(57)【要約】  本開示は、バイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ及びバイオプリンターに関連し、ここで、バイオプリンタースプレーヘッドアセンブリは、第2のチャネルを有する外側ノズル及び第1のチャネルを有する内側ノズルを含み、内側ノズルは、第2のチャネル内に同軸上で設けられ、第1のチャネルは、第1の材料チャネルを形成し、及び第2の材料チャネルの出口から噴霧された第2の材料を、第1の材料チャネルの出口から噴霧された第1の材料に向かって収束させるために、外側ノズルと内側ノズルの間の環状空間が、第2の材料チャネルを形成し、これは、第1の材料チャネルの出口で第1の材料チャネルと取り囲み、流体プリンティングユニットを形成する。このようなスプレーヘッドアセンブリは、第2の材料が、スプレーヘッドアセンブリの出口で第1の材料を均一に包むことを可能にし、細胞を保護するための高品質な流体プリンティングユニットを形成し、それによって、プリンティング工程において、押出圧力及び摩擦力によって生じる細胞損傷を低減し、細胞の生存率を向上させる。
2019504620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側ノズル(1)が、第2のチャネルを備え、及び内側ノズル(2)が、第1の材料チャネル(A)を備え、及び前記内側ノズル(2)が、前記第2のチャネル内に同軸上で設けられる、
を含むバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリであって、ここで、前記外側ノズル(1)と前記内側ノズル(2)の間の環状空間が、第2の材料チャネル(B)を形成し、及び前記第2の材料チャネル(B)を前記第1の材料チャネル(A)の外側で、前記第1の材料チャネル(A)を取り囲み、前記第2の材料チャネル(B)の出口から噴霧された第2の材料を、前記第1の材料チャネル(A)の前記出口から噴霧された第1の材料に向かって収束させ、流体プリンティングユニットを形成する、バイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ。
【請求項２】
第1の材料供給管(4)及び外側ノズル固定部分(5)をさらに含むバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリであって、ここで、前記外側ノズル(1)が、前記外側ノズル固定部分に着脱可能で接続され、前記内側ノズル(2)が、前記第1の材料供給管(4)に着脱可能で接続される、請求項1に記載のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ。
【請求項３】
異なる仕様の複数のノズルからなるノズルキット群を含むバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリであって、ここで、前記外側ノズル(1)及び前記内側ノズル(2)が、前記ノズルキット群から選択される、請求項2に記載のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ。
【請求項４】
前記第2の材料チャネル(B)の前記出口で、前記外側ノズル(1)の開口部が、前記内側ノズル(2)より下部にある、請求項1に記載のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ。
【請求項５】
前記外側ノズル(1)が、第1のガイド部分(11)を含み、及び前記内側ノズル(2)が、第2のガイド部分(21)を含み、前記第1のガイド部分(11)及び前記第2のガイド部分(21)が、前記スプレーヘッドの外側に隣接して設けられ、及び前記第1のガイド部分(11)と前記第2のガイド部分(21)の間の第1の環状空間が、前記第2の材料チャネル(B)の前記出口に向かう方向に沿ってテーパになっている、請求項1に記載のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ。
【請求項６】
前記外側ノズル(1)が、前記第1のガイド部分(11)に接続された第1の本体部分(12)をさらに含み、及び前記内側ノズル(2)が、前記第2のガイド部分(21)に接続された第2の本体部分(22)をさらに含み、ここで、前記第1の本体部分(12)と前記第2の本体部分(22)の間の第2の環状空間が、前記第2の材料チャネル(B)の前記出口の方向に向かって少なくとも部分的にテーパになっている、請求項5に記載のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ。
【請求項７】
前記第1の環状空間において、前記第1の材料チャネル(A)の部分が、延長され、及び前記第2の環状空間において、前記第1の材料チャネル(A)の部分が、前記第1の材料チャネル(A)の前記出口の方向に向かって少なくとも部分的にテーパになっている、請求項6に記載のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ。
【請求項８】
請求項1に記載の前記バイオプリンタースプレーヘッドアセンブリを含む、バイオプリンター。
【請求項９】
前記第1の材料チャネル(A)及び前記第2の材料チャネル(B)内の各流体圧力を制御するための圧力調整装置をさらに含む、請求項8に記載の前記バイオプリンター。
【請求項１０】
前記第1の材料チャネル(A)及び前記第2の材料チャネル(B)の各温度を制御するための温度コントロール装置(9)をさらに含む、請求項8に記載の前記バイオプリンター。
【請求項１１】
前記スプレーヘッドアセンブリの初期プリンティング位置を判断するための位置検出装置(13)をさらに含む、請求項8に記載の前記バイオプリンター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、バイオプリンティングの分野に関連し、特にバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ及びバイオプリンターに関連する。
【背景技術】
【０００２】
3D生物学的プリンティングとは、3Dプリンティングの原理及び方法によって、生物学的材料（天然の材料及び合成材料又は細胞溶液を含む）を、設計された3次元構造にプリントすることを指し、これは3Dプリンティング技術とは異なる。3D生物学的プリンティング技術によって産生された生物学的組織又は器官はまた、ある種の生物学的機能を有し、細胞及び組織のさらなる成長のための条件を与える必要がある。上記の特性のために、まさに、3D生物学的プリンティング技術は、開発における多くの特定の技術的問題に直面している。
【０００３】
その中でも、3D生物学的プリンティングの分野において、細胞をプリンティング材料とする技術は、細胞の3次元プリンティング技術と呼ばれている。人々は、細胞及び生態適合性材料を利用してバイオインクを作製することが出来る。ノズルは、バイオインクを移動して噴霧し、そしてスプレーヘッドの動きは、バイオインクをプリントするためのプログラムによって制御される。バイオインクは、予め設定された標的プリントオブジェクトの3次元的に構成されたデジタルモデルに従ってプリントされ且つ、形作られる。
【０００４】
先行技術におけるバイオプリンティングのためのスプレーヘッドは、注射針のノズルと同様であり、これはバイオプリンターに直接取付けられる。このような単純な構造を有するバイオプリンターのスプレーヘッド装置は、主に活性細胞をステント材料に充填するために使用されるが、プリンティング前に包まれ得ない。さらに、スプレーヘッドを用いてプリンティングプラットホームに細胞を直接噴霧する工程において、細胞上のノズルの側壁の押出圧力及び摩擦力は、バイオインク内の細胞を大きく損傷させる可能性があり、その結果、細胞の生存率に悪影響が生じる可能性があり、生物学的構築物の構築にさらに影響を及ぼす。
【発明の概要】
【０００５】
このような技術的欠点を克服するために、本開示によって解決される技術的課題は、複数のプリンティング材料を同時にプリントすることが可能なバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ及びバイオプリンターを提供することである。好ましくは、複数のプリンティング材料は、プリンティング前に組み合わせられ得る。例えば、バイオインクとしての第1の材料は、好ましくは、第2の材料を用いて包まれ、その結果、噴霧されたバイオインクの細胞を可能な限り損傷から保護するという利点も有する。
【０００６】
上記の技術的問題を解決するために、本開示の第1の態様は、第2のチャネルを備えた外側ノズル及び第1のチャネルを備えた内側ノズルを含む、バイオプリンタースプレーヘッドアセンブリを提供し、ここで、内側ノズルは、第2のチャネルを同軸上に備え、第1のチャネルは、第1の材料チャネルを形成し、外側ノズルと内側ノズルの間の環状空間が、第2の材料チャネルを形成する。これは、第2の材料チャネルの出口から噴霧された第2の材料を、第1の材料チャネルの出口から噴霧された第1の材料に向かって収束させるために、第1の材料チャネルを取り囲み、生物学的プリンティング材料の流体プリンティングユニットを形成する。
【０００７】
基本的な技術的解決策において、第2の流路は、第2の材料を第1の材料に向かって徐々にガイドすること及び徐々に収束することができ、第2の材料及び第1の材料を一緒に収束させる。例えば、スプレーヘッドアセンブリの出口で第2の材料は、スプレーヘッドアセンブリの出口で第1の材料を均一に包むことができ、細胞を保護するための高品質な流体プリンティングユニットを形成し、それによって、プリンティング工程で供される押出圧力及び摩擦力によって生じる細胞損傷を低減し、細胞の生存率を向上させる。
【０００８】
さらに、バイオプリンタースプレーヘッドアセンブリは、第1の材料供給管及び外側ノズル固定部分をさらに含み、ここで、外側ノズルは、外側ノズル固定部分に着脱可能で結合され、及び内側ノズルは、第1の材料供給管に着脱可能で結合される。
【０００９】
改善された技術的解決策において、外側ノズル及び内側ノズルは、着脱可能及び別個に交換可能な構造内に設けられる。交換が必要な際に、出口に隣接するスプレーヘッドアセンブリのノズル部分を取り除くために便利であり、これは、局所的な部分の取外しのみを伴うため、交換は、非常に効率的である。
【００１０】
さらに、バイオプリンタースプレーヘッドアセンブリは、異なる仕様の複数のノズルからなるノズルキット群を含み、ここで、外側ノズル及び内側ノズルは、前記ノズルキット群から選択される。
【００１１】
改善された技術的解決策において、異なる仕様の外側ノズル及び内側ノズルを替えることにより、スプレーヘッドアセンブリは、異なるサイズの粒子及び異なる厚さのラッピング層を噴霧することができ、ラッピングを制御可能にする。
【００１２】
さらに、第2の材料チャネルの出口で、外側ノズルの出口は、内側ノズルの出口より下部にある。
【００１３】
改善された技術的解決策において、外側ノズルの延長部分は、第1の材料チャネルの出口に向かう方向に沿ってさらにテーパであることができ、第2の材料を第1の材料の方向にさらに収束させるようにガイドし、第1の材料をより確実且つ、適切に包むことを容易にする。
【００１４】
さらに、外側ノズルは、第1のガイド部分を含み、及び内側ノズルは、第2のガイド部分を含み、ここで、第1のガイド部分及び第2のガイド部分が、スプレーヘッドの出口に隣接して設けられ、及び第1のガイド部分と第2のガイド部分の間の第1の環状空間が、第1の材料チャネルの出口に向かう方向に沿ってテーパになる。
【００１５】
改善された技術的解決策において、第1の材料チャネルの出口に向かう方向に沿って出口に隣接してテーパになっている第2の材料チャネルは、噴霧工程において、第2の材料を第1の材料にさらに収束させるようにガイドすることができ、その結果、第1の材料は、第1の材料チャネルの外側で包まれ、それによって、第1の材料を噴霧する際、機械的な摩擦力の影響による損傷を回避する。
【００１６】
さらに、外側ノズルは、第1のガイド部分に接続された第1の本体部分をさらに含み、及び内側ノズルは、第2のガイド部分に接続される第2の本体部分をさらに含むみ、ここで、第1の本体部分と第2の本体部分との間の第2の環状空間は、第2の材料チャネルの出口の方向に向かって少なくとも部分的にテーパになる。
【００１７】
改善された技術的解決策において、第1の本体部分と第2の本体部分の間の環状空間は、少なくとも部分的にテーパになっている構造で設けられ、これは、第2の材料の圧力をさらに上昇させ流速を増加させることができ、その結果、第2の材料チャネル内でよりスムーズに流れる第2の材料は、目詰まりを起こしにくく、第1の材料チャネルの出口で第1の材料をより適切且つ、均一に包む。
【００１８】
さらに、第1の環状空間において第1の材料チャネルの部分が細長くなり、及び第2の環状空間において第1の材料チャネルの部分が、第1の材料チャネルの出口の方向に向かって少なくとも部分的にテーパになる。
【００１９】
改善された技術的解決策において、前記出口に隣接する材料チャネルは、細長いチャネルとなるように設計され、これは、第2の材料によって包まれ、よりスムーズに噴霧されるように第1の材料をガイドすることが出来る。
【００２０】
上記技術的問題を解決するために、本開示は、上記実施形態によるバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリを含むバイオプリンターを提供する、第2の態様を提供する。
【００２１】
基本的な技術的解決策において、バイオプリンターは、高品質の生物学的プリンティング材料を得ることによって、産生された種々の生物学的構築物が、高い活性及び長い使用寿命を維持することを可能にすることが出来る。
【００２２】
さらに、バイオプリンターは、第1の材料チャネル及び第2の材料チャネル内のそれぞれの流体圧力を制御するための圧力調整装置をさらに含む。
【００２３】
改善された技術的解決策において、圧力調整装置を設けることにより、第1の材料及び第2の材料は、異なる速度で出口から噴霧されるように制御され得る。
【００２４】
さらに、バイオプリンターは、第1の材料チャネル及び第2の材料チャネルのそれぞれの温度を制御するための温度制御装置をさらに含む。
【００２５】
改善された技術的解決策において、温度制御装置を設けることによって、プリンティング工程において、生物学的材料の活性を維持することに有益であり、特に高粘度の生物学的プリンティング材料を用いる際に、流動性の向上及び低温によるノズルの目詰まりの現象を可能な限り回避することができ、プリンティング効率を高める。
【００２６】
さらに、バイオプリンターは、スプレーヘッドアセンブリの初期プリンティング位置を判断するための位置検出装置をさらに含む。
【００２７】
改善された技術的解決策において、位置検出装置を設けることによって、プリンティングプラットホームの高さが、スプレーヘッドアセンブリの初期プリンティング位置を決定するためにプリンティング前に判断され得、それによって、より正確にプリンティング出来る。
【００２８】
従って、上記技術的解決策に基づいて、本開示のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリは、内部及び外部のノズルが2層で同軸上に設計されるような構造形態を用いる。内側ノズルの第1のチャネルは、第1の材料チャネルを形成し、外側ノズル及び内側ノズルの間の環状空間は、第2の材料チャネルを形成し、第2の材料チャネルの出口から噴霧された第2の材料が、第1の材料チャネルの出口から噴霧された第1の材料を包むことで、細胞を保護するための生物学的プリンティング材料の流体プリンティングユニットを形成することを可能にする。それによって、プリンティング工程において供される押出圧力及び摩擦力によって生じる細胞の損傷を低減し、細胞の生存率を向上させ、高い信頼性を示す。加えて、第2の材料チャネルは、第1の材料チャネルの出口に隣接する第1の材料チャネルを同軸上で囲み、これは、第1の材料の外側に第2の材料をより均一に包むことに好ましく、可能な限り厚さの不均一を回避し、高品質の流体プリンティングユニットを形成する。
【００２９】
本明細書に記載される図面は、本開示のさらなる理解を与えるため使用され、本出願の一部を構成する。本開示の例示的な実施形態並びにその説明は、本開示を説明するために単に使用されるものであり、本開示に関する不適切な定義を構成するものではない。図面において:
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図1は、本開示のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリの一実施形態の構造の概略図である。
【図２】図2は、図1に示すバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリのノズル部分の拡大図である。
【図３】図3は、バイオプリンタースプレーヘッドアセンブリにおいて流出する流体プリンティングユニットの状態の概略図である。
【図４】図4は、本開示のバイオプリンターの一実施形態の構造の概略図である。
【図５】図5は、図4に示すバイオプリンターの温度コントロール装置の構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
次に、本開示の技術的解決策を、図面及び実施形態によってさらに詳細に説明する。
【００３２】
本開示の具体的な実施形態は、本開示の概念、解決すべき技術的課題、技術的解決策を構成する技術的特徴、及びそこから産生される技術的効果の理解を容易にするためにさらに記載される。そのような実施形態の説明は、本開示の定義を構成するものではないことを説明する必要がある。加えて、以下に説明する本開示の実施形態に含まれる技術的特徴は、それらの間に矛盾が生じない限り、互いに組み合わせることが出来る。
【００３３】
先行技術におけるバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリは、プリンティング前に細胞を包むことができず、プリンティング工程において、細胞の損傷をもたらす可能性がある。従って、本開示は、バイオプリンタースプレーヘッドアセンブリを提供し、及びその構造は、図1及び図2に示す概略図を参照することが出来る。例示的な一実施形態において、バイオプリンタースプレーヘッドアセンブリは、第2のチャネルを備えた外側ノズル1及び第1のチャネルを備えた内側ノズル2を含み、ここで、内側ノズル2は、第2の流路内に同軸上で設けられ、第1のチャネルは、第1の材料チャネルAを形成し、及び外側ノズル1と内側ノズル2の間の環状空間が、第2の材料チャネルBを形成し、これは、第2の材料チャネルBの出口から噴霧された第2の材料を、第1の材料チャネルの出口から噴霧された第1の材料に向かって収束させるために、第1の材料チャネルAに隣接する第1の材料チャネルAを取り囲み、生物学的プリンティング材料の流体プリンティングユニットを形成する。
【００３４】
同じ種類の材料を運搬するために使用できるだけでなく、異なる種類の材料を運搬するために使用され得る第1の材料チャネルA及び第2の材料チャネルBは、同時に使用され得、及び互いに独立しても使用され得る。第1の材料及び第2の材料は、同じであり得、及び異なるものでもあり得る。
【００３５】
第1の材料と第2の材料とが異なる場合、第1の材料は、主材料、例えば分散相溶液(均一な連続流体)又は細胞を含む懸濁液(非均一流体)であり得、及び第2の材料は、補助材料、例えば、周囲を覆う流体又は栄養溶液であり得る。流体プリンティングユニットは、生物学的プリンティング材料から構成されるプリンティングユニットである。例えば、プリンティングユニットは、主材料を補助材料で包むことによって形成され得る。
【００３６】
本開示のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリは、内側ノズル及び外側ノズルが同軸上に2層で配置されるような構造形態をとる。内側ノズルの第1のチャネルは、第1の材料チャネルを形成し、及び外側ノズルと内側ノズルの間の環状空間は、第2の材料チャネルを形成し、第2の材料チャネルの出口から噴霧された補助材料が、第1の材料チャネルの出口から噴霧された補助材料を包むように、細胞を保護するために生物学的プリンティング材料の流体プリンティングユニットをすることを可能にする。それによって、プリンティング工程における押出圧力及び摩擦力によって生じる細胞の損傷を低減し、細胞の生存率を向上させ、高い信頼性を示す。加えて、第2の材料チャネルが、第1の材料チャネルの出口に隣接する第1の材料チャネルを同軸上で取り囲む形態であり、それは、主材料の外側で補助材料をより均一に包むために有利であり、及び可能な限り不均一な厚さの現象を回避し、高品質な流体プリンティングユニットを形成する。
【００３７】
改善された一実施形態において、プリンターは、使用中にスプレーヘッドの内部を定期的に清掃する必要があるので、外側ノズル1及び内側ノズル2は、着脱可能且つ、別個に交換可能な構造に作られ得る。このように、交換が必要な際、出口に隣接するスプレーヘッドアセンブリのノズル部分を取り外すために便利であり、これは、局所部品の取外しのみが含まれるため、交換が効率的である。
【００３８】
このような目的を達成するために、図1に示すような特定の構造が用いられ得る。バイオプリンタースプレーヘッドアセンブリは、第1の材料供給管4及び外側ノズル固定部分5を含み、ここで、外側ノズル1は、外側ノズル固定部分5に着脱可能で接続され、及び内側ノズル2は、第1の材料供給管4に着脱可能で接続される。第1の材料供給管4と外側ノズル固定部分5の間に環状空間が存在するため、第1材料供給管4と外側ノズル固定部5の相対的な固定を行うために、接続部6が、外側ノズル固定部分5の上端に設けられ得る。接続部6は、第1の材料管4に嵌合される。
【００３９】
任意で、外側ノズル1及び内側ノズル2は、外側ノズル固定部分5及び第1の材料供給管にそれぞれ、ねじ結合され、並びに取付け及び取外しは、2つのノズルを回転させることによって実現され得る。そのような接続方法は、非常に信頼性が高く、補助接続のために他の追加部品を追加する必要がない。ねじ結合に加えて、当業者は、取外し可能な接続を得るために、迅速挿入機構を使用することが出来る。ノズルの取付け及び取外しを可能にするためにロック部材を押す又は離すことのみが必要である。
【００４０】
スプレーヘッドアセンブリが、異なる仕様の粒子及び異なる厚さの包装流体を噴霧することを可能にするために、着脱可能なノズルの実施形態に基づき、それらは、異なる仕様の複数の外側ノズル1及び内側ノズル2からなる、ノズルキット群を含む。プリティングミッションが、実行される際に、ノズルキット群から適切な外側ノズル1及び内側ノズル2を選択することが可能である。異なる仕様は、異なる形状、寸法又はノズルのテーパを意味するが、ねじ結合での寸法は、同じである。このように、ノズルの異なる仕様は、異なる開口及びテーパの嵌合を得るために必要に応じて何時でも交換され得、流体プリンティングユニットの異なる寸法を提供する、又はより良好な包み効果を獲得する。故に、外部ノズル1及び内部ノズル2の異なる仕様を替えることにより、補助材料によって主材料を制御可能でのラッピングが実現され得る。
【００４１】
上記の実施形態のため、主材料及び補助材料は、スプレーヘッドアセンブリの出口で包まれ得る。一般に、第2の材料チャネルの出口で、外側ノズル1の出口は、内側ノズルの出口と同一平面状にある。より好ましくは、第2の材料チャネル2Bの出口で、外側ノズル1の出口は、内側ノズル2の出口よりも下部にあり、その結果、延長部分は、第1の材料チャネルAの出口に向かい方向に沿って、さらにテーパであることができ、補助材料を主材料の方向に向かってさらに収束するようにガイドし、主材料をより確実且つ、適切に包むことを容易にする。
【００４２】
好ましい構造形態において、第1の材料チャネルAは、スプレーヘッドの出口に隣接する細長いチャネルであり、噴霧された際に主材料を指向的にガイドされ及び並べられることを可能にし、目詰まりの可能性を低減する。出口に隣接する第2の材料チャネルBの部分は、第1の材料チャネルAの出口に向かう方向に沿ってテーパになっており、これは、主原料が流れる方向に沿って補助材料に圧力を加えることを可能にし、主材料に向かって噴霧する補助材料をガイドすることができ、主材料をより良好に包み、及び補助材料への圧力を増加させて流速を増加させることができ、その結果、補助材料が、よりスムーズに流出し、ラッピングを達成する。当業者であれば、第2の材料チャネルのテーパ度を設計することができ、プリンティング前にラッピングを制御可能にする。
【００４３】
第2の材料チャネルBがテーパになっている実施形態について、特定の構造を以下に示す。図2に示すように、外側ノズル1は、第1のガイド部分11及び第1のガイド部分12を含む。内側ノズル2は、第2のガイド部分21及び第2の本体部分22を含む。第1のガイド部分11及び第2のガイド部分22は、スプレーヘッドアセンブリの出口に隣接して設けられ、及び第1のガイド部分11及び第2のガイド部分21の間の環状空間は、第1の材料チャネルAの出口に向かう方向に沿ってテーパになっている。
【００４４】
より好ましくは、出口に隣接する第2の材料チャネルBの部分の断面はテーパになっている。円錐形のテーパ形状は、他の形状よりも流体に対するより良い誘導効果を示し、補助材料が同じ高さで同じ流速を有することも可能にし得、及び第2の材料チャネルの出口に到達する流速が、実質的に同じであることを可能にし、補助材料が、主材料を均一に包むことをさらに実現する。例えば、図1に示す実施形態において、第2のガイド部分21は、円筒形であり、第1のガイド部分11は、逆円錐形である。他の実施形態において、第1のガイド部分11及び第2のガイド部分21の両方は、逆円筒形に設計され得、第1のガイド部分11は、第2のガイド部分21のテーパよりも大きいテーパを有する。
【００４５】
特定の構造形態において、第1の本体部分12は、第1の円筒形部分及び第1の円錐形部分を含む。第1の円錐形部分は、第1のガイド部分11と第1の円筒形部分の間に接続される。第1の円筒形部分は、ねじ嵌め又は他の締結方法によって外側ノズル固定部分5と接続される。外側ノズル固定部分5は、補助材料を第2の材料チャネルBに導くための接続チューブ3を備える。第2の本体部分22は、第2の円筒部分及び第2の円錐部分を含む。第2の円錐部分は、第2のガイド部分21及び第2の円筒部分の間に接続される。第2の円筒部は、ねじ嵌め又は他の締結方法によって、第1の材料供給管4と接続される。ここで、第2の円錐部分は、第1の材料チャネルAの断面積を減少させるために転移効果を生み出し、その結果、流出する際の主材料が、プリンティング要件を満たす流体プリンティングユニットに変換される。第1の円錐部分は、第2の円錐形部分に適合するように設計され、補助材料にたいしてガイド効果を生み出す。より良い設計形態として、第1の円錐形部分と第2の円錐形部分の間の第2の材料チャネルBの空間は、テーパになっており、これは、補助材料の圧力をさらに上昇させて流速を増加させることができ、その結果、第2の材料チャネルB内でよりスムーズに流れる補助材料は、目詰まりを起こしにくく、出口で主材料をより適切に包む。
【００４６】
第1の材料チャネルAに関して、第2のガイド部分21に対する体1の材料チャネルAは、細長いチャネルであり、及び第1の本体部分12に対応する第1の材料チャネルAは、第1の材料チャネルAの出口の方向に向かって少なくとも部分的にテーパになっており、細長いチャネルへの移行を達成する。図2及び図3に示す構造において、第2の円筒形部分に対応する第1の材料チャネルAは、大きな断面積を有する円筒形のチャネルであり、及び第2の円錐形部分の転移効果によって、第2のガイド部分21に対応する第1の材料チャネルAが、細長い円筒形チャネルであることを実現する。さらに、主材料(例えば、細胞)の単一の列のチャネルのために細長いチャネルが利用可能であることが最適であり、補助材料によって包まれるように主材料がよりスムーズに噴霧されるようにガイドし、それによって、寸法要件を満たす生物学的プリンティング材料を形成する。
【００４７】
本開示によるこのようなスプレーヘッドアセンブリの動作原理は、図2に示される実施形態と組み合わせて、以下に詳細に記載される。圧力の制御下で、主材料Aは、第1の材料チャネルAに沿って流れ、及び補助材料は、テーパになっている第2の材料チャネルBに沿って流れ、及び補助材料が、第2の材料チャネルの出口に達した際、第1の材料チャネルAの出口に到達する主材料に付着するために一定の圧力を有し、流体プリンティングユニットを衛生するために完全に包まれ、スプレーヘッドアセンブリの出口から連続的に噴霧されるように徐々に実施される。
【００４８】
加えて、本開示はまた、図4及び図5に示される実施形態において、上記のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリを含む、バイオプリンターを提供する。本開示のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリは、細胞を損傷から保護するためにプリンティング中に細胞を包むことができ、高い生存率を示すことが出来るため、このようなスプレーヘッドアセンブリを用いたバイオプリンターは、対応する有利な技術的効果を有し、及び高品質の生物学的プリンティング材料を得ることによって、産生された種々の生物学的構築物が高い活性及び長い使用寿命等の好ましい生物学的特性を維持することを可能にすることが出来る。例えば、バイオプリンターは、3Dバイオプリンターであり、本開示のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリは、3Dバイオプリンターに特に適している。
【００４９】
本開示の一実施形態おいて、バイオプリンターは、固定プレート7、取付け指示部8、第1の材料供給ベッセル31及び第2の材料供給ベッセル32をさらに含む。固定プレート7は、バイオプリンター全体の様々な構成要素の基準として機能する。取付け指示部8は、固定プレート7の一辺で、中央下部の位置に配置される。第1の材料供給ベッセル31及び第2の材料供給ベッセル32は、それぞれ、主材料及び補助材料を収容するために使用され、取り付け支持体8内に水平方向に並んで配置される。例えば、材料供給ベッセルは、材料を収容する容器であり得る。本開示のノズルアセンブリP(図4参照)は、第1の材料供給ベッセル31が、第1の材料チャネルAと連通し、及び第2の材料ベッセル32が、連結チューブ3を介して第2の材料チャネルBと連通するように、第1の材料供給ベッセルの直下に取付けられる。
【００５０】
実施形態のバイオプリンターに関して、圧力コントロール、例えば空気圧コントロールによる生物学的プリンティング材料の流れを実現することが必要である。故に、バイオプリンターはまた、例えば電気比例選択弁等の圧力調節装置を含み得る。第1の材料供給ベッセル31及び第2の材料供給ベッセル32は、材料が充填された際に、空気経路内の電気比例弁にそれぞれ接続される。2つの材料供給ベッセルのそれぞれの対応する電気比例弁は、リアルタイムアナログ量でコントロールシステムとその後通信され、2つの材料供給ベッセルの押出量は、上位ソフトウェアによって発せられた指示によってそれぞれコントロールされる。空気圧をそれぞれ調整することによって、第1の流路及び第2の流路内の流体の噴霧速度は、コントロールされ得る。
【００５１】
異なるプリンティング要求に従って、異なるコントロール様式が採用され得る。
【００５２】
連続的な生物学的プリンティング材料を形成する必要がある場合、まず、主材料を第1の材料供給ベッセル31に加える。主材料は、細胞を含む物質混合物であり、その状態は、流動性であり、ゼリー状でもあり得る。補助材料が、第2の材料供給ベッセル32内に加えられ、補助材料物質は、主材料と同じ物質であり得る(主材料と補助材料は同じ材料である)。操作上の要求に従って、補助材料は、栄養供給物質であり得、接着力を提供するための物質(保護層を形成するためにも使用され得る)でもあり得、主材料の周りに包まれて保護層を形成する物質でもあり得る。次に、圧力調整装置により第1の材料供給ベッセル31に一定の空気圧を加えることによって、主材料が、連続的に噴霧され得、補助材料によって外部的に包まれ得、細長い構造を一体的に形成する。
【００５３】
粒状の生物学的プリンティング材料を形成する必要がある場合、主材料が、離散粒子の形態で第1の材料チャネルAの出口から噴霧されるように制御するために、第1の材料供給ベッセル31内に主原料を加えること、及び第1の材料供給ベッセル31を頻繁に加圧及び開閉させてパルス信号を発生させることが可能であり、及び補助材料が、第2の材料チャネルBの出口から連続的に噴霧されることを制御するために、第2の材料供給ベッセル32に連続的な圧力を加えることが可能である。明らかに、第2の材料供給ベッセル32にパルスの圧力を加えることも可能である。図3を参照すると、主材料のパルスシグナルコントロールによって、離散粒子を形成すること、及び補助材料の外層と組み合わせて、卵黄が卵白で覆われた卵と同様の流体プリンティングユニットを形成することが可能であり、これは、急速に冷却され、前記温度の影響下で成型される。
【００５４】
より好ましい実施形態として、本開示のバイオプリンターは、主材料及び補助材料のそれぞれの温度を制御するための温度コントロール装置9をさらに含み、及び第1の材料供給ベッセル31及び第2の材料供給ベッセル32は、独立した温度制御装置9を使用することが出来る。図5を参照して、温度コントロール装置9は、固定プレート7から離れた取付け支持部8の側面に設けられる。温度コントロール装置9は、最も近い一辺に、取付け指示部8: クーリングパッド91、ラジエータ92及びラジエータファン93を連続的に含む。取付け指示部8の表面近傍に設けられたクーリングパッド91は、外部の温度コントローラーのコントロール下で、生物学的プリンティング材料を加熱又は冷却し得る。クーリングパッド91は、材料供給ベッセルとは反対側に温度制御端部が設けられた半導体クーリングパッドを選択し得、及びラジエータ92とは反対側に、非温度制御端部が設置され得る。ラジエータ92は、操作中に半導体クーリングパッドによって生成された熱を取り除くために使用され、及びラジエータファン93は、ラジエータ92の放熱処理を促進するために用いられる。さらに、温度検出装置が、第1の材料供給ベッセル31及び第2の材料供給ベッセル32の外部に設けられ得、主材料及び補助材料の現在の温度をより正確に判断する。
【００５５】
実施形態において、温度コントロール装置9を設けることにより、プリンティング工程において、生物学的材料の活性を保つことに有益であり、及び特に、粘度の高い生物学的プリンティング材料の場合、流動性を向上させ、低温によって生じる目詰まりの現象を可能な限り回避することができ、プリンティング効果を高める。
【００５６】
別のより好ましい実施形態において、バイオプリンターは、固定プレート7に取付けられた摺動スロット33に設けられた位置検出装置13をさらに含む。位置検出装置13は、摺動スロット33に沿って長軸方向に移動可能であり、プリンティング前のプリンティングプラットホームの高さを判定して、スプレーヘッドアセンブリの初期プリンティング位置を決定し、それによってより正確にプリントする。
【００５７】
上記では、本開示によって提供されるバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ及びバイオプリンターを詳細に紹介する。本明細書において、本開示の原理および実施形態を詳述するために特定の実施形態が適用され、上記の実施形態の説明は、本開示の方法並びにその中核的思想の理解を助けるためにのみ使用される。当業者であれば、本開示の原理から逸脱しないことを前提として、本開示にいくつかの修正及び変更を行うことができ、そのような修正及び変更もまた、本開示の請求項の保護範囲に入る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年11月16日(2018.11.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側ノズル(1)が、第2のチャネルを備え、及び内側ノズル(2)が、第1の材料チャネル(A)を備え、及び前記内側ノズル(2)が、前記第2のチャネル内に同軸上で設けられる、
を含むバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリであって、ここで、前記外側ノズル(1)と前記内側ノズル(2)の間の環状空間が、第2の材料チャネル(B)を形成し、及び前記第2の材料チャネル(B)を前記第1の材料チャネル(A)の外側で、前記第1の材料チャネル(A)を取り囲み、前記第2の材料チャネル(B)の出口から噴霧された第2の材料を、前記第1の材料チャネル(A)の前記出口から噴霧された第1の材料に向かって収束させ、流体プリンティングユニットを形成する、バイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ。
【請求項２】
第1の材料供給管(4)及び外側ノズル固定部分(5)をさらに含むバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリであって、ここで、前記外側ノズル(1)が、前記外側ノズル固定部分(5)に着脱可能で接続され、前記内側ノズル(2)が、前記第1の材料供給管(4)に着脱可能で接続される、請求項1に記載のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ。
【請求項３】
異なる仕様の複数のノズルからなるノズルキット群を含むバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリであって、ここで、前記外側ノズル(1)及び前記内側ノズル(2)が、前記ノズルキット群から選択される、請求項2に記載のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ。
【請求項４】
前記第2の材料チャネル(B)の前記出口で、前記外側ノズル(1)の開口部が、前記内側ノズル(2)より下部にある、請求項1に記載のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ。
【請求項５】
前記外側ノズル(1)が、第1のガイド部分(11)を含み、及び前記内側ノズル(2)が、第2のガイド部分(21)を含み、前記第1のガイド部分(11)及び前記第2のガイド部分(21)が、前記スプレーヘッドの外側に隣接して設けられ、及び前記第1のガイド部分(11)と前記第2のガイド部分(21)の間の第1の環状空間が、前記第2の材料チャネル(B)の前記出口に向かう方向に沿ってテーパになっている、請求項1に記載のバイオプリンタースプレーヘッド。
【請求項６】
前記外側ノズル(1)が、前記第1のガイド部分(11)に接続された第1の本体部分(12)をさらに含み、及び前記内側ノズル(2)が、前記第2のガイド部分(21)に接続された第2の本体部分(22)をさらに含み、ここで、前記第1の本体部分(12)と前記第2の本体部分(22)の間の第2の環状空間が、前記第2の材料チャネル(B)の前記出口の方向に向かって少なくとも部分的にテーパになっている、請求項5に記載のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ。
【請求項７】
前記第1の環状空間において、前記第1の材料チャネル(A)の部分が、延長され、及び前記第2の環状空間において、前記第1の材料チャネル(A)の部分が、前記第1の材料チャネル(A)の前記出口の方向に向かって少なくとも部分的にテーパになっている、請求項6に記載のバイオプリンタースプレーヘッドアセンブリ。
【請求項８】
請求項1に記載の前記バイオプリンタースプレーヘッドアセンブリを含む、バイオプリンター。
【請求項９】
前記第1の材料チャネル(A)及び前記第2の材料チャネル(B)内の各流体圧力を制御するための圧力調整装置をさらに含む、請求項8に記載の前記バイオプリンター。
【請求項１０】
前記第1の材料チャネル(A)及び前記第2の材料チャネル(B)の各温度を制御するための温度コントロール装置(9)をさらに含む、請求項8に記載の前記バイオプリンター。
【請求項１１】
前記スプレーヘッドアセンブリの初期プリンティング位置を判断するための位置検出装置(13)をさらに含む、請求項8に記載の前記バイオプリンター。
【国際調査報告】
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2019504620.tif 000009
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