(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者に埋め込むための組織工学足場を製造するための方法であって、
デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を含むデジタル光処理（ＤＬＰ）付加的製造装置において、少なくとも前記組織工学足場を表すデータを受信するステップと；
前記ＤＭＤを作動させて、透明または半透明なプレート上に前記足場の層に対応する光を投影するステップであって、そのプレートの上方には、構築プレートと、重合後に再吸収可能である液体光重合性材料を含有する生体適合性樹脂とが配置されているステップと；
前記構築プレートを、選択した増分でシフトさせて、前記投影光が、連続的に、前記樹脂の複数の部分を少なくとも部分的に重合させ、前記足場の前記層に実質的に似たものにするようにするステップと
を含み、
前記樹脂が染料および開始剤を含有し、および前記染料対前記開始剤の比率が、前記光が少なくとも１つの前にレンダリングされた層を過硬化させるように選択される、
方法。
【請求項２】
生成された足場が、５０〜１６００マイクロメートルの範囲の直径を備える開口部を有する細孔を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記重合によって、実質的に斜めの構造内で配向された細孔を含むような前記足場を生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記重合が、１ナノメートル〜１００マイクロメートルの範囲の直径を有する窪みおよび隆起の少なくとも一方を有する少なくとも１つの表面を含むような前記足場を生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記液体光重合性材料の分子量が４，０００ダルトン以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記液体光重合性材料の分子量が１，２００ダルトン以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記液体光重合性材料がポリ（プロピレンフマレート）（ＰＰＦ）である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記樹脂が、生物活性化合物および抗生物質の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記光を投影するために前記ＤＭＤを作動させることにより、前記足場の層全体を表すボクセルデータセット全体内の全画素を同時に投影する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記光を投影するために前記ＤＭＤを作動させることにより、少なくとも第１の画素を、第２の画素とは異なる強度または放射照度で、同時に投影する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記光を投影するために前記ＤＭＤを作動させることにより、少なくとも一次元が７５マイクロメートル以下である画素を投影する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記構築プレートを、選択した増分でシフトさせることにより、前記構築プレートを５０マイクロメートル以下の増分で持ち上げる、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記樹脂が染料および開始剤を含有し、および染料対開始剤の比率を、前記投影光の侵入の深さを制御するように選択する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
染料対開始剤の前記比率を、光の侵入を制御するように選択して、少なくとも１つの前にレンダリングされた層の過硬化が、層の厚さの１０％〜５０％の範囲内であるようにする、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記光を投影するために前記ＤＭＤを作動させることが、放射照度のレベルを上げた光を投影し、足場のグリーン強度を高めることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記染料が二酸化チタン（ＴｉＯ２）である、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記樹脂が溶媒をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記樹脂がフマル酸ジエチル（ＤＥＦ）をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
患者に埋め込まれるインプラントの連続デジタル光処理（ｃＤＬＰ）製造のためのプロセスにおいて、
デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）と透明または半透明なプレートとを含む付加的製造装置を提供するステップと；
液体光硬化性材料と開始剤とを含有する樹脂を提供するステップと；
ある量の前記樹脂を前記透明または半透明なプレートの上側に堆積させるステップと；
前記ＤＭＤを作動させて前記量の樹脂の少なくとも一部を光に露光させ、露光された部分の樹脂を少なくとも部分的に硬化させて前記インプラントの層を形成するステップと；
前記ＤＭＤを作動させて少なくともいくらかの追加的な量の樹脂を光に露光させ、露光された追加的な量の樹脂を少なくとも部分的に硬化させて前記インプラントの追加的な層を形成し、かつ前の層の少なくとも一部を少なくとも部分的に過硬化させて、前記前の層と前記追加的な層との間に少なくともある程度の中間層結合を生じさせるステップと；
前記インプラントを一層ずつ物理的にレンダリングするために必要に応じて、前記ＤＭＤを作動させて、少なくともいくらかの追加的な量の樹脂を露光させるステップを何度も繰り返すステップと
を含み、
前記樹脂が染料をさらに含有し、および前記樹脂中の前記染料対開始剤の比率が、前記前の層の過硬化を制限するように構成されている、
プロセス。
【請求項２０】
前記樹脂は、前記インプラントが前記患者の体に吸収されるようになっている、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２１】
前記プロセスは、直径範囲内の開口部を備える細孔を有する多孔質インプラントを生成し、前記直径範囲が、２００〜１６００マイクロメートルである、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２２】
前記プロセスが、実質的に斜め向きで配向された細孔を有する多孔質インプラントを生成する、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２３】
前記液体光硬化性材料の分子量が、４，０００ダルトン未満である、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２４】
前記液体光硬化性材料がポリ（プロピレンフマレート）（ＰＰＦ）である、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２５】
前の層の過硬化が、１０％〜３００％の範囲になるように選択されている、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２６】
染料が二酸化チタン（ＴｉＯ２）であり、前記開始剤がビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）である、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２７】
前記樹脂がフマル酸ジエチル（ＤＥＦ）をさらに含む、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２８】
前記ＤＭＤを作動させるステップが、前記インプラントの各層内の全画素を同時に投影する、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項２９】
前記ＤＭＤを作動させるステップが、層内の少なくとも第１の画素を、同じ層内の第２の画素とは異なる強度または放射照度レベルで、同時に投影する、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項３０】
前記ＤＭＤを作動させるステップが、少なくとも１つの次元が７５マイクロメートル以下である画素を投影する、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項３１】
前記インプラントの少なくとも１つの前の層をシフトさせるステップと；
前記追加的な量の前記樹脂を前記透明または半透明なプレートの上側に堆積させるステップと；
前記インプラントの追加的な層をシフトさせてから、それに続いて追加的な量の樹脂を前記透明または半透明なプレートの上側に堆積させるステップであって、前記付加的製造装置内の少なくとも１つのモータが、７５マイクロメートル以下の増分で前記シフトを発生させるステップと
をさらに含む、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項３２】
前記ＤＭＤの前記作動が、放射照度のレベルを上げて光を投影し、インプラントのグリーン強度を高めることを含む、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項３３】
患者に埋め込まれる再吸収可能なインプラントを付加的に製造するためのプロセスであって、
重合後に再吸収可能である液体光重合性材料と、開始剤と、染料とを含有する生体適合性樹脂を提供するステップと；
付加的製造装置を作動させて、ある量の前記生体適合性樹脂を光に露光させ、露光された部分の樹脂を少なくとも部分的に硬化させて前記再吸収可能なインプラントの層を形成するステップと；
前記付加的製造装置を作動させて、少なくともいくらかの追加的な量の前記生体適合性樹脂を光に露光させ、露光された追加的な量の前記生体適合性樹脂を少なくとも部分的に硬化させて前記再吸収可能なインプラントの追加的な層を形成し、かつ前に硬化された層を少なくとも部分的に過硬化して、前記前に硬化された層と前記追加的な層との間に少なくともある程度の中間層結合を生じさせるステップと；
前記再吸収可能なインプラントを一層ずつ物理的にレンダリングするために必要に応じて、前記付加的製造装置を作動させて、少なくともいくらかの追加的な量の前記生体適合性樹脂を露光させるステップを、何度も繰り返すステップであって、染料対開始剤の比率を、前記光の侵入の深さを制御するように選択するステップと
を含むプロセス。
【請求項３４】
前記光の前記侵入の深さが、前記前に硬化された層の前記過硬化を少なくともある程度制御する、請求項３３に記載のプロセス。
【請求項３５】
染料対開始剤の前記比率を、光の侵入を制御するために選択して、少なくとも１つの前にレンダリングされた層の過硬化が、層の厚さの４０％〜１００％の範囲内であるようにする、請求項１に記載の方法。
【請求項３６】
前記プロセスは、直径範囲内の開口部を備える細孔を有する多孔質インプラントを生成し、前記直径範囲が、５０〜５００マイクロメートルである、請求項１９に記載のプロセス。
【請求項３７】
前記液体光硬化性材料の分子量が、１，２００ダルトン未満である、請求項１９に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年８月２０日出願の米国仮特許出願第61/373,353号、および２０１１年５月２９日出願の米国仮特許出願第61/491,194号の利益を主張するものであり、これらを本願明細書に援用する。
【０００２】
連邦政府による補助金の通知
本発明は、国立衛生研究所（ＮＩＨ）により授与された、グラント第Ｒ０１−ＤＥ０１３７４０の下での政府支援によって開発された。政府が、この発明の権利を有することは疑いのないことである。
【背景技術】
【０００３】
背景
インプラント（移植片）は、患者の組織の欠損に適合するように設計し得る。インプラントの形状は、まず第１に患者の体内の欠損範囲または欠損体積を測定することによって決定し得る。次いで、測定した欠損範囲または欠損体積を考慮して、例えば、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）によってインプラントを設計し得る。その後インプラントを製造し得る。
【０００４】
インプラントを設計および製造するときに考慮すべき要素は、患者の体内にきちんと合いかつ組織工学足場の場合には宿主組織の成長および血管浸潤を促進するような適切な幾何学的形状を含む。
【０００５】
足場の機能的な幾何学的特徴は、細胞付着、細胞増殖、または細胞成熟に影響を及ぼすように設計し得る。細胞と直接相互作用する表面特徴には、足場の粗さおよび多孔度が含まれる。粗い多孔質構造は、細胞ローディング（cell loading）、新組織（neotissue）の成長、および宿主組織の内部成長を促進させ得る。設計者は、多孔質な幾何学的形状を操作して、インプラント全体の機械的特性と、孔スペースの多孔度、ねじれ、通気性、および全孔体積との双方を制御し得る。多くの組織工学足場は、２００〜１６００マイクロメートルの範囲の細孔を必要とし、それらの表面特徴は、細孔の開口部の形状が５０〜５００マイクロメートル程度であるなどとし得る。従来は、これらの特徴は、たとえあったにしても、足場を製造する樹脂にリン酸三カルシウム結晶などの粒子を含有させることによって、得られてきたとし得る。しかしながら、宿主の体内でのこれら結晶の再吸収性（resorbability）に関する懸念が生じ得る。
【０００６】
別の重要な幾何学的特徴は、宿主組織が足場の壁または障壁に当たらないようにするために、細孔構造を斜め向きにすることとし得る。この当たりは、細孔またはチャネルが宿主組織の方に向けられているときよりも、細孔構造が直交して構築されているときに起こる可能性が高い。インプラント設計者は、足場内の細孔のチャネルを、宿主組織の方に開口するように向け、それにより、インプラントへの新しい組織の成長および宿主組織へのインプラントのアクティブな取り込みを促進させたいかもしれない。
【０００７】
これらの機械的および幾何学的特徴を備えるインプラントまたは足場を付加的に製造する（additive manufacturing）には、比較的高い精度レベルを必要とする。例えば、正確なレンダリング（rendering）は、上述したものおよび他のもののような複雑な内部細孔構造を作製できるようにする可能性を高める。
【０００８】
インプラントまたは足場を設計および製造するときに考慮すべき追加的な要素は、機械的応力に対処しかつその応力を伝達する部分が適切な強度および剛性を有していることである。場合によっては、強度および剛性は、インプラントまたは足場を宿主の体内で再吸収可能にするまたは分解できるようにする必要性を踏まえて、比較考慮する必要がある。ポリマーの分子量の操作は、インプラントの再吸収レベル対強度を調整することが多く、分子量が高いと強度が高くなることが多く、かつ分子量が低いとより再吸収可能となる。しかしながら、低分子量の足場またはインプラントの後硬化処理は問題となることがあるため、理想的なレンダリング方法は、必要な後硬化処理をいずれも最小限にすることである。
【０００９】
インプラントおよび足場の光造形（stereolithographic）レンダリングを説明したが、市販の装置の限界は、精度レベルが比較的低いことである。
【００１０】
例えば、従来の光造形レンダリング装置の精度および解像度では、これら装置は、最適な幾何学的スケールの下限において、細孔および細孔の開口部などの足場またはインプラントの表面特徴を生成させないかもしれない。および、従来の光造形レンダリング装置は、インプラントおよび足場において、直交する向きの細孔構造を生成することができるとし得るが、斜め向きの細孔を生成するには解像度が不十分であるとし得る。
【００１１】
さらに、光造形レンダリングはまた、インプラントまたは足場の製造との関連で様々な他の限界を有し得る。
【００１２】
例えば、従来の光造形装置はレーザを使用して層を重合させる。レーザは下方の、液体ポリマーのバットの頂部に向けてある。バット内部にはエレベータがあり、および一層ずつレンダリングされるとその部分を下方に引っ張る。描画速度は一般に、層内の全画素を同時に描画するほどには速くなく、インプラントまたは足場がレンダリングされる際の層間の過硬化またはステッチ（stitch）の制御を困難にし得る。
【００１３】
また、従来の光造形装置は、例えば、重合深度と、過硬化のレベルまたは強度とを制御するために、層内のあるスポット対別のスポットにおけるエネルギー量を調整する方法を提供しなくてもよい。
【００１４】
さらに、従来の光造形装置は、平面を提供するために、ワイパーブレードを使用して各層間の樹脂を滑らかにする必要があるかもしれない。高粘性ポリマーがこの平坦化ツールに信頼性の問題を生じ得る。
【００１５】
加えて、低分子量ポリマーを使用する再吸収可能ポリマーの足場の光造形的な重合は、課題を提示する。従来の光造形レンダリング装置は、足場またはインプラントの硬化を完了するためのポストレンダリング処理を必要とすることが多く、ポストレンダリング処理は非常に困難であり、かつ低分子量ポリマーの足場またはインプラントに歪みまたは破壊を生じ得る。
【００１６】
図面の簡単な説明
本明細書に組み込まれ、かつその一部をなす添付図面は、様々な例示的なシステム、方法などを示し、それらは、本発明の態様の様々な例示的な実施形態を示す。図面に示す要素境界（例えば、ボックス、ボックスの群、または他の形状）は、境界の一例を表すことを理解されたい。当業者は、１つの要素を複数の要素として設計し得ることまたは複数の要素を１つの要素として設計し得ることを理解されたい。別の要素の内部構成要素として示す要素を外部構成要素として実装してもよく、およびその逆でもよい。さらに、要素は縮尺通りではないことがある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】インプラントを付加的に製造するための連続デジタル光処理（ｃＤＬＰ）装置を示す。
【図２】開始剤、光源、および染料に関する波長対光吸収／放射の大きさを表す例示的なグラフを示す。
【図３】例示的な多孔質構造足場を示す。
【図４】斜めになっている細孔を含む例示的な多孔質構造を示す。
【図５】例示的な足場の等角図、正面図および上面図を示す。
【図６】患者に埋め込むための組織工学足場を製造しかつ組織の成長を促進する方法を示す。
【図７】患者に埋め込まれるインプラントを連続デジタル光処理製造するためのプロセスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
詳細な説明
連続デジタル光処理（Continuous Digital Light Processing）
図１は、インプラントＩＭＰを付加的に製造するための連続デジタル光処理（ｃＤＬＰ）装置１００を示す。装置１００は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）プロジェクタ１１０を含む。ＤＭＤは、層の画像の各画素における投影光の強度を制御するマイクロミラーのアレイからなり、インプラントＩＭＰの各層の各ボクセル（体積画素）を効果的に重合する。連続デジタル光処理における用語「連続」は、光造形などの他の付加的製造方法で生じるボクセルの連続描画（すなわち、レーザビームを動かすこと）とは対照的に、層内の全てのボクセルを同時に投影できることを示す。付加的製造に基づいたｃＤＬＰは、全体で１つの画像としての１つの完成したインプラント層全体となり得る複数のボクセル、すなわち「ボクセルマスク」を投影する。これにより、層全体を同時に硬化させることが可能になる（すなわち、連続硬化）。
【００１９】
プロジェクタ１１０は、透明または半透明な基礎プレート１３０を通して光１２０を投影し、基礎プレートの上側には、液体光重合性材料を含有する樹脂１４０がある。光１２０に露光させることによって樹脂１４０を少なくとも部分的に硬化または重合させ、インプラントＩＭＰの層を形成する。図示の実施形態では、装置１００は、インプラントＩＭＰが動作可能に付着する構築プレート（build plate）１５０をさらに含む。構築プレート１５０はモータ（図示せず）に動作可能に付着し、モータは、光１２０が樹脂１４０を逐次硬化または重合させてインプラントＩＭＰの各層を形成する際に、構築プレート１５０を基礎プレート１３０から離れるように逐次シフトさせたりまたは持ち上げたりするように動作する。光１２０は、前にレンダリングされた層をさらに重合または過硬化させ、新しく重合された層を前の層に結合またはステッチさせる。
【００２０】
一実施形態では、ｃＤＬＰ装置１００は、envisionTEC (Gladbeck, Germany)製のPerfactory（登録商標）ＵＶ装置である。別の実施形態では、ｃＤＬＰ装置１００は、envisionTEC製のPerfactory（登録商標）ＵＶ装置以外のｃＤＬＰ装置である。
【００２１】
精度および解像度
一実施形態では、投影された各ボクセルマスクはまた、空間的に変化する放射照度を使用する、すなわち、各画素に、異なる光強度値が割り当てられ得る。各画素に異なる強度値を割り当てる利点には、１つの層内での硬化速度を変化させて、画像処理に見られるものと類似のアンチエイリアシング方法を可能にする能力が含まれる。一実施形態では、ｃＤＬＰ装置１００は、ｘ方向およびｙ方向の画素の一部分だけマイクロミラーを動かすことにより装置の真の解像度を高める技術である画素シフトと類似のプロセスによって、層内（ｘ−ｙ）解像度を効果的に２倍にする高解像度モジュール（ＥＲＭ：Enhanced Resolution Module）（図示せず）を備える。
【００２２】
ｃＤＬＰレンダリングの独特の性質によって、設計ファイルすなわちＣＡＤファイルに見られる形状に対する、得られるインプラントまたは足場の類似性と定義される精度を改善できる。精度を高める要因の１つは、投影レンズの倍率、およびＤＬＰチップの解像度に応じた平面内（ｘ−ｙ）解像度である。画素サイズは、７５マイクロメートル以下とし得る。ＥＲＭ、画素シフト、アンチエイリアシング、またはこれらの組み合わせは、少なくとも２倍、平面内解像度をさらに高め得る。
【００２３】
ｃＤＬＰ装置１００は、平面間のすなわち（ｚ）方向の解像度を高めることによって、さらに精度を高める。平面間（ｚ）解像度は、いくつかの要素の中でも、連続する層の間にある構築プレート１５０をシフトさせるモータ（図示せず）によって制御される。一実施形態では、装置１００は、５０マイクロメートル、および１５マイクロメートルほどの小ささで増分できるモータを有する。平面間（ｚ）解像度は、光１２０の侵入すなわち透過の深さを制御して、重合エネルギーを樹脂１４０にまたはインプラントＩＭＰの前にレンダリングされた層に限定することによってさらに制御し得る。
【００２４】
Perfactory（登録商標）ＵＶ装置のモデルは、５０マイクロメートルずつ増分できるモータと、６０ミリメートルのレンズとを有し、７１マイクロメートル、および画素シフトを用いて３５．５マイクロメートルの平面内（ｘ−ｙ）のネイティブ解像度をもたらす。それゆえ、Perfactory（登録商標）ＵＶ装置のこのモデルは、３５．５×３５．５×５０ｕｍのボクセルを連続重合ができる。Perfactory（登録商標）ＵＶ装置の別のモデルは、４２マイクロメートルのネイティブ平面内（ｘ−ｙ）解像度と、画素シフトにより２１マイクロメートルの解像度とをもたらす７５ミリメートルのレンズを有する。
【００２５】
光重合性材料
ｃＤＬＰプロセスは、得られるインプラントＩＭＰの機械的特性および他の特性を、部分的に、光重合性材料の分子量を制御することによって制御する。材料の分子量の操作により、得られるインプラントＩＭＰの強度を調節し、分子量が高いほど、一般的に強度が強くなる。それゆえ、インプラントＩＭＰが大きな機械的応力を受けるところで適用するためには、レンダリングされた部分が機械的応力に適切に対処しかつそれを伝達し得るように、光重合性材料を選択してもよい。
【００２６】
患者の体内へ埋め込むことを目的としたインプラントまたは足場などに適用するためには、光重合性材料ならびに任意の開始剤、染料、溶媒、および他の物質を含むインプラントまたは足場の構成要素が生体適合性であることが重要であり、つまり、インプラントには、生きている細胞、組織、または器官に損傷または毒性をもたらす実質的なリスクがなく、かつ免疫機構による拒絶の実質的なリスクがない。場合によっては、いくつかの非生体適合性の構成要素またはプロセスを使用することが可能である。しかしながら、それらは、埋め込み前に通常完全に除去されるかまたは生体適合性にされる。例えば、いくつかの非生体適合性化学物質を製造プロセス中に使用し得るが、それらは埋め込み前に完全に除去され得る。
【００２７】
組織工学足場などの適用では、足場の再吸収性、宿主の体内でその部分が分解する能力は、非常に重要な検討事項である。これは、細胞成熟、および入ってくる宿主組織に応えて、足場が再吸収する骨などの組織の再生に重要である。時宜を得た足場の再吸収は、自由なリモデリングおよび宿主の新組織の取り込みを可能にする血管系統合の成功に重要である。それゆえ、予測可能な足場の再吸収は、材料特性の予測可能な損失率、予測可能な足場劣化率（例えば、大部分が劣化するよりも、予測可能な率で破損または腐食するポリマーを選択することを有益とし得る）、および予測可能なｐＨ変化率を含めて、重要である。
【００２８】
足場の強度および剛性は、足場の再吸収率を考慮する必要がある。材料の分子量の操作は、一般的に、足場の再吸収レベル対強度を調節し、分子量が高いほど、強度は高くなるがあまり再吸収できない足場を生じ、かつ分子量が低いほど、弱いがより再吸収可能な足場を生じる。
【００２９】
低分子量ポリマーは、安全に分解できかつ体内に再吸収されることが多い。概して、再吸収可能ポリマーは、一般的な自動車、航空宇宙、および工業的応用で使用されるポリマーと比較すると、非常に低分子量のポリマーであることが多い。再吸収可能ポリマーは、通常、それらの適用で使用されるポリマーよりも２〜３桁低い分子量を有する。
【００３０】
再吸収可能であることに加えて、理想的には、得られるインプラントは十分な「グリーン強度（green strength）」を有して、細孔を含むインプラントの構造からの非重合材料のポストレンダリング浄化を可能にする。グリーン強度は、ｃＤＬＰの発生直後であるが、非重合材料が洗い流される前、およびＵＶライトボックスの露光または加熱ベースの硬化などのいずれかの後硬化前の、レンダリングされたインプラントの強度であると定義される。
【００３１】
一実施形態では、本開示のｃＤＬＰプロセスは、再吸収可能ポリマー、ポリ（プロピレンフマレート）すなわちＰＰＦを、光重合性材料として使用する。ＰＰＦは、低分子量、毒性のないこと、および再吸収性を含む、光重合性材料の上述の特徴のほとんどを有する。別の実施形態では、本開示のｃＤＬＰプロセスは、ＰＰＦ以外の再吸収可能な光重合性材料を使用する。さらに別の実施形態では、本開示のｃＤＬＰプロセスは、再吸収可能ではないものの生体適合性またはバイオニュートラル（bioneutral）である光重合性材料を使用する。一実施形態では、液体光重合性材料の分子量は約４，０００ダルトン以下である。別の実施形態では、液体光重合性または光硬化性材料の分子量は約１，２００ダルトン以下である。さらに別の実施形態では、光硬化性材料の分子量は１，０００ダルトン〜２０，０００ダルトンの範囲である。
【００３２】
粘度
ＰＰＦなどのいくつかの液体光重合性材料は高粘性である。ｃＤＬＰでは、基礎プレート１３０の上側での利用可能な樹脂１４０の量が不十分である場合、または液体光重合性材料を含む樹脂１４０の粘度が高すぎるゆえに、層に気泡が形成される場合、結果として欠陥のある層となる。粘性樹脂はまた、前の層が硬化された領域に残るボイドスペースに流れ込むためにより長い時間が必要となるため、層間の休止期間を長くする必要があるかもしれない。
【００３３】
溶媒を使用することによって樹脂の粘度を低下させることにより、これらの問題を軽減し得る。しかしながら、溶媒の使用は、インプラントまたは足場の硬さに影響を及ぼす可能性があり、溶媒の量が多いとインプラントの硬さが低下する。理想的には、樹脂の粘度を、インプラントの硬さを犠牲にして、低下される。さらに、樹脂の粘度を低下させるのに使用されるいずれの物質も、毒性のないことを含め、液体光重合性材料に関して上述したものと同じ特徴のいくつかを有する必要がある。
【００３４】
樹脂１４０に使用される液体光重合性材料がＰＰＦである一実施形態では、樹脂１４０にフマル酸ジエチル（ＤＥＦ）を添加して樹脂の粘度を低下させる。ＤＥＦは、ＰＰＦのモノマー前駆体である。このモノマーが架橋してインプラントまたは足場が得られ、ひとたび架橋したら、毒性リスクが皆無となるかそれに近い。一実施形態では、ＤＥＦ対ＰＰＦの割合は、重量で１：１である。一実施形態では、ＤＥＦ対ＰＰＦの割合は、重量で１：２である。一実施形態では、ＤＥＦ対ＰＰＦの割合は、重量で１：３である。別の実施形態では、ＤＥＦ対ＰＰＦの割合は、重量で１：３未満である。さらに別の実施形態では、樹脂の粘度を低下させるために使用される物質は、ＤＥＦ以外の物質である。一実施形態では、樹脂に全く物質を添加せず、樹脂の粘度を低下させる。
【００３５】
開始剤
液体光重合性材料を含有する樹脂に光開始剤を添加して、重合反応を促進する。一実施形態では、開始剤としてビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）、ブランド名Irgacure（登録商標）８１９（BASF (Ciba Specialty Chemicals)）を使用する。一実施形態では、液体光重合性材料を含有する樹脂中の開始剤の重量パーセントは、０．５％〜１．０％の範囲である。別の実施形態では、液体光重合性材料を含有する樹脂中の開始剤の重量パーセントは、１．０〜２．０％の範囲である。別の実施形態では、液体光重合性材料を含有する樹脂中の開始剤の重量パーセントは、２．０〜３．０％の範囲である。他の実施形態では、液体光重合性材料を含有する樹脂中の開始剤の重量パーセントは、０．５％未満、または３．０％超である。
【００３６】
染料
上述の通り、ｃＤＬＰプロセスの平面間（ｚ）解像度は、硬化されている光重合性材料へのまたは前に硬化されたインプラント層への重合光エネルギーの侵入の深さを制御することによって、さらに制御し得る。前にレンダリングされた層へのある程度の光の侵入は、中間層結合として公知の層間の過硬化またはステッチを確実にするために、望ましいとし得る。しかしながら、光が深く侵入しすぎる場合、前に硬化された層は過硬化して、得られるインプラントまたは足場に不要な特徴をもたらし得る。
【００３７】
選択される染料に考慮すべき特性は、レンダリングプロセスの間中ずっと樹脂中に懸濁したままであるその能力である。一部の染料の場合には、染料が沈降したら、プロセスを停止して樹脂を再撹拌する必要があるかもしれない。
【００３８】
一実施形態では、液体光重合性材料を含有する樹脂に染料を添加して、少なくともある程度、足場またはインプラント層への重合光エネルギーの侵入の深さの制御を行い、そのため、中間層結合の制御に役立つ。一実施形態では、染料は、毒性のないことを含め、液体光重合性材料に関して上述したものと同じ特徴のいくつかを有する。例えば、足場またはインプラント層への重合光エネルギーの侵入の深さを適切に制御し得るアゾクロム（azo chromium）染料などの染料は有毒とし得るため、インプラントの適用には好適ではないとし得る。
【００３９】
染料−開始剤パッケージに使用される染料は、足場に組み込まれる可能性が高いため、足場表面の粗さに良い影響を及ぼし得る、抗生物質などの生物活性化合物の機能を果たし得る、またはそうでなければ足場劣化環境に影響を及ぼし得る（例えば、酸性すぎるまたは塩基性すぎる場合にｐＨを中和する）染料を使用することを有益とし得る。一実施形態では、使用される染料は、ドキシサイクリンヒクラート（doxycycline hyclate）である。別の実施形態では、使用される染料はアンホテリシンＢである。
【００４０】
一実施形態では、液体光重合性材料を含有する樹脂に、染料として二酸化チタン（ＴｉＯ２）を添加して、少なくともある程度、足場またはインプラント層への重合光エネルギーの侵入の深さを制御する。別の実施形態では、液体光重合性材料を含有する樹脂に、ＴｉＯ２以外の染料、またはＴｉＯ２以外の染料を含む染料の組み合わせを添加して、少なくともある程度、足場またはインプラント層への重合光エネルギーの侵入の深さを制御する。さらに別の実施形態では、液体光重合性材料を含む樹脂に染料を全く添加しない。
【００４１】
再度図１に戻ると、一実施形態では、ＤＭＤプロジェクタ１１０は、基礎プレート１３０を通して光１２０を上方に投影する。基礎プレートの上方には、染料を含む樹脂１４０がある。染料は、光１２０の侵入の深さを制限し、それにより、個々のボクセルそれぞれの硬化の深さの制御を改善する。使用される染料の濃度を変化させて光１２０の侵入の深さを制御できる。樹脂１４０に存在する染料の量が、重合反応に与えられるエネルギー量に影響を及ぼす。
【００４２】
染料は重合の深度を制限し、ｚ方向における解像度を失わずに、より高いレベルの放射照度を使用するオプションを可能にする。現在の層は、前にレンダリングされた層を過硬化させすぎることなく、高エネルギーレベルで硬化し得る。このように高レベルの光エネルギーを使用することによって、インプラントのグリーン強度を高め得る。
【００４３】
染料−開始剤パッケージ
図２は、開始剤、光源、および染料に関する波長対光吸収／放射の大きさを示す例示的なグラフを示す。染料の主要な機能は光を遮断することである。多くの染料に関しては、これは、光吸収によって達成される。他の染料に関しては、これは、光の反射または散乱によって達成される。それゆえ、染料は、光子に関して開始剤と競合する。図２の線ａと線ｂとの間の領域は、ｃＤＬＰプロセスが光の侵入の深さおよび開始剤に与えられる重合エネルギー量を最大限に制御している領域である。線ａの左側の波長の光は、染料によって遮断されない。線ｂの右側の波長の光は、樹脂の適切な重合を引き起こさない。
【００４４】
光の侵入の深さをさらに浅くするために、樹脂中の染料の量を増やしてもよい。しかしながら、染料の量を増やすにつれ、開始剤の量も増やす必要があるかもしれない。それゆえ、染料および開始剤は、樹脂に含有されるそれぞれの量が他方の量に依存するため、「染料−開始剤パッケージ」を形成する。図２のグラフは例示であり、他の波長の開始剤、光源、または染料を使用して、異なるグラフを生じることもできる。
【００４５】
一実施形態では、光の侵入の深さを、５０マイクロメートルの層および前にレンダリングされた層の７０マイクロメートルの過硬化で約１２０マイクロメートルに低下させるためには、樹脂中の染料の濃度は１〜５重量％である。別の実施形態では、樹脂中の染料の濃度は、樹脂中で０．０１〜０．２重量％である。別の実施形態では、樹脂中の染料の濃度は、樹脂中で０．２〜０．５重量％である。さらに別の実施形態では、樹脂中の染料の濃度は、０．０１％未満、または５重量％超である。一実施形態では、前の層の過硬化は、１０％〜３００％の範囲となるように選択される。
【００４６】
足場
足場の設計は、患者特有の欠損部位に正確に適合する外部形状を含み得る。さらに、設計は、複雑な三次元構造を必要とし得る。
【００４７】
図３は、例示的な足場３００を示す。足場３００は、足場３００の層と直交するまたは直角にある細孔３１０ａ〜ｃを含む。内部空間を含む足場の三次元の幾何学的形状は、細胞のローディングおよび脈管の確立に重要とし得る。一実施形態では、足場は、細孔または内部チャネルを含む。一実施形態では、足場にある細孔およびチャネルの直径は１５０マイクロメートル〜１ミリメートルである。別の実施形態では、足場にある細孔およびチャネルの直径は５０マイクロメートル〜１．６ミリメートルである。他の実施形態では、足場における細孔およびチャネルの直径は、５０マイクロメートルよりも小さい、または１．６ミリメートルよりも大きい。これらの範囲での足場細孔のモデリングは、他の要素のなかでも、インプラントの後硬化収縮、または埋め込み前の細胞培養もしくは埋め込み自体による湿潤ゆえの膨張を補正するために、ＣＡＤでの補償を必要とし得る。
【００４８】
細孔経に関する足場の設計パラメータに加えて、設計は、細胞ローディング、新組織の成長、および宿主組織の内部成長を促進する複雑な多孔質構造を必要とし得る。例えば、設計は、インプラントが完全に劣化する前に、細孔またはチャネルが欠損部位の宿主組織の方に開口し、組織が内部成長できるようにすることを必要とし得る。より正確なレンダリングは、複雑な内部細孔構造を形成できるようにする可能性を高くする。
【００４９】
図４は、例示的な多孔質構造の足場４００を示す。足場４００は、斜めになっている細孔４１０ａ〜ｃを含む。斜めは、ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向に対して平行ではない、いずれかの方向であると定義され、それにより、足場は、上述の付加的製造技術を使用してレンダリングされる。斜めの構造は、確実に、宿主の組織が、足場にある壁（障壁）に当たらないようにするために重要とし得る。その当たりは、細孔および／またはチャネルが宿主組織の方に向けられているときよりも、細孔構造が直交して構築されているときに起こりやすい。インプラントの設計者は、足場内の細孔および／またはチャネルを宿主の組織の方に開口するように向け、それにより、インプラントへの新しい組織の成長および宿主の組織へのインプラントのアクティブな組み込みを促進させたいかもしれない。
【００５０】
ボクセルの解像度が１００〜１０００マイクロメートルの付加的製造装置は、直交する向きの細孔構造をもたらすことができる可能性があるが、これらの範囲で斜めに向けられた細孔を生成するには、解像度が不十分とし得る。ｃＤＬＰ装置の解像度は、細孔が斜めに向けられた構造のレンダリングが可能であるようにする。
【００５１】
さらに、初期目標が細胞付着である組織工学足場の適用では、ＰＰＦの疎水性表面を、高周波グロー放電（ＲＦＧＤ）によって、またはタンパク質吸着を提供するようにインプラントを血清に浸漬することによって、改質できる。細胞付着はまた、細胞外基質成分を模倣する表面に埋め込まれた他の要素によって媒介できる。これは、直径１ナノメートル〜１００マイクロメートルの範囲の窪みおよび隆起を含み得る表面粗さ、ならびに材料コンプライアンスを含む。
【００５２】
ひとたび付着されたら、目標は、細胞増殖、および最終的には宿主組織が統合する際の細胞成熟に変わると思われる。染料が表面粗さに対して有する影響に加えて、リン酸三カルシウム結晶などの他の化合物を、付加的製造装置において樹脂に添加することができる。しかしながら、染料のように、溶解度、結晶サイズ、および凝集する傾向に依存して、これらの結晶を、足場レンダリングプロセスの間中ずっと比較的定濃度で樹脂中に懸濁したままにすることは困難とし得る。
【００５３】
足場設計の特徴、例えば壁の厚さは、マクロ歪み分布に影響を及ぼし、かつ耐外傷性にするために最適にされ得る。さらに、所望の再吸収プロセスを、組織再生の最中にインプラントをロードする必要性との釣り合いをとる必要があり得る。足場の歪みを受ける部分を一部に局限する必要性は、多孔度に欠く領域または複合材料によってレンダリングされた領域（その一部は劣化しない可能性がある）の検討を必然的に伴い得る。
【００５４】
ポストレンダリング
最終部品精度は、徹底的な部分浄化ポストレンダリングに依存し得る。これは、ポストレンダリングを架橋させる可能性のある残留未硬化樹脂を全て除去するために必要とし得る。同様に、洗浄法の選択は、ｃＤＬＰプロセスによって硬化されたような樹脂の機械的結合性またはグリーン強度に依存する。正確にレンダリングされたが軟らかいままである部分は、不適切な取り扱いまたは強烈な（harsh）溶媒の使用によって損傷を受け得る。浄化されたら、最終部分強度は、ＵＶ浴中での後硬化によって向上し得る。
【実施例】
【００５５】
実施例１
第１の実施形態は、再吸収、細胞付着および増殖、宿主組み入れ、および組織再生の予測可能な特性を備える足場を正確にレンダリングするために、ｃＤＬＰ付加的製造システムの較正に重点的に取り組んだ。
【００５６】
図５は、例示的な足場５００のそれぞれ等角図、正面図および上面図を示す。較正研究の目標は、足場５００の「プレートおよびポスト」の幾何学的形状を備える、足場の付加的製造を行うためのｃＤＬＰシステムを較正することであった。実施形態では、シリンダー状試験足場の直径は６．０ミリメートルであり、および長さは１２．４ミリメートルであった。垂直チャネル５１０の直径は８００マイクロメートルであった。プレート５２０の厚さは４００マイクロメートルであり、および互いに８００マイクロメートル離れていた。プレート間のポスト５３０の直径は６００マイクロメートルであった。ｃＤＬＰプロセスの較正は、少なくとも６つのステップからなった。
【００５７】
較正手順の第１のステップは、ＰＰＦ、ＤＥＦ、ＢＡＰＯ、および染料を含有するｃＤＬＰ樹脂の複数の単一層を重合させることであった。研究するべき少なくとも３つの変数がある：染料の濃度、開始剤の濃度、および放射照度の持続時間。変化し得る他の要素は、ポリマーの分子量および多分散性ならびに放射照度レベル（すなわち、光が当てられる量およびレート（rate））である。目標は、層の厚さを、層間の適切な過硬化を保証するが、所望の「ｚ」方向の刻み幅と正確な幾何学的形状の生成とを可能にするのに十分な薄さにすることであった。ｘ、ｙ、およびｚにおける解像度が、所望の外部および内部の細孔表面幾何学的形状の精度を決定する。
【００５８】
第２のステップは、選択した樹脂構造の材料特性が、有用な足場を提供することを保証することであった。場合によっては、足場は、細胞および／または成長因子が詰め込まれており、かつすぐに埋め込まれる。他の場合では、足場は、埋め込み前に予め培養される（例えばバイオリアクター内で）。
【００５９】
第３のステップは、ｃＤＬＰ装置の上部エレベータ上の基礎プレート上に「バーンイン（burn-in）」パッチを形成するための樹脂の使用を含んだ。この実施形態に関して、構築プレート上のバーンインパッチを直接硬化させることはできなかった。それゆえ、バーンインパッチは、基礎プレート上の樹脂を過硬化させることによって得られた。次いで、過硬化された樹脂パッチは構築プレートに移され、およびそのプレート上でＵＶ浴（Procure（商標）350, 3D Systems）を使用して硬化された後、ヒートガンを使用して温められた。樹脂の染料含有量によってパッチ縁部におけるＵＶ透過を防止できるため、熱を使用して、確実に下部の構築プラットフォームまでパッチの中心を硬化した。パッチを装置に再導入したときに、加熱された層およびプラットフォームを冷却して促進養生を回避できるように注意を払った。この手順により、足場を、金属プラットフォーム自体ではなくＰＰＦ樹脂に対して直接硬化できるようにした。
【００６０】
第４のステップは、足場のＣＡＤファイルをレンダリングのためにｃＤＬＰ装置に転送することを含んだ。ＣＡＤファイルは、足場とバーンインパッチとの間の空間に広がる支持構造を含み得る。支持構造は、足場のレンダリングの最中に樹脂がバーンインパッチと足場との間を循環できるようにし、かつ、その手順後に非重合樹脂を洗い流すことができるようにするために、バーンインパッチより十分に高くそびえる。
【００６１】
第５のステップは、上述したような多層足場のレンダリングを含んだ。
【００６２】
第６のステップは、生体外および生体内の双方で足場を試験することを含んだ。生体外試験は、機械的試験、細胞または組織のない生物環境、および細胞、成長因子、および／または組織のある生物環境を含む。
【００６３】
公知の方法によって１２００ダルトンのＰＰＦを調製し、合成し、かつ精製した。簡潔に、ヒドロキノンおよび塩化亜鉛をそれぞれ架橋阻害剤および触媒として使用して、ＤＥＦ（Acros, Pittsburgh, PA）およびプロピレングリコール（Acros）を１：３のモル比で反応させた。この反応により、中間体ビス（ヒドロキシプロピル）と、副生物としてエタノールとが作り出された。次いで、中間体を真空下でエステル交換し、ポリ（プロピレンフマレート）と、副生物としてプロピレングリコールとを生成した。その後、ＰＰＦを精製し、かつゲル浸透クロマトグラフィーを使用して数平均分子量を計算した（Ｍｎ＝１２００Ｄａ）。
【００６４】
３２０ナノメートルの結晶であるＲ３２０二酸化チタンＴｉＯ２（Sachtleben White Plains, NY）を使用した。１３３マイクロメートルのＰＰＦ層は、４．８％のＴｉＯ２（試験した範囲：０〜４．８％）、２％のＢＡＰＯ（試験した範囲０．５〜２％）、３３％のＤＥＦ（試験した範囲：３３および５０％）、および放射照度レベルが３００秒（６０秒および３００秒を試験した）で２００ｍＷ／ｄｍ２であった。対象とする層の境界を越える横方向への（すなわち、ｘおよびｙ方向へ）重合の広がりが観察された。この領域は、ＴｉＯ２が高濃度であると最も迅速に広がり、特に、それらの高い染料濃度において光入力が高くなった。横方向に広がる領域は、予期された露光領域ほど厚くまたは強力には硬化されてはいない。この現象を定量化するために、通常の硬化試験較正手順に特別なステップを追加した。硬化された層の厚さ、すなわちｚ次元の測定に加えて、ｘ−ｙ次元も測定した。
【００６５】
硬化試験手順は、ＵＶ照射の小さな正方形の試験パターンを使用した。各ＴｉＯ２濃度増加において、硬化された正方形の薄い層の長さおよび幅を記録した。加えて、横方向重合による影響を受けた領域を含む、硬化された全領域の長さおよび幅も測定した。このデータによって、過硬化の百分率を計算することが可能であった。長さおよび幅、すなわちｘおよびｙの測定値は、各部分に対して平均され、かつこのプロセスを、ＴｉＯ２およびＢＡＰＯのそれぞれの濃度に対し、３回繰り返した（ｎ＝３）。
【００６６】
第１の試みでは、不完全な構築と、基礎プレート上に形成された重合材料の膜とを生じた。これは：（１）重合樹脂を規則的に取り除くこと、（２）基礎プレートを規則的に浄化すること、および（３）１６時間の構築サイクルの間中ずっと基礎プレートを監視することによって補正された。足場の内部孔スペースから非重合ポリマーを除去することは、超音波アルコール浴を使用する簡単な手順であった。レンダリングされた足場は、８０マイクロメートル内の精度であった。
【００６７】
重合深度（マイクロメートル）は、ＢＡＰＯの濃度（ｗｔ％）と露光時間（秒）との５つの異なる組み合わせのための、二酸化チタンの濃度（ｗｔ％）に応じて特徴づけられた。これらの試験から、２ｗｔ％の二酸化チタン濃度と２ｗｔ％のＢＡＰＯおよび６０秒の露光時間とが、１３３．３マイクロメートルに等しい平均重合深度を生じたと判断した。それゆえ、これらの設定を使用して、８３．３マイクロメートルの過硬化を備える５０マイクロメートルの層を構築できた。２００ｍＷ／ｄｍ２の放射照度を使用した。
【００６８】
高屈折率のＴｉＯ２は、光の散乱を生じた。この散乱は、ｚ方向においてのみではなく全方向において発生したが、固体層の硬化量は、ｚ方向にのみ生じ続けた。側面には追加的な層がなく、かつ現在の位置より上方の層はまだ存在しなかったため、他の方向における中間層の過硬化はなかった。ＴｉＯ２濃度の上昇は、横方向過硬化量の増加をもたらした。２００ｍＷ／ｄｍ２の放射照度および３００秒の露光時間を使用して試験を行った。各二酸化チタン濃度に対し２レベルのＢＡＰＯを試験した。
【００６９】
使用したｃＤＬＰ装置は、ｚ方向に１３マイクロメートル、およびｘおよびｙ方向に７１マイクロメートルまでの、ならびにアンチエイリアシングまたは画素シフトソフトウェア使用時に３５．５マイクロメートルまでのネイティブの精度を提供できる。これは、患者特有のインプラントの準備には十分な解像度である。この解像度は十分に高く、表面特徴（例えば、表面粗さ）を、細胞が応答する理想的なスケールでレンダリングできるようにする。
【００７０】
１２００ダルトンのＰＰＦを使用することによって、６０マイクロメートルの薄さの層をレンダリングするためにｃＤＬＰ装置を使用することができた。得られる高精度の足場は、足場特有の細胞付着、増殖、成熟、および再吸収パラメータのモデリング、予測、および最終的な設計を改善できるようにする可能性が高い。染料−開始剤パッケージを使用することにより、十分なグリーン強度を備えた非常に高精度の特徴部を生成できるようにし、非重合樹脂の積極的なポストレンダリング除去および処置を可能にする。
【００７１】
実施例２
この実施形態は、６０ミリメートルのレンズを有するPerfactory（登録商標）ＵＶ装置において実施された。全体的な樹脂の質量に対し比較的少量の染料（例えば、０．０１〜０．２ｗｔ％）が必要であった。この研究で使用された染料は、工業的応用において一般に使用されるものよりも高い濃度であり、全体的なポリマーの質量の０．５％までであった。染料が生体適合性であることが重要である。この研究では、黄色クロムアゾ染料を使用した。この研究で使用された開始剤の量は、２％のIrgacure（登録商標）８１９（BASF (Ciba), Florham Park, NJ）であった。樹脂の粘度を低下させるためにこの研究で使用された物質は、ＰＰＦのモノマー前駆体であるフマル酸ジエチル（ＤＥＦ）であった。
【００７２】
設計された（すなわち、ＣＡＤソフトウェアにおいて）プレートの厚さおよびポストの直径は、それぞれ０．４ミリメートルおよび０．６ミリメートルであった。生成された１０プレートの足場は、平均プレート厚さが０．４３±０．０２ミリメートル、および平均ポスト厚さが０．６３±０．０１ミリメートルであった。特徴部の精密さ（すなわち、標準偏差が小さいこと）は、高精度と同程度重要とし得る。測定されたこれらの特徴部は、それらの設計寸法をわずかに上回る。ここでは、特徴部は、予想されたものよりもわずかに大きいが、一般に、フォトポリマーの硬化において観察される収縮効果があり、その結果、特徴部は、設計したものよりも小さくなる。この効果は、ボクセルに対するエネルギー分布を操作することによってｃＤＬＰシステムで、および単一のボクセルデータセットの露光に使用される戦略で解決できる。部品支持体の設計では、足場の異方性収縮を防止するために歪ませ得る支持体の幾何学的形状を使用することが重要である。部品がしっかりと構築プラットフォームに取り付けられている場合、ベース部は収縮できない一方、足場の残りの部分は収縮し、変形量に異方性を生じる。構築プラットフォームを物理的に並進させることと過硬化とによって平面間の寸法を保証することができるため、平面内の寸法のみを補正する必要がある（すなわち、収縮補正のために拡大縮小される）。
【００７３】
実施例３
この実施形態に関して、使用したPerfactory装置は６０ミリメートルのレンズを有し、７１マイクロメートルの、および画素シフトを用いて３５．５マイクロメートルの平面内ネイティブ解像度をもたらした。再吸収ポリマー、ポリ（プロピレンフマレート）（ＰＰＦ）を使用した。黄色クロムアゾ染料を添加した。この実施形態で使用した開始剤は、Irgacure（登録商標）８１９（BASF (Ciba), Florham Park, NJ）であった。ＰＰＦの粘度を低下させるために使用した物質は、フマル酸ジエチル、ＰＰＦのモノマー前駆体であった。平面間のエネルギー設定を較正して、２００ｍＷ／ｄｍ２の放射照度、および露光時間１２０〜２４０秒を使用するときに、１２０マイクロメートルのボクセル高さを達成した。足場の形状は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラムで構成され、および１２０秒の露光で６個の足場がレンダリングされた。２４０秒の露光を使用して２個の足場が後にレンダリングされた。各足場の全径の１０回の測定値を、キャリパーを使用して収集した。意図した足場の直径は６ｍｍであった。
【００７４】
１２０秒の露光を使用してレンダリングされた足場（ｎ＝６）は、以下の直径を有した：５．８３±０．０３、５．８３±０．０３、５．８５±０．０４、５．８２±０．０２、５．８３±０．０２、および５．８５±０．０３ｍｍ。２４０秒の露光を使用してレンダリングされた足場（ｎ＝２）は、以下の直径を有した：６．０３±０．０３および６．０２±０．０２ｍｍ。２４０秒の露光結果は、１２０秒の露光部品よりも収縮が小さいことを示した。
【００７５】
実施例４
PerfactoryＵＶ装置を使用して、直径６ミリメートルおよび長さが１．２ミリメートル（Ｎ＝１０）または１２．４ミリメートル（Ｎ＝８）の多孔質のシリンダー状ＰＰＦ足場を、「プレートおよびポスト」の幾何学的形状を使用して２分または４分の露光で、レンダリングした。この足場のコンピュータ支援設計は、５０マイクロメートル厚さの層を１２０マイクロメートルの硬化深さでレンダリングして、十分な過硬化（中間層結合）を保証することであった。原材料ＰＰＦに、黄色クロムアゾ染料、Irgacure（登録商標）８１９（BASF [Ciba], Florham Park, NJ）開始剤、およびフマル酸ジエチルを添加し、およびそれらを足場の生成に使用した。５００−１９５−２０Mitutoyo（Aurora, IL）キャリパーを使用して、足場特徴部を測定した。１２．４ミリメートルの足場をマイクロ−ＣＴ走査した。１．２ミリメートルの足場を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮像した。
【００７６】
マイクロ−ＣＴ画像の定性分析が、異方性であるが予測可能な収縮を示した。ＳＥＭ画像の定性分析が、層の辺縁で薄くなることを示した。１．２ミリメートルの足場は、観察された平均的なポストの直径（０．４ｍｍであると予期される）が０．４３ミリメートル（０．０２標準偏差）であり、かつ観察された平均的なプレートの直径（０．６ｍｍであると予期される）が０．６３ミリメートル（０．０１標準偏差）であると示した。１２．４ミリメートル（４分の露光グループ）は、平均直径（６ｍｍであると予期される）が６．０３ミリメートル（０．０３標準偏差）であると示した。過硬化の正確な較正によって、中間層結合と、最小（この研究では４００マイクロメートル）の足場特徴部を完全に形成することとを保証する。
【００７７】
実施例５
平均分子量（Ｍｎ）が１２００ダルトンのポリ（プロピレンフマレート）（ＰＰＦ）を、上述の二段階のプロセスを使用して合成した。ＤＥＦは、ＤＥＦ１ｇ／ＰＰＦ２ｇの割合で添加し、材料の粘度を低下させた。光開始剤ＢＡＰＯ（BASF (Ciba), Ludwigshafen, Germany）を、ＰＰＦ／ＤＥＦ複合樹脂の質量の１ｇ当たり５、１０または２０ｍｇの濃度で添加した。較正の最中に使用された二酸化チタン濃度は、ＰＰＦ／ＤＥＦ１ｇ当たり０〜４８ｍｇのＴｉＯ２で変動する。平均粒度が３００ｎｍのルチル型二酸化チタン（Sachtleben, Duisburg, Germany）を使用した。ここでリストした構成成分の組み合わせにおいて、混合プロセスを促進させかつより迅速に樹脂の均質性を達成するために、特定の順序が有用であった。ＢＡＰＯを最初にＤＥＦ（ＰＰＦよりも粘度がかなり低い）に添加し、完全に溶解するまで混合した。次いで、ＤＥＦ／ＢＡＰＯ混合物を添加する前に、ＰＰＦを加熱してその粘度を低下させた。ポリマーの架橋を引き起こし得る過度温度（＞７０℃）を避けるために、注意を払った。ＰＰＦ／ＤＥＦ／ＢＡＰＯ混合物を調製したら、ＴｉＯ２を段階的に添加し、Ｔ  ＴｉＯ２濃度に応じた硬化パラメータの較正を可能にした。
【００７８】
この研究で使用したｃＤＬＰベースの付加的製造装置は、Perfactory（登録商標）Mini Multi Lens（envisionTEC, Ferndale, MI）であり、この装置をＵＶモードで動作させた。ＴｉＯ２濃度と硬化した層の厚さとの関係を判断するために、硬化試験を行った。各試験を行うために、数滴の樹脂をスライドガラス上に置いた。Perfactory装置を使用して、正方形の試験パターンを用いて一定の放射照度および時間で樹脂を硬化した。２００ｍＷ／ｄｍ２の放射照度をこれらの試験に使用し、かつ、追加されたスライドガラスの厚さを較正するために注意を払った。６０秒または３００秒の露光時間を使用した。特定の期間が経過した後、過剰な未硬化ポリマーをスライドから除去し、固体の正方形試験パターンのみを残した。カミソリの刃を使用してスライドから薄い層を取り除いて、デジタルキャリパーを使用して層の厚さを測定した。評価されるＢＡＰＯおよびＴｉＯ２の濃度の一意の組み合わせそれぞれに３回の反復試験を行った。
【００７９】
実施例６
樹脂は、ＤＥＦ１ｇ／ＰＰＦ２ｇの割合を使用して準備された。樹脂１ｇ当たり２０ｍｇのＢＡＰＯ／および樹脂１ｇ当たり１０ｍｇのＴｉＯ２を使用した。成功した構築は、最初の層が硬化されるときに、硬化樹脂を構築プレートに適切に取り付けることを必要とした。業界標準方法を使用したＰＰＦ樹脂と構築プラットフォームとの間の取り付けの達成に、ある程度の難しさを経験し、ある程度の介入が必要であった。薄いベースプレートが、２つの５０マイクロメートルの層を使用して最初にレンダリングされ、これは、構築プラットフォームに適切に付着しなかったが、透明な基礎部に固定されたままであった。薄いプレートはカミソリの刃を使用して基礎部から注意深く取り外され、かつPerfactory装置の外側の構築プラットフォームの中心上に直接配置された。ベースプレートとプラットフォームとの間に取り込まれた空気を全て除去するように注意を払った。次いで、ベースプレートをＵＶ浴中で２０分硬化した。ＵＶ照射に加え、ヒートガンを使用してベースプレートの硬化を終了し、構築プラットフォームへ強力に結合させた。ＰＰＦ樹脂から生成された、予め取り付けられたベースプレートを提供することによって、それに続く構築の最中に、所望の部品を適切に取り付けることができた。このステップを完了したら、２００ｍＷ／ｄｍ２の放射照度および１５０秒の露光時間を使用して試験足場を構築した。
【００８０】
試験部品のある程度の後処理が必要であった。試験部品を、最初にアセトンで、次いで２００プルーフエタノール（proof ethanol）ですすいで、内部の孔スペースから過剰な未硬化樹脂を全て除去した。圧縮空気も使用して試験足場を浄化した。部品に未硬化樹脂がなくなったら、樹脂を完全に硬化して部品を強化するために、構築プラットフォームをＵＶ浴に置いて２時間の追加露光を行った。次いで、ベースプレートを構築プラットフォームから分離させ、個々の試験足場をベースプレートから取り外した。足場支持体は、カミソリの刃を使用して取り除かれた。
【００８１】
足場全体をレンダリングするために使用された樹脂は、ＤＥＦを添加して濃度をＰＰＦ／ＤＥＦが１：１になるまで上げることによって、薄められた。これは、材料の自家重合ゆえに樹脂の粘度が増加したために必要であった。ＢＡＰＯおよびＴｉＯ２の濃度は、このプロセスにおいて、樹脂１ｇ当たり１５ｍｇのＢＡＰＯおよび樹脂１ｇ当たり０．７５ｍｇのＴｉＯ２まで効果的に下がった。予め取り付けられたベースプレートは、上述のように使用された。足場は、２００ｍＷ／ｄｍ２の放射照度および１５０秒の露光時間を使用してレンダリングされた。構築プロセス完了後、構築プラットフォームから足場を取り外し、２００プルーフエタノールですすいだ。追加的な浄化は、エタノールでのすすぎ、圧縮空気の使用、およびエタノール中での超音波洗浄の代替的なステップを含んだ。アセトンの使用は、試験足場を損傷させることが分かったため、回避した。過剰な樹脂を足場から除去したら、足場をＵＶ浴に２時間置いた。足場の支持体は、カミソリの刃を使用して取り除いた。
【００８２】
成人のボランティアから骨髄を得た。分離したｈＭＳＣの一次培養のシーディングを行った。ｈＭＳＣの一次分離株は、培養瓶当たり２５０，０００の密度で二次培養した。ｈＭＳＣはトリプシン処理された。細胞数を数え、および濃度の高い細胞輸液（cell infusate）が、足場にまくために細胞３２５０万個／２ｍｌで準備された。４個のＰＰＦ足場がレンダリングされ、エチレンガスオキサイド（ethylene gas oxide）（１４０°Ｆ）で滅菌され、および１０％のウシ胎児血清に１２時間浸漬させることによって予め湿潤させられた。各足場に詰め込まれたｈＭＳＣ数は、３２５万であった（最適な細胞シーディング密度は、推定される細胞の直径および足場の表面積に基づいた）。２００μＬのｈＭＳＣ輸液を、マイクロピペットを用いてマルチウェルプレート（低付着力のプラスチック）において足場に層状に重ねた。プレートは、１分間に２５”Ｈｇまで迅速にポンプで引き下げられた真空室に置いた。次いで、高密度の細胞輸液が詰め込まれた足場は、細胞付着を促すために２時間インキュベートされた。
【００８３】
２時間後に、ウェルを培養液（１０％のウシ胎児血清を備えるＤＭＥＭ−ＬＧ）で満たし、乾燥しないようにした。足場は、４回の時間間隔：６時間、２４時間、３０時間および４８時間で連続的に採取された。全ての足場を、１％のグルタルアルデヒド溶液で３０分間固定してから、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のために、リン酸緩衝食塩水（ＰＢＳ）ですすいでその中に４℃で貯蔵した。
【００８４】
例示的な方法は、図６および図７の流れ図を参照することにより、より理解し得る。説明を簡潔にするために、図示の方法論を一連のブロックとして示しかつ説明するが、一部のブロックが異なる順番で発生するか、または図示のまたは説明の他のブロックと同時に発生するため、方法論はブロックの順序に限定されないことを理解されたい。さらに、例示的な方法論を実施するために、全ての図示のブロックを必要とするわけではない。さらに、追加的なまたは代替的な方法論は、追加的な、図示しないブロックを採用できる。図６および図７は、連続的に発生する様々な行為を示すが、図示の様々な行為は、実質的に同時に発生し得ることを理解されたい。いくつものプロセスを説明するが、より多数またはより少数のプロセスを採用できることを理解されたい。
【００８５】
図６は、患者に埋め込むための組織工学足場を製造し、かつ組織の成長を促進させるための方法６００を示す。方法６００は、６１０において、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を含むデジタル光処理（ＤＬＰ）付加的製造装置において組織工学足場を表すデータを受信することを含む。さらに、方法６００は、６２０において、ＤＭＤを作動させて、足場の層に対応する光を透明または半透明なプレート上に投影することを含む。尚、そのプレートの上方には、構築プレートと、重合後に再吸収可能である液体光重合性材料を含有する生体適合性樹脂とが配置されている。方法６００は、さらに、６３０において、構築プレートを、選択した増分でシフトさせ、投影光が、連続して、樹脂の複数の部分を少なくとも部分的に重合させて、足場の層に実質的に似ているものを作ることを含む。
【００８６】
図７は、患者に埋め込まれるインプラントの連続デジタル光処理（ｃＤＬＰ）製造プロセス７００を示す。プロセス７００は、７１０において、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）と透明または半透明なプレートとを含む付加的製造装置を提供することを含む。プロセス７００は、さらに、７２０において、液体光硬化性材料と開始剤とを含有する生体適合性樹脂を提供することを含む。プロセス７００は、さらに、７３０において、透明または半透明なプレート上にある量の樹脂を堆積させることを含む。プロセス７００は、さらに、７４０において、ＤＭＤを作動させて、ある量の樹脂の一部を光に露光させ、露光された部分の樹脂が硬化してインプラントの層を形成することを含む。一実施形態では（図示せず）、プロセス７００は、インプラントのレンダリングされた層をシフトさせ、かつ透明または半透明なプレートの上側に追加的な量の樹脂を堆積させることをさらに含む。
【００８７】
プロセス７００は、さらに、７５０において、ＤＭＤを作動させて、追加量の樹脂の少なくとも一部を光に露光させ、露光された追加量の樹脂を少なくとも部分的に硬化してインプラントの追加的な層を形成し、かつ前の層の少なくとも一部を少なくとも部分的に過硬化させて、前の層と追加的な層との間を少なくともある程度中間層結合させることを含む。一実施形態では、プロセス７００は、インプラントの追加的な層をシフトさせてから、それに続いて透明または半透明なプレートの上に追加的な量の樹脂を堆積させ、付加的製造装置内の少なくとも１つのモータが、７５マイクロメートル以下の増分でのシフトを発生させることをさらに含む。プロセス７００は、さらに、７６０において、インプラントを一層ずつ物理的にレンダリングするために必要に応じて、ＤＭＤを作動させて、少なくとも一部の追加的な量の樹脂を露光させるステップ７５０を何回も繰り返すことを含む。
【００８８】
例示的なシステム、方法などを、説明の実施例によって示し、および実施例をかなり詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲をそのような詳細に制限またはなんら限定するものでもない。当然ながら、本明細書で説明するシステム、方法などを説明するために、考えられる構成要素または方法論の組み合わせを全て説明することは不可能である。追加的な利点および修正は当業者には明白である。それゆえ、本発明は、特定の詳細には限定されず、および説明に役立つ例を図示または説明した。それゆえ、本出願は、添付の特許請求の範囲にある代替例、修正例、および変更例を包含するものである。さらに、先の説明は、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物によって決定されるものである。
【００８９】
用語「含む（includes、またはincluding）」が詳細な説明または特許請求の範囲において用いられる限りでは、その用語が、特許請求の範囲において転換語として用いられるときに解釈されるため、用語「含む（comprising）」と同様に包含的であるものとする。さらに、用語「または」が詳細な説明または特許請求の範囲において用いられる（例えば、ＡまたはＢ）という限りでは、「ＡまたはＢまたはそれら双方」を意味するものとする。本出願人が、「ＡまたはＢのみであり双方ではない」ことを示すことを意図した場合、用語「ＡまたはＢのみであり双方ではない」を用いる。それゆえ、本明細書での用語「または」の使用は、包含的であり、排他的使用ではない。Bryan A. Garner, A Dictionary of Modern Legal Usage 624 (2d. Ed. 1995)参照のこと。
【図１】
0006027533.tif 000002
【図２】
0006027533.tif 000003
【図３−４】
0006027533.tif 000004
【図５】
0006027533.tif 000005
【図６】
0006027533.tif 000006
【図７】
0006027533.tif 000007