(57)【要約】【課題】製造工程の一部で立体印刷を利用して物体の一部を製造する方法を提供する。【解決手段】  製造物体であって、有機溶剤溶解性である水不溶性材料を含んだ有機溶剤溶解性ネットワークを含んでおり、実質的に該ネットワーク全体が不規則な形状の穿孔状膜を形成していることを特徴とする。【選択図】    図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造物体であって、有機溶剤溶解性である水不溶性材料を含んだ有機溶剤溶解性ネットワークを含んでおり、実質的に該ネットワーク全体が不規則な形状の穿孔状膜を形成していることを特徴とする製造物体。
【請求項２】
有機溶剤溶解性ネットワークは略１０００μｍ以下のサイズの孔部を提供することを特徴とする請求項１記載の製造物体。
【請求項３】
有機溶剤溶解性である水不溶性ネットワークは、有機溶剤溶解性材料を含まないマクロサイズの内部特徴部をさらに含んでおり、該マクロサイズ内部特徴部は略１００μｍ以上の断面を有していることを特徴とする請求項１記載の製造物体。
【請求項４】
４．製造物体は、有機溶剤溶解性である水不溶性ネットワークに結合した実質的に不溶性である材料を含んだ粒子をさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の製造物体。
【請求項５】
有機溶剤溶解性である水不溶性ネットワークに結合したリン酸カルシウム類の少なくとも一種を含んだ粒子をさらに含んでいることを特徴とする請求項１記載の製造物体。
【請求項６】
有機溶剤溶解性である水不溶性材料はポリマーとコポリマーの少なくとも一方を含んでいることを特徴とする請求項１記載の製造物体。
【請求項７】
有機溶剤溶解性である水不溶性材料は、ポリカプロラクトン、ポリラクティックコグリコリック酸、ポリメチルメタクリレート、及び櫛状ポリマーで成る群から選択されるポリマーを含んでいることを特徴とする請求項１記載の製造物体。
【請求項８】
組織基礎部を含んでいることを特徴とする請求項１記載の製造物体。
【請求項９】
骨組織基礎部を含んでいることを特徴とする請求項８記載の製造物体。
【請求項１０】
骨欠損部の形状に一致することを特徴とする請求項１記載の製造物体。
【請求項１１】
水溶性である有機溶剤不溶性構造物と、該構造物に結合した有機溶剤溶解性である水不溶性材料とを含んでいることを特徴とする製造物体。
【請求項１２】
膜で囲まれたマクロサイズの経路をさらに含んでいることを特徴とする請求項１１記載の製造物体。
【請求項１３】
水溶性である有機溶剤不溶性構造物に結合された実質的に不溶性である材料の粒子をさらに含んでいることを特徴とする請求項１１記載の製造物体。
【請求項１４】
ネットワークを構成する水溶性である有機溶剤不溶性構造物と、該構造物の表面に隣接する不規則な形状の有機溶剤溶解性である水不溶性材料の穿孔状膜とを含んでいることを特徴とする製造物体。
【請求項１５】
膜は水溶性である有機溶剤不溶性構造物の表面と実質的に形状一致することを特徴とする請求項１４記載の製造物体。
【請求項１６】
マクロサイズの経路を有していることを特徴とする請求項１４記載の製造物体。
【請求項１７】
水溶性である有機溶剤不溶性構造物と有機溶剤溶解性である水不溶性材料との両方に結合した実質的に不溶性である材料の粒子をさらに含んでいることを特徴とする請求項１４記載の製造物体。
【請求項１８】
製造物体を製造する方法であって、
a.有機溶剤溶解性である水不溶性材料の粒子と、水溶性である有機溶剤不溶性材料の粒子とを混合することで少なくとも１つの粒子混合物を形成するステップと、
b.粒子混合物内の水溶性である有機溶剤不溶性材料の粒子を水溶性である有機溶剤不溶性材料の別粒子に結合させ、有機溶剤溶解性である水不溶性材料の粒子とも結合する水溶性である有機溶剤不溶性構造物を形成させることで物体を製造するステップと、
c.有機溶剤溶解性である水不溶性材料の粒子を軟化させて少なくとも部分的に流動させ、水溶性である有機溶剤不溶性材料の表面に隣接する膜を形成させることで有機溶剤溶解性である水不溶性材料の膜を形成するステップと、
d.有機溶剤溶解性である水不溶性材料を硬化させる条件を提供するステップと、
を含んでいることを特徴とする製造方法。
【請求項１９】
膜形成ステップは、水溶性である有機溶剤不溶性材料の表面に実質的に形状一致する有機溶剤溶解性である水不溶性材料の膜を形成するステップを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項２０】
粒子混合物内の水溶性である有機溶剤不溶性材料の粒子を水溶性である有機溶剤不溶材料の他の粒子に結合させるステップは、該粒子混合物を水溶性である有機溶剤不溶性材料の溶液と接触させるステップを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項２１】
有機溶剤溶解性である水不溶性材料の膜形成ステップ後に、水溶性である有機溶剤不溶性構造物の少なくとも一部を溶解させるのに適した条件下で物体を水に曝露するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項２２】
水溶性である有機溶剤不溶性材料は塩類と糖類とで成る群から選択される少なくとも一種を含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項２３】
水溶性である有機溶剤不溶性材料は塩化ナトリウム、スクロース、フルクトース、及びラクトースで成る群から選択される少なくとも一種を含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項２４】
水溶性である有機溶剤不溶性材料は、相対的に高い水溶解性を有した物質と、相対的に低い水溶解性を有した物質とを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項２５】
相対的に高い水溶解性を有した物質は相対的に低い水溶解性を有した物質の少なくとも２倍の重量溶解性を室温にて有していることを特徴とする請求項２４記載の製造方法。
【請求項２６】
相対的に低い水溶解性を有した物質は、物体の特定孔サイズに対応する粒子サイズで粒子混合物内に存在することを特徴とする請求項２４記載の製造方法。
【請求項２７】
相対的に高い水溶解性を有した物質は、相対的に低い水溶解性を有した物質の粒子サイズより一般的に小さな粒子サイズで粒子混合物内に存在することを特徴とする請求項２４記載の製造方法。
【請求項２８】
粒子混合物を形成するステップは、有機溶剤溶解性である水不溶性材料の粒子と、水溶性である有機溶剤不溶性材料の粒子と、実質的に不溶性である材料の粒子を混合するステップを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項２９】
実質的に不溶性である材料の粒子はリン酸カルシウム類の少なくとも一種を含んでいることを特徴とする請求項２８記載の製造方法。
【請求項３０】
物体を製造するステップは、水溶性である有機溶剤不溶性材料の粒子を水溶性である有機溶剤不溶性材料の別粒子と結合させるように粒子混合物を成型するステップを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項３１】
物体を製造するステップは、
a.流体混合物を含んだ粒子層を着層させるステップと、
b.水溶性である有機溶剤不溶性材料の粒子を水溶性である有機溶剤不溶性材料の別粒子と結合させるのに適した水溶液を粒子層の選択位置に被膜させるステップと、
c.形状物を発生させるのに必要な回数でaステップとbステップとを反復するステップと、
d.非結合粒子を除去するステップと、
を含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項３２】
水溶液の被膜ステップは水の被膜ステップを含んでいることを特徴とする請求項３１記載の製造方法。
【請求項３３】
水溶液の被膜ステップは結合剤物質の水溶液を被膜するステップを含んでいることを特徴とする請求項３１記載の製造方法。
【請求項３４】
水溶液を被膜するステップは、水溶性である有機溶剤不溶性材料の溶液を被膜するステップを含んでいることを特徴とする請求項３１記載の製造方法。
【請求項３５】
水溶液を被膜するステップは、略２０％以下の飽和パラメータで水溶液を被膜するステップを含んでいることを特徴とする請求項３１記載の製造方法。
【請求項３６】
水溶液を被膜するステップは、略５０％以下の飽和パラメータで水溶液を被膜するステップを含んでいることを特徴とする請求項３１記載の製造方法。
【請求項３７】
粒子層の着層ステップは、有機溶剤溶解性である水不溶性材料の第１組成物を含んだ第１粒子混合物の層を着層するステップと、有機溶剤溶解性である水不溶性材料の第２組成物を含んだ第２粒子混合物の層を着層するステップとを含んでいることを特徴とする請求項３１記載の製造方法。
【請求項３８】
粒子層の着層ステップは、実質的に不溶性である材料を含んだ第１粒子混合物の層を着層するステップと、実質的に不溶性である材料を含まない第２粒子混合物の層を着層するステップとを含んでいることを特徴とする請求項３１記載の製造方法。
【請求項３９】
粒子層の着層ステップは、水溶性である有機溶剤不溶性材料の第１組成物を含んだ第１粒子混合物の層を着層するステップと、水溶性である有機溶剤不溶性材料の第２組成物を含んだ第２粒子混合物の層を着層するステップとを含んでいることを特徴とする請求項３１記載の製造方法。
【請求項４０】
４粒子層の着層ステップは、第１平均粒子サイズの第１粒子混合物の層を着層するステップと、第２平均粒子サイズを含んだ第２粒子混合物の層を着層するステップとを含んでいることを特徴とする請求項３１記載の製造方法。
【請求項４１】
有機溶剤溶解性である水不溶性材料はポリマーまたはコポリマーを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項４２】
有機溶剤溶解性である水不溶性材料は、ポリカプロラクトン、ポリラクティックコグリコリック酸類、ポリメチルメタクリレート、及び櫛状ポリマーで成る群から選択される物質を含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項４３】
有機溶剤溶解性である水不溶性材料の膜を形成するステップは、物体内の有機溶剤溶解性である水不溶性材料を軟化させて膜を形成させるのに適した条件と時間で物体を有機溶剤溶解性である水不溶性材料が溶解する有機溶剤の蒸気に曝露するステップを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項４４】
物体を有機溶剤の蒸気に曝露するステップは物体をハロゲン化炭化水素の蒸気に曝露するステップを含んでいることを特徴とする請求項４３記載の製造方法。
【請求項４５】
物体を有機溶剤の蒸気に曝露するステップは物体をクロロホルムの蒸気に曝露するステップを含んでいることを特徴とする請求項４３記載の製造方法。
【請求項４６】
有機溶剤溶解性である水不溶性材料を流動させるステップは該材料を有機溶剤に曝露するステップを含んでおり、有機溶剤溶解性である水不溶性材料を硬化させる条件を提供するステップは、有機溶剤溶解性である水不溶性材料を硬化させるように有機溶剤溶解性である水不溶性材料から充分量の有機溶剤を逃がすステップを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項４７】
有機溶剤溶解性である水不溶性材料の膜を形成するステップは、物体内の有機溶剤溶解性である水不溶性材料を軟化させて膜を形成させるのに適した温度と適した時間で物体を加熱するステップを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の製造方法。
【請求項４８】
製造物体を製造する方法であって、
a.有機溶剤溶解性である水不溶性材料の粒子と、水溶性である有機溶剤不溶性材料の粒子との粒子混合物を含んだ粒子層を着層するステップと、
b.水溶性である有機溶剤不溶性材料の粒子を水溶性である有機溶剤不溶性材料の別粒子と結合させるのに適した水溶液を粒子層の選択位置に被膜させ、水溶性である有機溶剤不溶性材料の粒子を水溶性である有機溶剤不溶性材料の別粒子と結合させ、有機溶剤溶解性である水不溶性材料の粒子とも結合する水溶性である有機溶剤不溶性構造物を形成するステップと、
c.形状物を発生させるのに必要な回数でaステップとbステップとを反復するステップと、
d.非結合粒子を除去するステップと、
e.有機溶剤溶解性である水不溶性材料の粒子を軟化させて少なくとも部分的に流動させ、水溶性である有機溶剤不溶性材料の表面に隣接する膜を形成させることで有機溶剤溶解性である水不溶性材料の膜を形成するステップと、
f.有機溶剤溶解性である水不溶性材料の膜を硬化させる条件を提供するステップと、
を含んでいることを特徴とする製造方法。
【請求項４９】
水溶液の被膜ステップは水の被膜ステップを含んでいることを特徴とする請求項４８記載の製造方法。
【請求項５０】
水溶液の被膜ステップは結合剤物質の水溶液を被膜するステップを含んでいることを特徴とする請求項４８記載の製造方法。
【請求項５１】
水溶液を被膜するステップは、略２０％以下の飽和パラメータで水溶液を被膜するステップを含んでいることを特徴とする請求項４８記載の製造方法。
【請求項５２】
水溶液を被膜するステップは、略５０％以下の飽和パラメータで水溶液を被膜するステップを含んでいることを特徴とする請求項４８記載の製造方法。
【請求項５３】
粒子層の着層ステップは、有機溶剤溶解性である水不溶性材料の第１組成物を含んだ第１粒子混合物の層を着層するステップと、有機溶剤溶解性である水不溶性材料の第２組成物を含んだ第２粒子混合物の層を着層するステップとを含んでいることを特徴とする請求項４８記載の製造方法。
【請求項５４】
粒子層の着層ステップは、実質的に不溶性である材料を含んだ第１粒子混合物の層を着層するステップと、実質的に不溶性である材料を含まない第２粒子混合物の層を着層するステップとを含んでいることを特徴とする請求項４８記載の製造方法。
【請求項５５】
粒子層の着層ステップは、水溶性である有機溶剤不溶性材料の第１組成物を含んだ第１粒子混合物の層を着層するステップと、水溶性である有機溶剤不溶性材料の第２組成物を含んだ第２粒子混合物の層を着層するステップとを含んでいることを特徴とする請求項４８記載の製造方法。
【請求項５６】
粒子層の着層ステップは、第１平均粒子サイズの第１粒子混合物の層を着層するステップと、第２平均粒子サイズを含んだ第２粒子混合物の層を着層するステップとを含んでいることを特徴とする請求項４８記載の製造方法。
【請求項５７】
製造物体を製造する方法であって、
a.相対的に低い軟化温度を有した水不溶性材料の粒子と、相対的に高い軟化温度を有した水溶性材料の粒子とを混合することで少なくとも１つの粒子混合物を形成するステップと、
b.粒子混合物内の水溶性材料の粒子を水溶性材料の別粒子と接着させ、水不溶性材料の粒子も保持する水溶性構造物を形成することで物体を製造するステップと、
c.水溶性材料を軟化させて流動させる温度以下の温度で、水不溶性材料の粒子を軟化させて少なくとも部分的に流動させ、水溶性材料の表面に隣接して膜を形成するのに充分な温度に水溶性構造物を加熱することで水不溶性材料の膜を形成するステップと、
d.水不溶性材料を硬化させる条件を提供するステップと、
を含んでいることを特徴とする製造方法。
【請求項５８】
水溶性構造物に水を供給し、水溶性粒子を水に溶解させ、水溶性粒子で占められていた位置に隣接して水不溶性膜を残すステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項５７記載の製造方法。
【請求項５９】
製造物体を製造する方法であって、
a.第１材料の隣接粒子と結合することで第１条件に反応し、第２条件には反応しない第１材料の粒子と、第２材料の粒子で膜を形成することで第２条件に反応し、第１条件には反応しない第２材料の粒子とを混合することで少なくとも１つの粒子混合物を形成するステップと、
b.第１条件を提供し、粒子混合物内の第１材料の粒子を第１材料の別粒子と結合させ、第１条件に反応し、第２材料の粒子も結合させる構造物を形成させることで物体を製造するステップと、
c.第２条件を提供し、第２材料の粒子を軟化させて少なくとも部分的に流動させ、第１材料の粒子を互いに結合させたまま第１材料の粒子の表面に隣接して膜を形成させることで第２材料の膜を形成させるステップと、
d.第２材料の粒子で形成された膜を硬化させる条件を提供するステップと、
を含んでいることを特徴とする製造方法。
【請求項６０】
第１材料の粒子の結合構造物に対して第１条件を再度適用するステップをさらに含んでおり、第１材料の粒子を互いから分離させ、第２材料の粒子で形成された膜から分離させ、第１材料の粒子で占められていた位置に隣接させて膜を残すことを特徴とする請求項５９記載の製造方法。
【請求項６１】
第１材料の粒子の結合構造物に対して第３条件を適用するステップをさらに含んでおり、第１材料の粒子は第３条件に反応し、第２材料の粒子は第３条件に反応せず、第１材料の粒子を互いから分離させ、第２材料の粒子で形成された膜から分離させ、第１材料の粒子で占められていた位置に隣接させて膜を残すことを特徴とする請求項５９記載の製造方法。
【請求項６２】
第１材料の粒子は有機溶剤溶解性である水不溶性材料を含み、第２材料の粒子は水溶性である有機溶剤不溶性材料を含んでいることを特徴とする請求項５９記載の製造方法。
【請求項６３】
第１材料の粒子は第１溶剤溶解性で第２溶剤不溶性ある材料を含み、第２材料の粒子は第２溶剤溶解性で第１溶剤不溶性である材料を含んでいることを特徴とする請求項５９記載の製造方法。
【請求項６４】
第１条件を提供するステップは液状の第１溶剤を粒子混合物と接触させるステップを含んでおり、第２条件を提供するステップは蒸気状の第２溶剤を第１材料の接着粒子を含んだ粒子混合物と接触させるステップを含んでいることを特徴とする請求項６３記載の製造方法。
【請求項６５】
第１材料の粒子は水溶性である高融点材料を含んでおり、第２材料の粒子は低融点である水不溶性材料を含んでいることを特徴とする請求項５９記載の製造方法。
【請求項６６】
第１条件を提供するステップは水を粒子混合物と接触させるステップを含んでおり、第２条件を提供するステップは第１材料の接着粒子を含んだ粒子混合物を、第２材料の粒子が第１材料の粒子に結合した膜を形成する温度に加熱するステップを含んでいることを特徴とする請求項６５記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶剤蒸気膜形成を含んだ立体印刷法等の製法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
米国特許５２０４０５５で解説されている立体印刷（３ＤＰ）は、代用骨や組織基礎部のごとき様々な医療目的に供する構造物の提供に有効である。
【０００３】
基本的な立体印刷法では、粉末層がローラ伸展法等で提供され、バインダ液滴がインクジェット印刷等の技術によってその粉末層に対して排出された。排出装置は動作制御装置で移動され、ラスター印刷及び/又はベクター印刷を様々な組み合わせで含んでいた。粉末粒子はバインダ液の作用で結合された。続く粉末層は順番に積層され、望む立体物が提供されるまでバインダ液滴が排出された。非結合粉末は物品が乾燥するまで印刷領域を支持し、その後に非結合粉末は除去されて印刷された物品またはプレフォームが提供された。
【０００４】
粒子の結合は１または２以上のメカニズムによって達成されている。１つは、バインダ液が粉末の一部を溶解させるものであった。バインダ液の溶剤が気化すると、半溶解または完全溶解した粒子材料は再固化し、その材料の結合体または固化塊を形成した。別なメカニズムは、バインダ液の揮発部分が気化した後にバインダ液内に結合物質が溶解して残ったものであり、溶解物質が固体粒子周囲で固化し、あるいは固体粒子と結合するように固化することで固体粒子同士を結合する。これら両作用が同時に起きることもあった。
【０００５】
立体印刷で粒子に製造される対象物質にはポリマーが含まれる。特に医療用ポリマーが好適であるポリマーの場合には、立体印刷プロセスにおいてプリントヘッドからの有機溶剤の排出を必要とした。特に有用な溶剤はクロロホルムであった。なぜなら、それが溶解する物質の種類のためであった。有機溶剤は水性溶剤の場合よりもプリントヘッドから排出が困難であった、なぜなら、それらの低粘性及び低表面張力の特性が組み合されるためであった。特にクロロホルムは、たとえプリントヘッドから成功裏に排出されても、立体印刷での特徴部のシャープ性に関わる問題点を有していた。まず、クロロホルムの異常に小さい表面張力と粘性によって、クロロホルムは粉末床内で毛管作用によって拡散する傾向が非常に強い。さらに、クロロホルムが気化する時間に関する困難性も存在する。
【０００６】
溶解と再固化を活用した立体印刷では、溶剤と溶質の物理的特性で決定される粉末粒子のバインダ液溶剤への溶解時間が関与する。（例えば、ポリマーの分子量は溶解時間に大きく影響する。）また、バインダ液の蒸発時間、あるいはバインダ液の少なくとも溶剤部分の気化時間も関与する。これには室温等が影響する。蒸発（気化）時間は本質的には再固化時間である。再固化には、蒸発に先立って適量の溶解が起きる充分な時間が必要である。溶解のための充分な時間が提供される前に溶剤が気化すると、結合はほとんど達成されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
クロロホルムを使用すると、クロロホルムの気化時間と較べて溶解時間は望むよりも長くなる。従って、立体印刷時に粉末粒子の充分な溶解時間を達成するためには、１に近い比較的に高い飽和パラメータでクロロホルムを印刷することが必要であった。立体印刷では、飽和パラメータとは、どれだけの利用できる粒子間空間がバインダ液に占領されているかを表す比である。高飽和パラメータ、特に１に近いか１を越えるものは、粉末床でバインダの滲入（流入）を加速させた。このことにより印刷の解像度が低下し、非結合粉末の除去がさらに困難になった。例えば、滲み現象によって、接着が望まれなかった粉末粒子を印刷領域に接着させた。軽く滲んだ立体印刷構造物（右）及び多量に滲んだ立体印刷構造物（左）を図１で示す。
【０００８】
クロロホルム及び類似した溶剤を使用する際の他の問題は、立体印刷機械の近隣成分の溶剤蒸気への曝露であった。溶剤蒸気は多くの物質に対して攻撃的である。さらに、バインダ液供給システム全体の液体クロロホルムへの曝露、並びに毒性であるクロロホルム蒸気の扱いが問題となっていた。
【０００９】
立体印刷の別問題点は、特定粒子粉末や特定溶剤、並びに特定バイダ液に特有の値に対する印刷パラメータの調整が必要なことであった。もし多くの対象粉末又は溶剤/バインダが存在すれば、特定印刷パラメータの決定は困難であった。すなわち、組成（配合）の変化に対して迅速に対応することが困難であった。
【００１０】
ポリマー製の多孔質生体構造は米国特許６４５４８１１で開示されている。しかし、これら構造はプリントヘッドから液体クロロホルムを排出することで製造されるため、粉末床内に排出された液体の滲み現象の問題が発生した。よって、それら物品は本発明の物品の解像度を有していなかった。米国特許６４５４８１１では、液体クロロホルムの排出はクロロホルムの連続流を伴うマスクの使用を含んでいた。排出はＰＬＧＡの粒子と浸出ポロゲンとを含んだ粉末床に対して実行された。米国特許６４５４８１１の印刷された粒子（ポロゲン浸出後）は、９０％ほどの高孔質性であったが、それらは基本的に剛質であり、破壊を蒙らずには大きな変形はできないものであった。この剛性は大部分がＰＬＧＡの材料特性によるものであろう。いずれにしろ。もしそのような物品が圧縮変形性を有して提供されたら、外科的利用への道が開けるであろう。
【００１１】
立体印刷以外の分野に関する限り、電子写真、電子画像、あるいは電磁波画像システム等のトナー粉末が関与する印刷システムでは、紙にトナー粉末を永久的に固定させる方法として、熱を利用する通常の方法の代わりに、溶剤蒸気固定法を利用することが知られている。米国特許５８３４１５０はこの目的で環境的に利用できるハロゲン化炭化水素を利用する技術を開示している。しかし、その特許の利用は平面画像を提供するためであり、立体画像ではない。米国特許５３３６７００で解説されているように、溶剤蒸気融合は、アクリルセメントと共に液体メチルメタクリレートモノマーの蒸気を使用して、歯科用プレフォームの製造のごとき他の分野においても利用されてきた。しかし、この技術は立体印刷にまで拡張されず、孔部の創出と制御のためにポロゲンの浸出にも関与しなかった。米国特許５１７１８３４は部分の成型と、その溶剤蒸気に対するその部分の曝露を開示する。
【００１２】
従って、立体印刷を必要とするような幾何学的複雑性を有したポリマー部分で最良の寸法解像度を達成することができることが望まれる。低飽和パラメータで印刷する等による立体印刷中に、滲み現象を最少化することが望ましい。クロロホルム並びに類似する攻撃的な溶剤の取り扱いを最低限度にし、そのような溶剤に対する機械部品の曝露を最低限度にすることが望ましい。孔質性を制御すること、並びに有機溶剤溶解性材料で製造された物品に複数材料の組成物を組み入れることが望ましい。また、ポリマーあるいはバインダ組成の変更に対する印刷パラメータの調整なしで立体印刷によりポリマー物品を製造することが望ましい。
【００１３】
一般的に、孔質ポリマー物品に対しては、孔部のサイズと形状を制御して物品を製造できるのが望ましい。
【００１４】
少なくとも部分的にポリマーで孔質物品を製造することが望ましい。この物品は内部構造部を含むことができ、破損せずに大きく弾性変形することができる。そのような圧縮性は外科治療への適用が容易であり、手術中の現場成型の必要を減少させ、近隣の組織に対する接触圧力を維持し、組織の一体化と内部成長を促進する。
【００１５】
本発明は製造工程の一部で立体印刷を利用して物体の一部を製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この方法は、有機溶剤溶解性粒子と有機溶剤不溶性粒子とを含んだ粉末床上への立体印刷を含んでいる。有機溶剤不溶性粒子は水溶性粒子を含むことができる。これは粒子サイズのごとき特性によって選択され、複数の物質を含むことができる。有機溶媒不溶性粒子は少なくとも１つの実質的に不溶性である物質を含むことができる。例えばリン酸カルシウム類である。印刷は水性バインダ液を利用して実施できる。非結合粉末の除去後に、プレフォームは有機溶剤蒸気に曝露される。これで有機溶剤溶解性ポリマー粒子は互いに融合する。粉末に水溶性粒子が存在すれば、その後に水溶性粒子を溶解処理することができる。ポロゲン粒子の利用と共に実施する溶剤蒸気融合は立体印刷以外の製造方法でも利用できる。
【００１７】
本発明は上述の方法により製造された物品も含む。そのような物品は多孔質であり、破壊されることなく大きく変形できる。さらに、少なくとも適したポリマーで製造されたときには、変形状態から少なくとも部分的に形状復帰できる。この形状復帰は実質的に瞬時であることも、あるいは少なくとも数秒が関与することもできる。
【００１８】
幾何学あるいは形態学では、本発明の物品はポリマー等である有機溶剤溶解性物質を含んだネットワークまたは孔質構造を含んでいる。約１００μｍ以下のサイズで、物品は幾何学または形態学により基本構造を有していると特徴付けられる。ここで、実質的に全てのポリマーは膜形態であり、ランダムに皺質及び穿孔質であるが、それ以外は連続的である。これは図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃで図示されている。それぞれ５０倍、１６０倍及び９００倍の倍率である。幾何学的または形態学的な観点では、実質的には粒子として特定できるポリマー粒子は存在しない。
【００１９】
このことは図４Ｂで示す、立体印刷により提供された従来構造の微小構造物とコントラストをなす。従来構造物においては、皺状膜の形態である基本ポリマー構造物が存在するが、さらに、基本構造物とは接着するが基本ポリマー構造物には完全に融合していない略球状粉末粒子が図示されている。
【００２０】
本発明の物品は孔部ネットワークを含む領域で８０％以上であるような高孔質性を特徴とする（すなわち、マクロ的にポリマー非存在特徴部はない）。大型なものでは、本発明の物品はマクロ孔部及びポリマーが存在しない他のマクロ内部構造を有することができる。その断面寸法は１００μｍ程度、あるいはそれより大きい。本発明の物品例は図５Ａから図５Ｈにおいて図示されている。
【００２１】
材料の観点では、物品中の有機溶剤溶解性ネットワークは、ポリカプロラクトンのごときポリマーを含むことができ、櫛状ポリマーを含むことができる。ポリメチルメタクリレートとＰＬＧＡ類も使用できるポリマーである。物品中の有機溶剤溶解性物質は望むなら生物学的に吸収性とすることもできる。有機溶剤溶解性物質は生体構造物中の同じ場所でも、異なる場所にでも提供することができる。
【００２２】
物品は不溶性（すなわち、実質的にどのような溶剤中でも不溶性）材料も含むことができる。これは、ポリマー構造物によって少なくとも部分的に保持される不溶性材料の粒子形態で存在できる。最終物品に存在する有機溶剤不溶性物質はリン酸カルシウム類でよく、骨成長のために利用できる。例えば、不溶性物質は吸収性であるリン酸三カルシウムでよい。不溶性材料の組成は物品中の場所によって変更することができる。
【００２３】
少なくともいくらかの前述した特徴（皺状穿孔膜ミクロ構造物、マクロ構造物、及びポリカプロラクトンのごときポリマーの物理的特性）により、ここで開示する本発明の物品は、大きく変形することができ、少なくともいくらかの形状復元性を示すことができる物理的特性を有することができる。例えば、本発明の物品はポリカプロラクトンで製造されると、少なくとも１０％弾性的に変形でき、少なくとも部分的に元の形状に戻ることができる。この形状復元力は瞬時的なものであっても、あるいは数秒を要するものであってもよい。最終物品のポリマーネットワークは蛇行状であり、皺状穿孔膜を含んでいる。そのような形状の特徴は、ポリカプロラクトンのごときポリマー物資の特性と相俟って、大きな歪みに弾性的に変形できる能力に関係すると考えられる。時間依存復元力は同様な要因によるものと考えられる。
【００２４】
本発明は、溶剤蒸着融合を含み、製造プロセスの一部に立体印刷の利用を含む製造方法を含んでいる。立体印刷で始まる製造プロセスは図６で図示されている。生体構造物の製造方法は図６で図示されているように次のステップを含んでいる。
【００２５】
ローラ圧延または他の手段で粉末層が提供される（ステップ６０２）。この粉末は少なくとも２種類の粒子を含むことができる。粉末は有機溶剤溶解性物質である少なくとも１つの物質の粒子を含むこともできる。この粒子は対象の有機溶剤では溶解するが、水中では低溶解性あるいは不溶性である。さらに、粉末は有機溶剤不溶性物質を含むことができる。溶剤中では本質的に不溶性である水溶性物質を含むことができる有機溶剤不溶性物質に関する選択は以下で解説する。
【００２６】
対象の有機溶剤溶解性物質は、生物学的に利用でき、適した有機溶剤中で溶解性であるポリマーを含む。特定ポリマーはポリカプロラクトンと櫛状ポリマー並びにポリメチルメタクリレートとポリ乳酸コグリコール酸（ＰＬＧＡ）類の物質を含む。例えば、ポリカプロラクトン（ミズリー州セントルイス市のシグマアルドリッヒ社）は約６００００から６５０００のダルトンの分子量を有している。ここで言及する有機溶剤溶解性物質とは複数の有機溶剤溶解性物質の混合物であってもよい。それらは互いにブレンドした分離状態の粒子であっても、個別の粒子内にて混合状態であってもよい。有機溶剤溶解性物質は生体構造物中で均質であっても、場所によって異なっていてもよい。このことは、例えば、立体印刷プロセスにおいて、異なる層に異なる粉末を提供することで達成できる。
【００２７】
有機溶剤溶解性及び有機溶剤不溶性の定義において、特定物質または特定の適用のための有機溶剤を例に挙げる。例えば、特定利用に供する有機溶剤はクロロホルム（ＣＨＣｌ３）である。なぜなら、クロロホルムは多数の物質を溶解させるからである。他の塩素化炭化水素も同様に利用でき、さらに他の有機溶剤も利用できる。超臨界二酸化炭素はポリマー粒子（有機溶剤溶解性物質）を溶剤融合させることができる溶剤であると考えることができる。
【００２８】
粉末の様々な構成物質の割合は、どのタイプの粒子を、他の物質で形成された構造物内に閉じ込めるかのごとき、どのように構造物を形成するかにより選択される。
【００２９】
粉末層を形成した後、ステップ６０４で、粉末床の選択箇所に、粒子を他の粒子と結合させるのに適した水性バインダ液を適用する。この水性バインダ液は、純水であっても、バインダ物質が溶解した水であってもよい。水性バインダ液で粉末粒子を結合させる２つの方法がある。
【００３０】
従来から知られているように、水性バインダ液の適用には経験を活用する。本発明では粉末に適用されるバインダ液の広がりを制限し、可能な限り鮮明な印刷構造物を提供する。１つの方法は比較的に低い値の飽和パラメータを使用して水性バインダ液を利用することである。
【００３１】
印刷に影響を及ぼすパラメータは飽和パラメータと呼ばれる量として説明できる。もし印刷が分離した液滴で実行されるなら、各液滴は方形プリズムの形状を有すると考えられる粉末のボクセル（単位体積）と関連する。ボクセルの寸法は、デルタｘと呼ばれる液滴同士の間隙、デルタｙと呼称される線同士の間隙、並びにデルタｚと呼称される粉末層の厚みである。ボクセルは、（デルタｘ）＊（デルタｙ）＊（デルタｚ）で与えられる全体積を内蔵する。ボクセル内には粉末粒子間の間隙（すなわち粉末粒子が存在しない空間）を表す所定の空隙が存在する。すなわち、（１−ｐｆ）＊（デルタｘ）＊（デルタｙ）＊（デルタｚ）で与えられる。ｐｆは粉末充填率である。ボクセルの空隙に対する排出液滴量の比が飽和パラメータである。液滴量はＶｄで表される。飽和パラメータはＶｄ/（（１−ｐｆ）＊（デルタｘ）＊（デルタｙ）＊（デルタｚ））で与えられる。
【００３２】
水性バインダ液の適用は１０％から２０％程度の飽和パラメータで実行される。この範囲はほとんどの立体印刷の場合よりも小さく、従って最終製品の解像度（鮮明度）の向上に有効である。
【００３３】
粉末層提供ステップと、粉末層へのバインダ液適用ステップの２つのステップは、好適な蒸着パターンを各層に提供しながら望む幾何構造物を得るため、必要な回数だけ反復できる。各層に広げられる粉末が、他層に広げられる粉末と同一である必要はない。粉末はその組成、粒子サイズ、及び粒子サイズ分布等において異なることができる。組成に関して、立体印刷プロセスで所定の層に提供される粉末は。他層のものとは異なる有機溶剤溶解性物質を有することができる。同様に、他の層と較べて、所定層の粉末は異なる有機溶剤不溶性物質を有することができる。
【００３４】
次に、印刷された粉末床はステップ６０６で必要に応じて乾燥され、続いて非結合粉末が除去され、プレフォームが得られる。ここで、有機溶剤溶解性物質の粒子は互いに直接的には結合しない。なぜなら、有機溶剤だけが結合を促すことができ、粒子はこのステップ中にまだ有機溶剤に曝露されていないからである。ここで、いくらかの粒子は、水性バインダ液の基本液である水中溶解性物質の固化を通じて互いに結合するであろう。バインダ液に溶解しているバインダ物質の固化の組み合わせ、あるいは粉末床での水溶性粒子の少なくとも一部の溶解と、続く再固化とで粒子が互いに結合することは可能である。
【００３５】
水溶性粒子の構造物は、バインダ液に溶解しているバインダ物質と共に、それら粒子がまだ結合していないうちに有機溶剤溶解性粒子をその場に留める構造物を構築すると考えられる。同様に、不溶性粒子が存在するなら、この構造物は不溶性粒子をこの製造ステップ中にその場に留めておくと考えられる。
【００３６】
次に、プレフォームはステップ６０８で有機溶剤溶解性粒子が溶解する有機溶剤の蒸気に曝露される。このステップは、適した蒸気濃度と、適した時間と、他のパラメータの適した値とで実施され、有機溶剤溶解性粒子の他の有機溶剤溶解性粒子への少なくとも部分的な結合を引き起こす。例えば、当初に空気を収納していた閉鎖容器に液体クロロホルムが封入されると、液体クロロホルムの気化が起きる。この気化は、閉鎖容器内部のクロロホルム蒸気の部分的圧力が、温度のみに依存する飽和値に到達するまで継続する。そこでクロロホルム蒸気の濃度は一定に保たれる。この条件の達成には充分な量の液体クロロホルムが必要なだけである。典型的なステップでは、この最低量の液体を閉鎖容器に封入する作業が関与するため、溶剤蒸気融合対象の物体を液体クロロホルム領域と接触しないように保持しながらクロロホルム蒸気に充分に曝露することが必要である。
【００３７】
内部領域が比較的に外面から離れている比較的大きな部分に関しては、真空容器の使用が有益であろう。真空容器内に有機溶剤が導入され、部分圧を達成し、内部領域を瞬時に充填し、表面の毛管現象による応力亀裂の可能性を排除あるいは低減させる。これで、拡散による溶剤蒸気の移動が遅れる飽和空気環境が創出される。
【００３８】
有機溶剤溶解性物質（ポリマー等）は蒸気状態である有機溶剤でさえも吸収し、溶解または少なくも軟化すると考えられる。例えば、ポリカプロラクトンはクロロホルム蒸気を３％から５％吸収すると考えられる。この点で、多くのポリマーは結晶固体ではないので、それらポリマーを非常に粘性が高い液体であり、単にクロロホルムや他の有機溶剤蒸気で低粘性になるように希釈されていると考えることは有益である。クロロホルムの存在はポリマーの実効的なガラス転移温度を低下させると考えられる。
【００３９】
有機溶剤溶解性物質の粒子が溶解または少なくとも軟化するとき、それらは変形し、流動し、あるいは広がると考えられ、水ベースのバインダ液により形成された予め存在する構造物は、有機溶剤溶解性粒子が広がることができる表面/構造物を提供すると考えられる。よって、有機溶剤溶解性粒子が互いを見つけ出し、合体するのを助ける。有機溶剤溶解性物質の溶解あるいは軟化した粒子は同一物質の他の粒子と接触し、または少なくともいくらか合体して有機溶剤溶解性物質の連続膜構造物を形成する。
【００４０】
このステップは図７、図８及び図９で概略的に図示されている。図７は溶剤蒸気融合前に水性バインダ液での印刷と乾燥を経た物体がどのような外観を有しているか示している。この段階では、白色である有機溶剤不溶性粒子７２０は水中で溶解して融合し、その後に再固化する。あるいは当初にバインダ液に溶解していたバインダ物質の固化により合体している。よって、有機溶剤不溶性粒子７２２は幾分か連続的な構造物を形成する。陰影を有する有機溶剤溶解性粒子は有機溶剤不溶性粒子の既に融合した構造物と幾分かは融合しているように図示されている。しかし、この段階では互いに癒着させる有機溶剤に曝露されておらず、別々に分離している。
【００４１】
図８は溶剤蒸気に曝露後のプレフォームを示す。有機溶剤溶解性物質の以前個別であった粒子７２２は互いに合体し、有機溶剤不溶性物質７２０で形成された構造物の表面で膜８２２を提供した。膜８２２の形態は有機溶剤不溶性物質７２０で形成された構造物の表面形態に近似する。
【００４２】
その後、プレフォームはステップ６１０で有機溶剤蒸気から取り除かれ、有機溶剤蒸気が実質的に存在しない条件に充分な時間曝露され、プレフォームに吸収されたであろう有機溶剤は実質的に全てプレフォームから排出される。ポリマーまたは有機溶剤溶解性物質の膜は硬化する。ここで、プレフォームは水溶性物質の連続構造物７２０と有機溶剤溶解性物質の連続構造物８２２を含む。これら２つの連続構造物は互いに絡み合っている。もし不溶性粒子（図示せず）が存在すると、少なくともその一部は少なくとも部分的に有機溶剤溶解性物質の新規形成構造物８２２によって保持される。
【００４３】
この段階あるいは後の段階で、クロロホルムのごとき残留有機溶剤を、液体二酸化炭素抽出プロセスまたは超臨界二酸化炭素抽出プロセスによってさらに取り除くことができる。
【００４４】
最後に、プレフォームは水溶性物質または水溶性粒子７２０の実質的全部をステップ６１２で溶解するのに適した条件で水に曝露することができる。図９で示すように、これで有機溶剤溶解性物質８２２の構造物が残る。これは不溶性物質の粒子も含むことができる。残る構造物は図９で図示する（単純化のため、不溶性粒子は図示されていない）。
【００４５】
有機溶剤不溶性物質として利用できる多数の水溶性材料は糖類と塩類である。塩類には塩化ナトリウム等が含まれる。糖類にはスクロース、フルクトース、ラクトース等が含まれる。これら材料の様々な組み合わせが立体印刷実験用の粉末の形成に使用されている。塩類と糖類の選択と混合比率は観察に基づいた種々な特性のバランスを考慮して決定する。
【００４６】
塩化ナトリウムの粒子は、粒子を結合させるネック部を形成開始する前に所定量の湿気を吸収する能力を有する。この特性は粉末床で水性溶液が拡散するのを制限するのに役立つ。塩化ナトリウムの水中での溶解率はテストした数多くの物質の中では中程度であった。
【００４７】
フルクトースとスクロースは速い水中溶解特性を示す。これは粒子同士を結合させるネック部の形成に有用である。ラクトースはフルクトースやスクロースよりも遅い水中溶解性を示す。この遅い溶解性の特徴は異なる理由で有用である。フルクトースやスクロース等の他の物質が水を使用した溶解/再固化プロセスに大きく関わるとき、ラクトース粒子はそのプロセス中に有効状態で継続して存在できる。
【００４８】
粉末に元から供給されたラクトース粒子が、溶剤蒸気軟化ポリマーが流れてその最終状態を達成する際に、まだ大きく存在感を示すであろう。例えば、水性結合後の構造物は、さらに水溶性の糖類である他の粒子で主として構成されるネック部によって互いに接合したラクトース粒子を含むことができる。よって、粉末内に元から存在するラクトース粒子は最終製品に存在する孔部のサイズとサイズ分布の決定に大きな役割を果たすであろう。ネック部内に存在するように意図された相対的に迅速に溶解する糖の量がラクトースより少なければ（粒子が顕著な形状を維持するにはネック部は粒子より小さい体積でなければならない）この状況の達成は助けられる。それによって、粉末床内に１種の物質のみが存在する状況で溶解/再固化から得られるものよりも、再固化構造物の孔質性にさらに大きな制御を与えると考えられる。
【００４９】
しかし、水中での溶解によって最終製品からラクトース粒子を完全に取り除くことは可能である。なぜなら、溶解/除去（浸出）プロセスには特に時間制限がないからである。ラクトースを除去するために充分な時間で製品を水に浸すことに問題はない。もちろん、他の水溶性材料も粉末の成分として使用できる。これら物質の割合は望む孔部の特性等を最終製品で達成させるように選択できる。これら物質の数は特に制限しない。各タイプの粒子のサイズ並びにサイズ分布も異なることができる。立体印刷では層ごとにどのようなパラメータでも使用できる。
【００５０】
さらに、これはオプションであるが、粉末はさらに別な物質をも含むことができる。すなわち、水中で低溶解性または実質的に非溶解性であり、有機溶剤にも低溶解性または実質的に非溶解性であるような物質である。この物質は不溶性物質と呼ぶこともできる。そのような不溶性物質は、リン酸三カルシウム等のリン酸カルシウム類を含んだバイオセラミックス等のセラミックスを含む。これら物質は骨の内成長を助けるのに有効である。リン酸三カルシウム等の不溶性材料を含ませるか否かの選択は最終製品にその物質が望まれるか否かにかかる。
【００５１】
水溶性物質の粒子はそれぞれの粒子サイズと粒子サイズ分布とを有することができ、有機溶剤溶解性物質の粒子は自身独特なサイズとサイズ分布を有することができる。これは水溶性粒子のサイズとサイズ分布と同じであっても、違っていてもよい。さらに、もし不溶性粒子が存在すれば、それら粒子は独自のサイズとサイズ分布とを有することができ、他の粒子のサイズとサイズ分布とに関連性を有することができる。これらは立体印刷の各層間で変えることができる。
【００５２】
滅菌は製造プロセス全体との関係でいかなる手段並びに順序で実行してもよい。製造プロセス全体は、電子ビーム照射法、ガンマ線照射法、酸化エチレン手段等の最終減菌処理を含むことができる。
【００５３】
上記の製造ステップの完了後、得られた生体構造物に追加物質を融合することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
本発明を非制限的な以下の好適実施例を利用してさらに詳細に解説する。
【００５５】
本実施例では、本発明の水印刷溶剤蒸着融合法を利用して立体印刷されたポリマー構造の微小構造物を、溶解/再固化メカニズムを利用して、粉末床上に液体クロロホルムを排出することで得られた従来型立体印刷ポリマー構造の微小構造物と比較する。両方の粉末床は、最終生体製品に孔部を提供する助けとなるように後で浸出させる水溶性ポロゲンを含んでいた。
【００５６】
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、排出された液体クロロホルムを使用して従来式立体印刷によって製造された構造の微小構造物を図示する。この場合に使用された粉末は８０：２０のＮａＣｌ：ＰＣＬであり、倍率はそれぞれ１５０倍、２５０倍、６５０倍であった。
【００５７】
基本的なポリマー構造が存在する。これは膜４３２（図４Ｂ）の形態であり、ランダムに皺状であり、穿孔処理されているが連続的である。この基本ポリマー構造は液体クロロホルム内で完全に溶解またはほぼ完全に溶解し、クロロホルムの気化で現れる形状に再固化したポリマー材料のためであると考えられる。基本ポリマー構造として考えられる構造は恐らく、溶解と再固化が進行する時間中に図示の空間の一部を占領する浸出可能粒子によって決定された。さらにこの図では基本構造物に接着するが、基本ポリマー構造物４３２に完全には融合していない略球状粉末粒子４３０が図示されている。溶解進行時に、粉末床内での可能な液体移動及び再固化によって、そのような粒子はクロロホルム液によって、クロロホルムの気化で基本ポリマー構造物と接着するのに充分な程度に湿潤する。しかし、その粒子は完全に溶解して、構造物と一体となるように再固化するほどには充分に湿潤しない。
【００５８】
本発明の物品の微小構造物は図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃで図示されている（本発明の水印刷溶剤融合法で製造）。ここで使用された粉末は８０：２０のスクロース：ＰＣＬであった。立体印刷プロセス中に排出された液体は純水であった。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃではそれら物品をそれぞれ５０倍、１６０倍、９００倍の倍率で示す。
【００５９】
本発明の微小構造物では、実質的に全部のポリマーが膜２２２（図２Ｂ）の形態を有している。これはランダムに皺状であり、穿孔されているが連続的である。この基本ポリマー構造物はクロロホルムに曝露されると溶解し、あるいは軟化し、クロロホルムが除去されると現れる形状に再固化するポリマー材料で提供されると考えられる。基本ポリマー構造物として図示される構造物は恐らく、溶解と再固化が進行する際に、写真の空間の一部を占める浸出（水溶性）可能な粒子の表面形状と形状一致すると考えられる。
【００６０】
重要なことは、この図では、粉末が立体印刷前に準備されたときに有していた形態を維持した認知可能な粒子の形態のポリマーが本質的には存在しないことである。個々の粒子の形状からのこの完全な形態変更は、溶剤蒸気硬化の特性が全てのポリマー材料に充分なクロロホルムを吸収させ、完全に軟化させて拡散可能にし、軟化あるいは液化したポリマーは、均衡するまで、あるいは充分に拡散するまで水溶性構造物の表面に沿って膜形態になるためである。クロロホルム蒸気が除去されると、軟化して拡散したポリマーは硬化して図示の形状になる。
【００６１】
クロロホルム蒸気内に、これらの典型的な多孔質サンプル（最大１ｃｍから２ｃｍ）を数分間曝露するだけで充分である。これで溶剤蒸気融合あるいは膜形成が達成される。長い曝露時間でも有害ではないが、数分の曝露で充分である。
【００６２】
本実施例は、本発明の水印刷溶剤蒸気融合を利用して立体印刷されたポリマー構造のマクロ構造物を、溶解/再固化メカニズムを利用して粉末床へ液体クロロホルムを従来式に排出して製造した立体印刷されたポリマー構造のマクロ構造物と比較する。両粉末床は製品の生体構造物に孔部を提供する助けとなるように、後で浸出させる水溶性ポロゲンを含んでいた。
【００６３】
図１０は構造物の上面を示す。実際に、これら２画像は複雑な構造物の厳密に同一部分ではない。右側のサンプルは本発明のプロセスで印刷されており、ある種のスクリーン構造物である。左側のサンプルは従来の液体クロロホルムの排出で印刷されており、ある種の孔部集合体である。いずれにしろサイズは同じであり、２構造物間での鮮明度の比較は有効である。縁部のシャープさと鮮明度は本発明（右側）の構造物の方が優れている。
【００６４】
図１１（図１と同じ）はこれら２つの異なる方法で印刷された同じ特徴部の側面図である。左側の液体クロロホルムで印刷した従来のものよりも、右側の本発明の方が鮮明度と、非結合粉末の除去において勝っている。
【００６５】
図１２で示す次の実施例は純水バインダ液（右側）及び水中のスクロース溶液であるバインダ液（左）で同一種の粉末床にそれぞれ印刷を施したものを示す。スクロース溶液の印刷で得られる構造物は結合力が強く、純水での構造物は脆いと考えられる。スクロースの存在は立体印刷プロセス自体の間に進行する溶解への依存度を低くして結合力を提供し、粒子間の空隙がさらに良好に充填し、粒子間の互いへの接着を強力にすると考えられる。
【００６６】
スクロース溶液は純水とは異なる湿潤特性を有していると考えられている。スクロース溶液は粉末をさらに強力に再構築させる（粉末粒子は湿潤によってさらに強力に引き合う）と考えられる。すなわち、このように形成された初期の特徴部は粉末塊から少々離れるように引き、湿潤（印刷）領域と乾燥（非印刷）領域とを良好に区別する。よって、滲み現象が少なく、鮮明でシャープなエッジが得られ、構造的特徴においても優れている。
【００６７】
図１３Ａから図１３Ｅにかけて図示する次の実施例は、ポリマーや水溶性材料だけでなくリン酸三カルシウムをも含んだ粉末床への水性バインダ液による印刷を説明する。粉末の組成は２０％のＰＣＬ（ポリカプロラクトン）、２０％のＴＣＬ、６０％の糖であった。立体印刷後にプレフォームには溶剤蒸気融合が施された。溶剤蒸気融合処理後、糖は水で浸出された。異なる倍率で示された図１３Ａと図１３Ｂの物品は、容易に触感できる弾力性を有しており、骨の内成長を助けるリン酸三カルシウムを含有し、図１３Ａと図１３Ｂで図示するようにマクロチャンネル１３３０も含んでいる。図１３Ｃ、図１３Ｄ、図１３Ｅはそれぞれ倍率５５倍、４００倍、７５０倍で同一サンプルを図示している。
【００６８】
図１４で示す次の実施例は、溶剤蒸気融合とポロゲン技術が立体印刷以外の製造プロセスで使用できることを示している。
【００６９】
そのような発明に対して、互いに結合した有機溶剤不溶性粒子を含み、有機溶剤溶解性粒子をさらに含んだプレフォームを造る（ステップ１４５１）ことが必要である。例えば、バインダ物質をも含むであろう有機溶剤溶解性粒子と有機溶剤不溶性粒子は成型、鋳造等の手段で望む形状に形成され、材料の除去も含むことができる（切断）。
【００７０】
有機溶剤不溶性粒子は水溶性粒子を含むことができる。前述したように、水溶性粒子は、水中溶解性、吸水性等の特性によって選択される複数の物質を含むことができる。異なる成分は独自の粒子サイズと粒子サイズ分布を有するであろう。有機溶剤不溶性粒子は結合によって、あるいはバインダ物質によって互いに結合保持され、プレフォームを提供する。
【００７１】
有機溶剤不溶性粒子は不溶性粒子をも含むことができる。
【００７２】
プレフォームが最終的に形状化されると、プレフォームは、有機溶剤溶解性粒子が溶解する有機溶剤蒸気に曝露される（ステップ１４５２）。これは適した蒸気密度及び適した時間並びに適した他の関連パラメータ値で行われ、有機溶剤溶解性粒子の少なくとも一部を他の有機溶剤溶解性粒子と結合させる。プレフォームを有機溶剤のない環境に曝露することも可能であり（ステップ１４５４）、プレフォーム中の存在する有機溶剤を排出させることができる。
【００７３】
最後に、望むなら、水溶性物質を浸出させることができる（ステップ１４５６）。
【００７４】
図１５はを実施例６を示し、水ベース印刷バインダ及び溶剤膜形成または融合を利用し、立体印刷プロセスで提供されたグリッド形状の大型特徴部と、粉末と関連融合及び浸出ステップで提供された小型孔部（すべて小型特徴部）を図示する。
【００７５】
有機溶剤溶解性粒子の融合は、有機溶剤蒸気への曝露によって得られると解説してきた。確かにこれは有機溶剤溶解性物質（ポリマー）の融合を達成する方法ではあるが、唯一の方法ではない。
【００７６】
膜形成のための加熱について説明する。材料の膜化の第２方法として、結合プレフォームを適した温度に、適した時間だけ加熱し、水不溶性で加熱により膜形成できる材料の粒子を溶解または軟化させ、水溶性耐熱材料製の構造物の表面に沿って流し、膜を形成することは可能である。加熱膜形成に利用される温度はポリマーや有機溶剤溶解性材料内に存在する他の物質の熱劣化を回避するように選択できる。もし加熱膜形成材料が、活性薬剤成分のごとき生体活性物質をさらに含んでいれば、加熱膜形成温度はそれら物質へのダメージを回避するように選択される。加熱膜形成時間も充分な膜を得る観点で選択される。膜形成温度で、軟化あるいは液化した加熱膜形成材料は、前述した溶剤蒸気膜形成の場合と同様に合体する。プレフォームが低温に戻ると、加熱膜形成材料は硬化して新形状となる。
【００７７】
そのような加熱膜形成法の第１実施例に必要なものは、粒子材料内に、水等の液体溶剤に溶解性であるが、加熱条件下で軟化に対して抵抗性がある第１タイプの粉末と、溶剤不溶性であるが、加熱で膜形成できる第２粒子材料が存在することである。よって、液体溶剤により望む形状が粒子床内に印刷できる。これで、溶剤が接触した粒子の当初結合が提供されるが、不溶性粒子には提供されない。液体溶剤は水あるいはアルコールまたは無機溶剤あるいはいかなる溶剤であってもよい。緩い粒子は除去される。その後、全体が加熱膜形成材料の膜形成が発生する温度に加熱される。最後に、溶剤が再び適用されるが、その場合にはさらに多量に適用され、全ての溶剤溶解性材料を構造物から排除し、加熱膜形成材料だけを残す。勿論、もし溶剤が有機溶剤であれば、作業員にはそのような溶剤を使用する困難性が伴う。しかし、作業員は本発明の利点を享受することができる。すなわち、膜は一時的に形成された有機溶剤溶解性構造物の周囲に形成されるからである。
【００７８】
前記の２つのプロセス（溶剤蒸気膜形成と加熱膜形成）の両方を組み合わせて、あるいは前後に実施し、臨む材料の膜形成をすることは可能である。例えば、溶剤蒸気への曝露は充分に高温である温度で実行でき、有機溶剤溶解性で熱流動性である材料の軟化を促すこともできる。あるいは、溶剤蒸気を当初の軟化と流動性のために適用し、温度上昇によってさらなる流動性を与えることができる。あるいは、高温を最初に適用し、溶剤蒸気を後に適用してもよい。
【００７９】
超臨界ＣＯ２は、洗浄目的でハロゲン化炭化水素及び関連有機溶剤と置換できる溶解特性を有している。超臨界ＣＯ２はコーヒーや紅茶からカフェインを抽出するために広く使用されている。臨界温度（３１℃）と臨界圧（７２．８気圧）で、蒸気相と液相のＣＯ２は見分けがつかなくなり、得られる超臨界流体物質は溶解力が大きく増加し、溶解作用は圧力に大きく依存することが知られる。
【００８０】
ポリマーによっては超臨界二酸化炭素で溶解することは知られている。例えば、ＰＬＧＡは超臨界ＣＯ２で溶解する。本発明では、蒸気融合のために選択された物質は超臨界二酸化炭素のような非ハロゲン化物質を含むことができる。本発明の目的での超臨界ＣＯ２の使用は、クロロホルムや塩化メチレンのごとき細胞毒性材料に生体構造物を曝露させる必要性を緩和させる。さらに、蒸気融合ステップのためにクロロホルム、塩化メチレンまたは同様な有機溶剤が使用される場合でも、超臨界ＣＯ２での後処理が利用でき、残留溶剤レベルを低下させ、得られる生体構造物の安全性と効力とを高めることができる。
【００８１】
異なる溶剤と条件を利用した本発明の方法について説明する。前述の説明は、一般的に有機溶剤溶解性水不溶性材料を水溶性有機溶剤不溶性材料と共に利用する場合に関した。また、一般的に熱条件で劣化しない水溶性材料を、熱条件で軟化して膜形成する材料と共に使用する場合に関した。
【００８２】
本発明は、少なくとも２つの異なるタイプの粒子で成る結合プレフォームを提供することである。それら粒子の１つは第１溶剤または条件で溶解するが、第２溶剤または条件で溶解せず、他方はその反対で、第１溶剤または条件で不溶性であり、第２溶剤または条件で溶解するものである。実際に溶解性と不溶性はここでの一般的説明よりもさらに限定的である。第１粒子材料は第１溶剤または条件に、後処理に耐えるだけの十分な強度と一体性とを有した結合連結体を形成することで反応する必要がある。また、第２材料の粒子は形成された連結体に結合するものでなければならない。第２粒子材料は実質的に非反応性であり、第１溶剤または条件に対して無変化でなければならない。
【００８３】
また、第２溶剤または条件に対して、第１タイプの粒子により形成された連結体の表面と密着した膜を形成することで反応しなければならない。第１タイプの粒子は第２溶剤または条件に対して非反応で、結合状態に残り、無変化でなければならず、第２タイプの粒子が、流動性を有し、結合した第１粒子体を型として、あるいはテンプレートとして使用する膜を形成するようにしなければならない。第１タイプの粒子はさらに第１溶剤または条件に対して、または第２タイプの粒子がフィルムに形成された後に無変化でいられる第３溶剤または条件に対して、第１粒子の結合体が第１条件または第３条件に対して結合解除し、溶解し、あるいは溶解し、第２タイプの粒子から形成された膜だけを残すように振舞わなければならない。
【００８４】
以下記載の本発明の特徴の要旨は、“条件”なる用語を、溶剤（液体または蒸気）または熱などの他の環境条件を意味するように使用し、“反応”なる用語を、溶解性、または膜形成可能性を意味するように使用する。第１条件に反応し、第２条件に無反応である第１タイプの粒子と、第２条件に反応し、第１条件に反応しない第２タイプの粒子が混合することができる。第１条件は発動され、第１タイプの結合粒子から結合幾何学構造物が粒子集合物内に形成される。その構造物に第２タイプの粒子が結合する。結合しない粒子は取り除かれる。第２条件が発動され、第２タイプの粒子の膜が第１タイプの粒子の結合体の表面に密接して形成される。第１条件が、恐らくは異なる形態で再び発動される。例えば、第１条件の第１例は印刷された水であった。第１条件の次の例は水中に沈降することであった。あるいは、同一の現象を追及する代わりに、第２条件発動後に、第１タイプの粒子が反応する関連または別な条件を発動させることは可能である。いずれにしろ、第１タイプの粒子の結合体は除去される。
【００８５】
利用法あるいは適用法について説明する。本発明の物品は、骨の疾患の補修及び治癒のための代用骨として利用でき、脊柱ケージのごとき望む部位に骨を導入するための代理品として使用できる。身体内外の組織の成長のための組織基礎としても使用できる。物品の弾力性によって物品は狭い孔部に押入れることができ、弾力性による形状復元力によって孔部が充填される。例えば、この復元力によってインプラントと隣接骨または組織との間の継続接触性が提供される。これで計算された組織成長を促すことができる。また、圧縮可能な基礎部は曲げたり、巻いたり、押し縮めて特定箇所に便利に搬送できる。搬送後、閉じ込められた基礎部は膨張または広げられ、あるいは組織孔部の形状に形状化させることができる。これは最少限の外科処置で実施できる。すなわち、最少の皮膚開口部を介して物品を治療部に導入させるように物品のサイズを最小にできる。
【００８６】
この弾力性によって、疾患部への良好な密着性が提供でき、不都合な移動を制限できる。基礎部のフレキシビリティは、靭帯、胸部組織あるいは美容整形のごとき柔組織の再生に特に適している。
【００８７】
本発明の方法は、ネットワークまたは構造が有機溶剤にのみ溶解する材料を含み、ネットワークまたは構造が相当程度の幾何学的複雑性を含んだ多孔質物体（立体印刷によってのみ可能）の製造を可能にする。この方法はプリントヘッドからの有機溶剤の排出の必要性を排除する。そのような有機溶剤がクロロホルムの場合には、特徴部の精密サイズの達成に貢献することはなうい飽和パラメータでの印刷を必要とする。
【００８８】
本発明のプロセスは立体印刷機械の作動領域全体をクロロホルム等の有機溶剤に曝露する必要性を排除し、プリントヘッド液排出システムがクロロホルム等の有機溶剤を扱うように設計する必要性を排除する。本発明のプロセスでは、印刷パラメータは主として水ベースのバインダ液で印刷できる水溶性粉末の特性によって決定される。
【００８９】
本発明の別特徴は、立体印刷物からポリマー融合物を分離させることである。組織学研究では多くのポリマーが基礎部としての利用性に関して実験されている。立体印刷では、調整と最良化は使用する特定ポリマーや溶剤及び印刷条件に合わせて行わなければならない。
【００９０】
溶剤融合で、ポリマーの構造物への融合は立体印刷とは別に起きる。すなわち、立体印刷プロセスは有機溶剤不溶性粉末成分（糖類と塩類）並びにそれらのバインダ液（純水等）の特性と組成に基づいて標準化できる。立体印刷プロセスはポリマーの変更のたびに変更する必要はない。なぜなら、ポリマーは立体印刷において主導的役割を必ずしも果たさないからである。すなわち、ポリマーは立体印刷プロセス中に大きな物理的または化学的変化を起こさない。ポリマーの大きな物理的変化は後のステップにおいて、かなり単純なセッティングにより別に起きる。蒸気溶剤融合プロセスに影響を及ぼす主たる変動要因は、溶剤蒸気への曝露時間である。後で溶解する水溶性粒子の使用はサイズが制御された孔の創出を助ける。特に多孔質物体の提供に有用である。特に、一方が他方よりも弱水溶性である水溶性粒子同士の混合は孔部の創出のためにテンプレートとして弱水溶性である方の粒子サイズの保存に有効である。一般的に、溶解/再固化状況では、孔部の創出のためにテンプレートとして粒子サイズを保存することは困難である。
【００９１】
本発明の物品は骨補修用インプラントとして使用できる。本発明の物品は骨の成長に有用な幾何学的特徴を有している。この物品（製品）は耳穴に押し込んで挿入するフォーム状耳栓と同様に押し込んでフィットさせることができる。孔部サイズスケールあるいはマクロスコープの無ポリマー特徴部のサイズスケールのどのような空隙部も、成長要因、細胞、活性薬剤等を含んだ有用な生体物質を含むことができる。
【００９２】
以上、本発明の多くの技術と特徴を説明した。特に解説が施されていなくとも、専門家であればこれら技術は他の組み合わせでも同様に利用できることを理解しよう。
【００９３】
前述の説明は本発明を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明の範囲内で実施例の様々な変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】は、ひどく滲んだ立体印刷構造物のデジタル画像を左側に示し、軽く滲んだ立体印刷構造物のデジタル画像を右側に示す。
【図２Ａ】は、本発明の蒸気膜形成法で製造され、８０％の糖類と２０％のＰＣＬの粉末混合物を有した物体の倍率５０の走査電子顕微鏡によるデジタル画像である。
【図２Ｂ】は、図２Ａで示す物体の倍率１６０のデジタル画像である。
【図２Ｃ】は、図２Ａで示す物体の倍率９００のデジタル画像である。
【図３Ａ】は、本発明の蒸気膜形成法で製造され、７０％の糖類と３０％のＰＣＬの粉末混合物を有した物体の倍率５５の走査電子顕微鏡によるデジタル画像である。
【図３Ｂ】は、図３Ａで示す物体の倍率２５０のデジタル画像である。
【図３Ｃ】は、図３Ａで示す物体の倍率９００のデジタル画像である。
【図４Ａ】は、従来技術方法の液体クロロホルム印刷で製造され、８０％の糖類と２０％のＰＣＬの粉末混合物を有した物体の倍率１５０の走査電子顕微鏡によるデジタル画像である。
【図４Ｂ】は、図４Ａで示す従来物体の倍率２５０のデジタル画像である。
【図４Ｃ】は、図４Ａで示す従来物体の倍率６５０のデジタル画像である。
【図５】は、本発明の方法に従って作成できる８種類の幾何学構造物の概略図である。
【図５Ａ】は、０．６ｍｍ孔部と０．６ｍｍ柱部とを備えた第１ワッフル型である。
【図５Ｂ】は、０．６ｍｍ孔部と０．６ｍｍ柱部とを備えた第２ワッフル型である。
【図５Ｃ】は、０．５ｍｍ孔部と０．５ｍｍ柱部とを備えた第１ワッフル型である。
【図５Ｄ】は、１ｍｍ柱部を備えた３つの第１ワッフル型要素と、０．５ｍｍ柱部を備えた２つの第２ワッフル型要素による構造物である。
【図５Ｅ】は、１ｍｍ孔部と０．５ｍｍ柱部とを備えた第２ワッフル型である。
【図５Ｆ】は、０．７５ｍｍ孔部と０．７５ｍｍ柱部（５０％）とを備えた第２ワッフル型である。
【図５Ｇ】は、１ｍｍ孔部と０．５ｍｍ柱部とを備えた第１ワッフル型である。
【図５Ｈ】は、０．５ｍｍ孔部と０．５ｍｍ柱部とを備えた第２ワッフル型である。
【図６】は、本発明の立体印刷蒸気膜形成法の１実施例の製造ステップを示す工程図である。
【図７】は、本発明の製造方法で使用するプレフォームの概略断面図であり、同タイプの他の粒子（非陰影）に接着する第１タイプの粒子材料が図示されており、さらにそこには第２タイプの粒子（陰影）も接着している。
【図８】は、図７で示すプレフォームの概略断面図であり、第２タイプの結合粒子材料が膜化され、第１粒子材料の接着構造物の立体外部形状に沿って流れている。
【図９】は、図８で示すプレフォームの概略断面図であり、第１タイプの粒子材料は、例えば溶剤で除去されており、膜を形成する第２タイプの粒子材料は残っている。
【図１０】は、２つの類似部分のデジタル画像であり、左側は液体クロロホルムの従来式排出により製造されたものであり、右側は本発明の製造方法により製造されたものである。
【図１１】は、２つの異なる製造方法で印刷加工された同一特徴部のデジタル画像であり、左側は液体クロロホルムで印刷加工されたものであり、右側は本発明の溶剤蒸気膜形成法により水で印刷加工され、溶剤蒸気膜形成融合によって提供されたものである。
【図１２】は、類似部分の同一特徴部のデジタル画像であり、右側に水印刷加工物を示し、左側にスクロース溶液印刷加工物を示すデジタル画像であり、両方ともスクロースを含有する粉末に対する印刷加工であり、いずれも蒸気膜形成されてはいない。
【図１３Ａ】は、２０％のポリカプロラクトン（ＰＣＬ）、２０％のリン酸三カルシウム（ＴＣＰ）、及び６０％の糖で成る粉末床に水性バインダ（純水）を印刷加工することで提供された部分のデジタル画像である。
【図１３Ｂ】は、図１３Ａで示す部分の拡大デジタル画像である。
【図１３Ｃ】は、図３Ａで示す部分の倍率５５の電子顕微鏡デジタル画像である。
【図１３Ｄ】は、図３Ａで示す部分の倍率４００の電子顕微鏡デジタル画像である。
【図１３Ｅ】は、図３Ａで示す部分の倍率７５０の電子顕微鏡デジタル画像である。
【図１４】は、立体印刷法以外の方法で提供されたプレフォームを使用した本発明の製造方法を示す工程図である。
【図１５】は、大型特徴部と小型孔部を示すデジタル画像である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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