實施例中本揭露之第二光學偵測裝置60的立體圖。第7圖為根據一些實施例中本揭露之托盤A1以及培養容器A2的俯視圖。第二光學偵測裝置60可移動地設置於移動裝置20之Z軸移動機構24。第二光學偵測裝置60用以偵測培養容器A2之位置，產生一第二偵測訊號並傳輸至控制裝置40。
於本實施例中，第二光學偵測裝置60包括一攝影模組61，用以拍攝培養容器A2之影像，以形成第二偵測訊號。於本實施例中，第二偵測訊號可為一影像訊號。控制裝置40驅動移動裝置20將第二光學偵測裝置60移動至培養容器A2之上方，並對於培養容器A2進行拍攝。此外，控制裝置40可驅動Z軸移動機構24以使得攝影模組61沿Z方向移動，藉以使得攝影模組61對焦於培養容器A2。
控制裝置40依據影像訊號(第二偵測訊號)計算出每一培養容器A2之中心A21的容器中心座標，並依據容器中心座標計算出一注射位置。控制裝置40可依據兩相鄰之培養容器A2之中心A21座標計算出培養容器A2之容器間距d3(如第7圖所示)。
據此，控制裝置40可依據偏移位置驅動移動裝置20精確地移動注射針32至上述注射位置，並驅動列印裝置30經由注射針32注射生物材料M1至培養容器A2內，進而使得注射針32能精準地注射生物材料M1於培養容器A2內。
當列印裝置30列印完一個培養容器A2後，控制裝置40可依據容器間距d3將注射針32移動至下一個培養容器A2之注射位置。於一些實施例中，當列印裝置30列印完一個培養容器A2後，控制裝置40可依據下一個培養容器A2之容器中心座標將注射針32移動至上述下一個培養容器A2之注射位置。據此，控制裝置40可精準地移動注射針32至每一培養容器A2之注射位置，以防止培養容器A2偏移時，而造成注入生物材料M1之位置的偏差。
第8圖為根據一些實施例中本揭露之光學高度偵測裝置70的立體圖。第9圖為根據一些實施例中本揭露之光學高度偵測裝置70的示意圖。光學高度偵測裝置70可設置於移動裝置20之Z軸移動機構24或是X軸移動機構23上。光學高度偵測裝置70用以偵測培養容器A2內之生物材料M1之一頂面M2的高度，並產生一高度偵測訊號。控制裝置40可依據容器中心座標以及高度偵測訊號計算出注射位置。
光學高度偵測裝置70包括一高度光束發射器71以及一高度光束接收器72。高度光束發射器71用以朝向培養容器A2之底部發射一高度偵測光束L4。高度光束接收器72用以接收經由培養容器A2之底部反射之高度偵測光束L4。於本實施例中，光學高度偵測裝置70可為一雷射測距儀。高度偵測光束L4可為雷射光束。
如第9圖所示，部分之高度偵測光束L41可經由培養容器A2之底部反射至高度光束接收器72，且部分之高度偵測光束L42可經由培養容器A2內之生物材料M1之頂面M2反射至高度光束接收器72。光學高度偵測裝置70依據高度偵測光束L41以及高度偵測光束L42照射於高度光束接收器72的位置產生高度偵測訊號。控制裝置40依據高度偵測訊號計算出生物材料M1之頂面M2相對於培養容器A2之底部的高度，並產生一高度資料。
於本實施例中，控制裝置40可依據高度資料以及容器中心座標計算出前述之注射位置。於本實施例中，注射位置於Z方向上高於生物材料M1之頂面M2之一預定高度。於一些實施例中，上述預定高度約為0.1 mm至5 mm的範圍之間。據此，藉由光學高度偵測裝置70可使得注射針32能更精確地移動至注射位置，並能使得生物材料M1更精確地注射於培養容器A2內。
第10圖為根據一些實施例中本揭露之生物材料列印設備1之操作方法的流程圖。可理解的是，於下列各實施例之方法中的各步驟中，可於各步驟之前、之後以及其間增加額外的步驟，且於前述的一些步驟可被置換、刪除或是移動。
於步驟S101中，控制裝置40驅動移動裝置20移動一標準之注射針32至第一光學偵測裝置50的上方。經由第一光學偵測裝置50測量一標準之注射針32(如第4A圖及第4B圖所示)，並產生一第一偵測訊號。控制裝置40依據第一偵測訊號取得對應於標準之注射針之一標準位置。
於本實施例中，當控制裝置40移動上述標準之注射針32至注射位置時，標準之注射針32之針頭33於Z方向上位於培養容器A2之中心A21的上方。此外，當取得標準位置後，可將標準之注射針32置換為一般之注射針32。
於步驟S103中，控制裝置40驅動移動裝置20移動一般之注射針32至第一光學偵測裝置50的上方。經由第一光學偵測裝置50測量一般之注射針32，並產生一第一偵測訊號。控制裝置40依據第一偵測訊號取得對應於一般之注射針32之一偏移位置。
於步驟S105中，藉由第二光學偵測裝置60偵測每一培養容器A2的位置。於本實施例中，控制裝置40驅動移動裝置20移動第二光學偵測裝置60至培養容器A2之上方。控制裝置40驅動第二光學偵測裝置60偵測培養容器A2並產生一第二偵測訊號。控制裝置40分析第二偵測訊號，並計算每一培養容器A2之容器中心座標。
於步驟S107中，當培養容器A2內具有生物材料M1時，經由光學高度偵測裝置70偵測每一培養容器A2之生物材料M1之頂面M2相對於培養容器A2之底部的高度。於本實施例中，控制裝置40驅動移動裝置20使光學高度偵測裝置70至培養容器A2之上方。控制裝置40驅動光學高度偵測裝置70偵測培養容器A2並產生一高度偵測訊號。控制裝置40分析高度偵測訊號，並產生一高度資料。
於步驟S109中，控制裝置40依據容器中心座標及/或高度資料產生對應於每一培養容器A2之一注射位置。步驟S111中，控制裝置40依據針頭33之偏移位置以及標準位置驅動移動裝置20將注射針32移動至注射位置。
於步驟S113中，控制裝置40驅動列印裝置30將生物材料M1經由注射針32注射於培養容器A2內。重複步驟S113，控制裝置40驅動列印裝置30移動至另一培養容器A2的注射位置，並將生物材料M1經由注射針32注射於培養容器A2內直到每一培養容器A2均被注射生物材料M1。
重複上述步驟S103至步驟S113將不同之生物材料M1注射於每一培養容器A2內即可完成三維仿生產品之列印。
綜上所述，本揭露之生物材料列印設備可以三維列印的方式製作仿生產品，進而降低仿生產品製作上的困難度。此外，本揭露之生物材料列印設備利用多種光學偵測裝置，使得注射針可精確地注射生物材料至培養容器內，進而可提高仿生產品之良率，進而可降低仿生產品之製作成本。
本揭露雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本揭露的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。因此上述實施例並非用以限定本揭露之範圍，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧生物材料列印設備
10‧‧‧承載座
11‧‧‧承載槽
20‧‧‧移動裝置
21‧‧‧平台
22‧‧‧Y軸移動機構
23‧‧‧X軸移動機構
24‧‧‧Z軸移動機構
30(30a、30b、30c)‧‧‧列印裝置
31‧‧‧注射筒
32‧‧‧注射針
33‧‧‧針頭
40‧‧‧控制裝置
50‧‧‧第一光學偵測裝置
51‧‧‧Z軸偵測模組
511‧‧‧Z軸光束發射器
512‧‧‧Z軸光束接收器
52‧‧‧X軸偵測模組
521‧‧‧X軸光束發射器
522‧‧‧X軸光束接收器
53‧‧‧Y軸偵測模組
531‧‧‧Y軸光束發射器
532‧‧‧Y軸光束接收器
60‧‧‧第二光學偵測裝置
61‧‧‧攝影模組
70‧‧‧光學高度偵測裝置
71‧‧‧高度光束發射器
72‧‧‧高度光束接收器
A1‧‧‧托盤
A11‧‧‧容置槽
A2‧‧‧培養容器
A21‧‧‧中心
AX1‧‧‧中心軸(Axis)
d1‧‧‧X軸偏移距離
d2‧‧‧Y軸偏移距離
d3‧‧‧容器間距
L1‧‧‧Z軸偵測光束
L2‧‧‧X軸偵測光束
L3‧‧‧Y軸偵測光束
L4、L41、L42‧‧‧高度偵測光束
M1(M11、M12、M13)‧‧‧生物材料
M2‧‧‧頂面
P1‧‧‧第一參考平面
P2‧‧‧第二參考平面
第1圖為根據一些實施例中本揭露之生物材料列印設備的立體圖。 第2A圖、第2B圖以及第2C圖為根據一些實施例中本揭露之培養容器於列印過程中的示意圖。 第3圖為根據一些實施例中本揭露之生物材料列印設備的系統圖。 第4圖為根據一些實施例中本揭露之第一光學偵測裝置的立體圖。 第5A圖、第5B圖、第5C圖、第5D圖為根據一些實施例中本揭露之第一光學偵測裝置於校準過程的示意圖。 第6圖為根據一些實施例中本揭露之第二光學偵測裝置的立體圖。 第7圖為根據一些實施例中本揭露之托盤以及培養容器的俯視圖。 第8圖為根據一些實施例中本揭露之光學高度偵測裝置的立體圖。 第9圖為根據一些實施例中本揭露之光學高度偵測裝置的示意圖。 第10圖為根據一些實施例中本揭露之生物材料列印設備之操作方法的流程圖。

Claims (7)

  1. 一種生物材料列印設備，包括：一承載座，用以放置至少一培養容器；至少一列印裝置，再包括一注射針，用以容納一生物材料；一移動裝置，用以移動該承載座以及該列印裝置；一控制裝置，電性連接該移動裝置以及該列印裝置；一第一光學偵測裝置，電性連接該控制裝置，其中該第一光學偵測裝置用以偵測該注射針之位置，產生一第一偵測訊號並傳輸至該控制裝置，包括：一Z軸偵測模組，用以產生一Z軸偵測光束；一X軸偵測模組，用以產生一X軸偵測光束；以及一Y軸偵測模組，用以產生一Y軸偵測光束，其中當該注射針通過該Z軸偵測光束時，該Z軸偵測模組產生一Z軸偵測訊號，當該注射針通過該X軸偵測光束時，該X軸偵測模組產生一X軸偵測訊號，且當該注射針通過該Y軸偵測光束時，該Y軸偵測模組產生一Y軸偵測訊號，其中該Z軸偵測訊號、該X軸偵測訊號以及該Y軸偵測訊號形成該第一偵測訊號；以及一第二光學偵測裝置，電性連接該控制裝置且設置於該移動裝置上，用以偵測該培養容器之位置，產生一第二偵測訊號並傳輸至該控制裝置，其中該第二光學偵測裝置包括一攝影模組，用以拍攝該培養容器之影像並產生該第二偵測訊號；其中該控制裝置依據該第二偵測訊號產生一容器中心座標，且該控制裝置依據該容器中心座標計算出一注射位置；其中該控制裝置依據該第一偵測訊號以及該第二偵測訊號，驅動該移動裝置移動該注射針至該注射位置，並驅動該列印裝置經由該注射針注射該生物材料至該培養容器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之生物材料列印設備，其中該Z軸偵測光束為沿一水平面延伸之一平面光束，該X軸偵測光束為沿一X方向延伸之一線性光束，且該Y軸偵測光束為沿一Y方向延伸之一線性光束，其中該X方向垂直於該Y方向，且該X方向和該Y方向平行於該水平面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之生物材料列印設備，更包括一光學高度偵測裝置，用以偵測該培養容器內之生物材料之一頂面的高度，並產生一高度偵測訊號，其中該控制裝置依據該第一偵測訊號、該第二偵測訊號以及該高度偵測訊號，驅動該移動裝置移動該注射針至該注射位置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之生物材料列印設備，其中該光學高度偵測裝置包括：一高度光束發射器，用以朝向該培養容器之底部發射一高度偵測光束；以及一高度光束接收器，用以接收經由該培養容器之底部以及該生物材料之該頂面所反射之該高度偵測光束。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之生物材料列印設備，其中該移動裝置更包括一Y軸移動機構連接該承載座，且用以將該承載座沿一Y方向移動。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之生物材料列印設備，其中該移動裝置更包括：一X軸移動機構；以及複數個Z軸移動機構，設置於該X軸移動機構上，且該列印裝置以及該第二光學偵測裝置設置於該等Z軸移動機構上，其中該X軸移動機構用以沿一X方向移動該等Z軸移動機構，且該等Z軸移動機構用以沿一Z方向分別移動該列印裝置以及該第二光學偵測裝置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之生物材料列印設備，其中該生物材料包括膠原蛋白、生物可分解高分子材料、或人體纖維母細胞、人體表皮細胞或生物細胞。
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