(57)【要約】  本発明は、プリンタ１のマイクロ流体プリント・ヘッド６であって、ヘッド６が遠位面１９と、基板４０上にインクを噴射する噴射流路１４と呼ばれる少なくとも１つの第１の流路であって、その噴射流路１４が噴射開口と呼ばれる第１の開口を通って遠位面１９に通じている、第１の流路と、インクを吸引する吸引流路１５と呼ばれる少なくとも１つの第２の流路であって、とりわけ、吸引流路１５は、吸引開口と呼ばれる第２の開口によって遠位面１９に通じている、第２の流路と、遠位面１９に画定される溝であって、吸引開口が通じている溝と、少なくとも１つの光源９又は光源９によって放射された光を伝送する光学導波路１７とを有するマイクロ流体プリント・ヘッド６に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリンタ（１）のマイクロ流体プリント・ヘッド（６）であって、
前記ヘッド（６）が、遠位面（１９）と、
基板（４０）上にインクを噴射するための噴射流路（１４）と呼ばれる少なくとも１つの第１の流路であって、前記噴射流路（１４）は、噴射開口（２０）と呼ばれる第１の開口を通って前記遠位面（１９）に通じている、第１の流路と、
前記インクを吸引するための吸引流路（１５）と呼ばれる少なくとも１つの第２の流路であって、とりわけ、前記吸引流路（１５）は、吸引開口（２１）と呼ばれる第２の開口を通って前記遠位面（１９）に通じしている、第２の流路と、
前記遠位面（１９）に画定される溝であって、そこに前記吸引開口（２１）が通じている、溝（３１）と、
少なくとも１つの光源（９）又は光源（９）によって放射された光を伝送するための光学導波路（１７）と
を有すること、及び
前記光源（９）又は前記光学導波路（１７）は、前記遠位面（１９）上に位置する照明ゾーン（２２）上に光ビームを投影することができ、前記照明ゾーン（２２）は次いで、その前記遠位面（１９）から光ビームを投影することができること
を特徴とする、プリント・ヘッド（６）。
【請求項２】
本体（２３）と、前記本体（２３）上に設けられたエンド・ピース（２４）とを有し、前記エンド・ピース（２４）が、前記噴射開口（２０）、前記吸引開口（２１）、前記溝（３１）及び前記照明ゾーン（２２）を有している、請求項１に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項３】
前記本体（２３）が、前記噴射開口（２０）、前記吸引開口（２１）、及び前記照明ゾーン（２２）と向かい合ってそれぞれ位置する前記噴射流路（１４）、前記吸引流路（１５）、及び前記光源（９）又は前記光学導波路（３９）を有している、請求項２に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項４】
前記エンド・ピース（２４）が透明材料で、好ましくはポリジメチルシロキサンエラストマで作製されている、請求項２又は３に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項５】
前記溝（３１）が、前記エンド・ピース（２４）の長手方向軸線に沿って深さ方向に延びており、かつ前記照明ゾーン（２２）を取り囲む形状を有している、請求項２から４までのいずれか一項に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項６】
前記溝（３１）が、１８０°〜３４０°の範囲内の角度領域、好ましくは３２０°の角度領域にしたがって前記エンド・ピース（２４）の周囲にわたって延びている、請求項２から５までのいずれか一項に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項７】
前記溝（３１）が、実質的に一定な径方向幅であって、２０μｍ〜５００μｍの、好ましくは１００μｍ〜３００μｍの範囲内の径方向幅を有している、請求項１から６までのいずれか一項に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項８】
前記遠位面（１９）と前記溝（３１）内に位置するより深い点との間で測定される前記溝（３１）の軸方向深さが２０μｍ〜５００μｍ、好ましくは１００μｍ〜３００μｍの範囲である、請求項１から７までのいずれか一項に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項９】
前記溝（３１）の前記深さが実質的に一定である、請求項１から８までのいずれか一項に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項１０】
前記照明ゾーン（２２）が、５μｍ〜５００μｍの範囲内の直径を有している、請求項１から９までのいずれか一項に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項１１】
前記噴射開口（２０）及び前記吸引開口（２１）が、２０μｍ〜１ｍｍの範囲内の直径を有している、請求項１から１０までのいずれか一項に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項１２】
前記照明ゾーン（２２）が、前記遠位面（１９）から５０μｍ〜５００μｍの範囲内の距離、好ましくは１００μｍの距離だけ突出するプラットフォーム（５４）を有している、請求項１から１１までのいずれか一項に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項１３】
前記エンド・ピース（２４）が、前記エンド・ピース（２４）の周囲にわたって延びる環状クラウン（５７）を有し、前記クラウンは前記遠位面（１９）から突出している、請求項１から１２までのいずれか一項に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項１４】
前記エンド・ピース（２４）が、前記噴射開口（２０）と前記プラットフォーム（５４）との間に配置された前キャビティ（５５）、及び前記プラットフォーム（５４）と前記吸引開口（２１）との間に配置された後キャビティ（５６）を有する、請求項１３に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項１５】
前記溝（３１）が、変化する軸方向深さを有する、請求項１から７までのいずれか一項に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項１６】
前記クラウンが、前記クラウン（５７）を拡張する環状縁（５８）を有し、前記環状縁（５８）は、前記吸引開口（２１）及び／又は前記噴射開口（２０）と部分的に重なるように前記プラットフォーム（５４）の方向に向けられている、請求項１３に記載のプリント・ヘッド（６）。
【請求項１７】
プリンタ（１）であって、
少なくとも１つのインク・リザーバ（２）と、
前記インク・リザーバ（２）を加圧することができる少なくとも１つの噴射ポンプ（３）と、
前記インク・リザーバ（２）に流体連結されるディストリビュータ（４）であって、前記インク・リザーバ（２）から収集された前記インクの流量を制御することができるディストリビュータ（４）と、
動くことが可能なロボット・アーム（５）又は動くことが可能なロボット・ベースと、
前記プリンタ（１）がロボット・アーム（５）を有する場合は前記ロボット・アーム（５）に取り付けられ、又は前記プリンタ（１）がロボット・ベースを有する場合は前記プリンタの固定支持体上に取り付けられる請求項１から１１までのいずれか一項に記載の少なくとも１つのプリント・ヘッド（６）であって、前記少なくとも１つのプリント・ヘッド（６）は、そこにインクを供給するために前記ディストリビュータ（４）に流体連結され、また前記少なくとも１つのプリント・ヘッド（６）は、インクを基板（４０）上に噴射することができる、少なくとも１つのプリント・ヘッド（６）と、
前記プリント・ヘッド（６）によって噴射された前記インクを吸引するために、前記プリント・ヘッド（６）に流体連結される吸引手段（７）と、
前記吸引手段（７）に流体連結されて前記吸引されたインクを貯蔵する吸引リザーバ（２）と、
前記プリント・ヘッドが光源（９）を有していない場合、前記インクを前記プリント・ヘッド（６）の高さで重合させることができる少なくとも１つの光源（９）と、
前記噴射ポンプ（３）、前記ディストリビュータ（４）、前記ロボット・アーム（５）、又は、場合により前記ロボット・ベース、前記吸引手段（７）及び前記光源（９）を制御する、接続されたコンピュータ・ユニットと
を有することを特徴とする、プリンタ（１）。
【請求項１８】
プリンタ（１）によって印刷する方法であって、
前記プリンタ（１）が、
少なくとも１つのインク・リザーバ（２）と、
前記インク・リザーバ（２）を加圧することができる少なくとも１つの噴射ポンプ（３）と、
前記インク・リザーバ（２）に流体連結されるディストリビュータ（４）であって、前記インク・リザーバ（２）から収集された前記インクの流量を制御することができるディストリビュータ（４）と、
動くことが可能なロボット・アーム（５）又は動くことが可能なロボット・ベースと、
前記プリンタ（１）がロボット・アーム（５）を有する場合は前記ロボット・アーム（５）に取り付けられ、又は前記プリンタ（１）がロボット・ベースを有する場合は前記プリンタの固定支持体上に取り付けられる請求項１から１１までのいずれか一項に記載の少なくとも１つのプリント・ヘッド（６）であって、前記少なくとも１つのプリント・ヘッド（６）は、前記少なくとも１つのプリント・ヘッド（６）にインクを供給するために前記ディストリビュータ（４）に流体連結され、また前記少なくとも１つのプリント・ヘッド（６）は、インクを基板（４０）上に噴射することができる、少なくとも１つのプリント・ヘッド（６）と、
前記プリント・ヘッド（６）によって噴射された前記インクを吸引するために、前記プリント・ヘッド（６）に流体連結される吸引手段（７）と、
前記吸引手段（７）に流体連結されて前記吸引されたインクを貯蔵する吸引リザーバ（２）と、
前記プリント・ヘッドが光源（９）を有していない場合、前記インクを前記プリント・ヘッド（６）の高さで重合させることができる少なくとも１つの光源（９）と、
前記噴射ポンプ（３）、前記ディストリビュータ（４）、前記ロボット・アーム（５）、又は、場合により前記ロボット・ベース、前記吸引手段（７）及び前記光源（９）を制御する、接続されたコンピュータ・ユニット（１０）と
を有している、印刷方法において、
前記方法が、前記コンピュータ・ユニット（１０）内のコンピュータ・プログラムによって実施され、前記方法は、
前記プリント・ヘッド（６）によって、浸漬された基板（４０）上に少なくとも１種類のインクを噴射するステップと、
前記インクを前記プリント・ヘッド（６）を通して吸引するステップと、
前記少なくとも１つの光源（９）によって、噴射された前記インクを重合させるステップと
を含み、
これらのステップが、印刷時間の少なくとも一部で同時に実施されることを特徴とする、印刷方法。
【請求項１９】
前記ロボット・アーム（５）を少なくとも１つの空間方向に動かすステップを含む、請求項１８に記載の印刷する方法。
【請求項２０】
前記ロボット・ベースを少なくとも１つの空間方向に動かすステップを含む、請求項１８に記載の印刷する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオプリンティングの分野に関し、より詳細には、プリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオプリンティングは、医学を大きく進歩させることができる。これらの進歩のうちとりわけ、例えば皮膚又は骨の構造体として、インプラントの生成、又は細胞及び細胞外基質で出来た生物の構造体の生成を挙げることができる。
【０００３】
現在、バイオプリンティングは、主に医学的研究で使用されている。バイオプリンティングは、一定の病状を起こす仕組みの診断及び分析にとって有用な細胞培養及び生物の組織モデルの微小環境の生成を可能にする。科学者らは既にそれを使用して、特に腫瘍細胞又は幹細胞の進化を研究している。これにより、科学者らは、細胞の進化、特に癌細胞の進化をより良く理解し、より良い癌の治療及び人類を癌から守ることができるようになる。
【０００４】
癌細胞は、数あるとりわけ一例として、空間的に不均一な３次元微小環境を必要とすることが定着している。この微小環境の構成要素は、物理的（トポロジ、機械的特性など）、化学的（細胞外基質の合成、生化学的要因の集結など）及び空間的（組織を作り上げる様々な細胞の種類の分布など）である。バイオプリンティングでは、生理学的３次元微小環境が再構築されて、生成された組織の長期の機能性も確保しながら、細胞増殖及び分化過程の制御を可能にする。
【０００５】
究極的には、科学者らの向かっている目標は、機能的で、バイオメトリックな、インプラント細胞モデルの生成である。例えば、これらは、再生医療の目的のための「バイオプリントされた」器官であってもよい。これらは、模造したものであり、又は病変状態ではないものであり、医薬用途又は治療用途に使用され得る機能的細胞である。
【０００６】
現在、いくつかの技術がバイオプリンティングに使用されている。しかし、これらの技術はすべて、特に科学者らにとって制限となる欠点を有する。
【０００７】
以下の説明では、「インク」という用語は、ポリマ又はハイドロゲル又はポリマとハイドロゲルとの混合物を含み、生細胞を含んだり含まなかったり、タンパク質、ＤＮＡ、酸類、アルカリ、糖類、増殖因子、ペプチド類、標識形質、荷電粒子、分子及びコロイドなどの追加の分子を含んだり含まなかったりする感光性材料を説明するために使用される。
【０００８】
第１の技術は、マイクロ押し出し技術である。この技術は、１つ又は複数のプリント・ヘッドを用いて構成される。各ヘッドは、ノズルを通じた押し出しによって生成されるハイドロゲル繊維を堆積することができ、この繊維は、ノズルの直径に基づいて変動する直径を有する。これらの繊維は、３次元構造体を生成するように、連続的に並べられ、重ねられる。このハイドロゲルは、植菌することができるが、細胞を接種できない。ある単一材料の場合、培養支持体として機能する構造体の印刷の後、一般に、構造体表面に堆積した細胞懸濁液中に浸漬する。インクはマイクロシリンジを通して押し出され、針によって堆積される。この技術には、複数の欠点がある。第１に、針のサイズが、実現した構造体の解像度を決定する。針は、所与の直径、一般に１００μｍの直径を有し、したがって、約１００μｍという同様の解像度に材料プリンティングができる。さらに、繊維の押し出し軸の解像度は、制御が難しく、ノズルの直径ではなく、フロー制御によって決められるので、一般に１００μｍより大きい。この技術は、大きな問題、すなわち解像度を増やすために針の直径が細くなると、押し出し工程の期間中、せん断応力が増し、今度はゲルの特性を損なうか、押し出し材の中（インクの中）におそらく存在する細胞の生存能力を低減させるという問題に直面している。移動の間に細胞に及ぼされるせん断応力は、特に針が細すぎる場合、かつ／又は押し出し速度が過度な場合に、有害であり得る、すなわち、アポトーシスを増加させる。さらに、この技術は、比較的長い印刷時間を伴う。不均一な組織（構造体）の生成、すなわち異なるインクの連続使用を伴うことは面倒であり得ることにも留意されたい。複数のインクの印刷は、それぞれが印刷されるインクを含むいくつかの押し出しヘッドの連続使用及びその整列に置き換えることができる。それらの相対的濃度を調製するため押し出し中これらの材料を混合することは不可能である。さらに、この方法の制限された解像度（１００μｍ、すなわち細胞の１０倍の大きさ）では、印刷された構造体の組織の正確な制御はできない。
【０００９】
第２の技術は、インクジェット技術である。インクジェット技術は、ミクロのインクの液滴を噴霧するプリント・ヘッドからなる。この技術は、およそ５０マイクロメートルの解像度であり、印刷中、細胞の生存能力を維持するために取る必要がある十分な処置を必要とする。実際、ミクロの液滴を生成するために使用されるデバイスは、細胞の生存能力を損なう可能性がある著しい温度上昇と共にせん断応力及び圧縮応力を引き起こすサーマル又は圧電効果に基づいている。
【００１０】
第３の技術は、レーザ援用転写印刷技術である。この技術は、金属蒸着スライド上にインクの膜を堆積することからなる。この印刷技術では、レーザは、インクを堆積する面と逆の面に、ミラーで方向付けされ、スライドに当たる前にレンズで集束される。この技術は、１マイクロメートルという正確さを達成する。このレーザ援用印刷技術には欠点がある。これらの欠点のなかでも、生成された構造物が、３次元構造体を生成するようになると、崩れやすくなり、特に中空構造体又は高アスペクト比を有する固体構造体が要求される場合、すなわち複雑な形状の構造体の場合にそうである。さらに、不均一な組織は、各インクに対して異なるスライドを連続的に用いる必要があるため、特に生成が難しい。この技術では、各スライドは１種類の細胞を含む。レーザが細胞に当たると、細胞は放出され、基板上に堆積する。異なる細胞を加えるため、及び不均一な組織を生成するため、別のスライドを使うことが必要で、問題のスライドが完璧に整列することを確実にしながら、その上に別の種類の細胞を堆積する。これは、面倒であり、（繰り返される）スライド操作が必要なため、達成が困難な精度が要求される。不均一な組織は、異なる細胞、異なる細胞外基質及び／又は異なる生体分子で作製される構造体である。
【００１１】
組織を生成するため、組織の不均一性（異質性）は、個々の細胞の縮尺で再現する必要があることにもさらに留意されたい。この不均一性には、細胞及びその空間位置の種類、種の濃度及びその空間的濃度、細胞外基質の種類、その空隙率、その物理化学的機械的特性、及びこれらの特性の空間的分布が含まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、これらの欠点のうちの少なくとも１つを克服することを目的とする。
【００１３】
本発明の１つの目的は、少なくとも１００マイクロメートル未満、好ましくは５０マイクロメートル未満、より好ましくは２０マイクロメートル未満の解像度を維持しながら、不均一な組織を生成することができるプリンタのマイクロ流体プリント・ヘッドを提案することである。
【００１４】
別の目的は、要求に応じて、１つ又は複数の種類のインクで作製された構造体を印刷することができるプリンタを提供することである。
【００１５】
別の目的は、インクの流れをリアルタイムで制御して、注意深く調整されたインクの合成を用いて混合物を生成することができるプリンタを提供することである。
【００１６】
別の目的は、使用するインクの量を最小化するプリンタを提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、少なくとも１００マイクロメートル未満、好ましくは５０マイクロメートル未満、より好ましくは２０マイクロメートル未満の解像度を維持しながら、３つの空間方向に印刷することができるプリンタを提供することである。
【００１８】
別の目的は、紫外線、可視光線及び赤外線を含む、様々な波長で印刷することができるプリンタを提供することである。
【００１９】
別の目的は、異なる解像度で印刷することができるプリンタを提供することである。
【００２０】
別の目的は、印刷速度を最適化するために、様々な解像度で印刷することができるプリンタを提供することである。
【００２１】
別の目的は、いくつかの種類のインクを使用しながら印刷することができるプリンタを提供することである。
【００２２】
別の目的は、印刷工程を通して培養媒体内に浸漬された構造体を維持しながら、印刷することができるプリンタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
この目的を達成するために、本発明は、第１に、プリンタのマイクロ流体プリント・ヘッドを提供し、このヘッドは、遠位面と、
基板上にインクを噴射する噴射流路（噴射チャネル）と呼ばれる少なくとも１つの第１の流路であって、噴射流路が、噴射開口と呼ばれる第１の開口を通って遠位面に通じる、少なくとも１つの第１の流路と、
インクを吸引する吸引流路と呼ばれる少なくとも１つの第２の流路であって、とりわけ、吸引流路は、吸引開口と呼ばれる第２の開口を通って遠位面に通じる、少なくとも１つの第２の流路と、
遠位面に画定される溝であって、吸引開口が通じる、溝と、
少なくとも１つの光源又は光源によって放射された光を伝送する光学導波路と、
を備え、
光源又は光学導波路は、遠位面に位置する照明ゾーンへ光ビームを投射することができ、照明ゾーンは、その遠位面からの光ビームを投射することができる。
【００２４】
いくつかの追加の特徴が、単独で又は組み合わせとして、加えられ得る。
プリント・ヘッドは、本体及び本体に備えられたエンド・ピースを含み、エンド・ピースは、噴射開口、吸引開口、溝及び照明ゾーンを含む。
本体は、噴射流路、吸引流路及び光源又は光学導波路を備え、それぞれ噴射開口、吸引開口及び照明ゾーンの反対側に位置する。
エンド・ピースは、透明材料、好ましくはポリジメチルシロキサンエラストマで作製される。
溝の奥行き（深さ）は、エンド・ピースの長手方向軸線に沿って延び、溝は、照明ゾーンを囲む形状を有する。
溝は、１８０°〜３４０°に及び、好ましくは３２０°の角度領域に従って、エンド・ピース（２４）の周囲にわたって延びる。
溝は、実質的に一定であり、２０μｍ〜５００μｍに及び、好ましくは１００μｍ〜３００μｍに及ぶ径方向幅を有する。
遠位面と、２０μｍ〜５００μｍに及び、好ましくは１００μｍ〜３００μｍに及ぶ溝内に位置するより深い点との間に測定された溝の軸方向奥行き
溝の奥行きは、実質的に一定である。
照明ゾーンは、５μｍ〜５００μｍに及ぶ直径を有する。
噴射開口及び吸引開口は、２０μｍ〜１ｍｍに及ぶ直径を有する。
照明ゾーンは、５０μｍ〜５００μｍに及ぶ距離、好ましくは１００μｍの距離だけ遠位面から突出するプラットフォームを含む。
エンド・ピースは、前記ノズルの周囲に延びる環状クラウンを備え、クラウンは、遠位面から突出する。
エンド・ピースは、噴射開口とプラットフォームとの間に配置された前キャビティ、及びプラットフォームと吸引開口との間に配置された後キャビティを含む。
溝は、可変軸方向奥行きを有する。
クラウンは、クラウンを延伸する環状縁を含み、前記環状縁は、環状縁が吸引開口及び／又は噴射開口と部分的に重なるようにプラットフォームの方向に向けられる。
【００２５】
第２に、本発明は、
少なくとも１つのインク・リザーバと、
インク・リザーバを圧力下に置くことができる少なくとも１つの噴射ポンプと、
インク・リザーバに流体連結されるディストリビュータであって、インク・リザーバから収集されたインクの流量を制御することができるディストリビュータと、
移動することが可能なロボット・アーム又は移動することが可能なロボット・ベースと、
プリンタがロボット・アームを備える場合、ロボット・アームに取り付けられる、上述したような少なくとも１つのプリント・ヘッド、又はプリンタがロボット・ベースを備える場合、プリンタの固定支持体上に取り付けられる前記少なくとも１つのプリント・ヘッドであって、少なくとも１つのプリント・ヘッドは、ディストリビュータに流体連結されて、インクを少なくとも１つのプリント・ヘッドに供給し、少なくとも１つのプリント・ヘッドは、インクを基板上に噴射することができる、少なくとも１つのプリント・ヘッドと、
プリント・ヘッドによって噴射されるインクを吸引するために、プリント・ヘッドに流体連結される吸引手段と、
吸引手段に流体連結されて吸引されたインクを格納する吸引リザーバと、
プリント・ヘッドが光源を含まない場合、プリント・ヘッドの高さでインクを重合することができる少なくとも１つの光源と、
噴射ポンプ、ディストリビュータ、ロボット・アーム、又は、場合によっては、ロボット・ベース、吸引手段及び光源を制御する、接続されたコンピュータ・ユニットと
を備えるプリンタを提供する。
【００２６】
第３に、本発明は、
少なくとも１つのインク・リザーバと、
インク・リザーバを圧力下に置くことができる少なくとも１つの噴射ポンプと、
インク・リザーバに流体連結されるディストリビュータであって、インク・リザーバから収集されたインクの流量を制御することができるディストリビュータと、
移動することが可能なロボット・アーム又は少なくとも１つの移動することが可能なロボット・ベースと、
プリンタがロボット・アームを備える場合、ロボット・アームに取り付けられ、又はプリンタがロボット・ベースを備える場合、プリンタの固定支持体上に取り付けられる、上述したような少なくとも１つのプリント・ヘッドであって、少なくとも１つのプリント・ヘッドは、ディストリビュータに流体連結されて、インクをディストリビュータに供給し、少なくとも１つのプリント・ヘッドは、インクを基板上に噴射することができる、少なくとも１つのプリント・ヘッドと、
プリント・ヘッドによって噴射されるインクを吸引するために、プリント・ヘッドに流体連結される吸引手段と、
吸引手段に流体連結されて吸引されたインクを格納する吸引リザーバと、
プリント・ヘッドが光源を含まない場合、プリント・ヘッドの高さでインクを重合することができる少なくとも１つの光源と、
噴射ポンプ、ディストリビュータ、ロボット・アーム、又は、場合によっては、ロボット・ベース、吸引手段及び光源を制御する接続されたコンピュータ・ユニットと
を備えるプリンタを使用する印刷方法を提供し、
本方法は、コンピュータ・ユニット内のコンピュータ・プログラムによって実施され、
プリント・ヘッドによって、浸漬された基板上に少なくとも１つ種類のインクを噴射するステップと、
プリント・ヘッドを通してインクを吸引するステップと、
少なくとも１つの光源によって、噴射されたインクを重合するステップと
を含み、
これらのステップは、印刷時間の少なくとも一部の期間に同時に実施される。
【００２７】
いくつかの追加の特徴が、単独で又はその組み合わせとして、加えられ得る。
本印刷方法は、少なくとも１つの空間方向に、ロボット・アームを移動させるステップを含む。
本印刷方法は、少なくとも１つの空間方向に、ロボット・ベースを移動させるステップを含む。
【００２８】
本発明のその他の特徴及び利点は、実例として提供される添付の図面を参照して、以下の説明において説明される、本発明は、それらの実例に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるプリンタの概略図である。
【図２】図１のプリンタのプリント・ヘッドの端部の概略図である。
【図３】プリント・ヘッドのエンド・ピースの斜視図である。
【図４ａ】プリント・ヘッドのエンド・ピース及びプレートの斜視図である。
【図４ｂ】図４ａの３次元平面ＩＶｂ−ＩＶｂによる断面図である。
【図４ｃ】一実施例のバージョンによるエンド・ピースの２次元図である。
【図４ｄ】図４ｃのエンド・ピースの斜視図である。
【図４ｅ】図４ｄ平面ＩＶｅ−ＩＶｅによる断面図である。
【図４ｆ】別の実施例のバージョンによるエンド・ピースの斜視図である。
【図４ｇ】図４ｆの平面ＩＶｇ−ＩＶｇによる断面図である。
【図５】粒子の動きを示す実画像である。
【図６】エンド・ピースの２次元概略図である。
【図７】本発明によるプリント・ヘッドによって印刷された壁の概略図である。
【図８】２次元の印刷壁を示す実画像の上面図である。
【図９】２次元の印刷壁を示す実画像の上面図である。
【図１０】２次元の印刷壁を示す別の実画像の上面図である。
【図１１】３次元の印刷壁を示す別の実画像である。
【図１２】一実施例のバージョンによるプリンタの概略図である。
【図１３】エンド・ピースの一実施例のバージョンの２次元概略図である。
【図１４】エンド・ピースの一実施例のバージョンの２次元概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、プリンタ１の概略図である。
プリンタ１は、
少なくとも１つのインク・リザーバ２と、
インク・リザーバ２を圧力下に置くことができる少なくとも１つの噴射ポンプ３と、
ディストリビュータ４と、
ロボット・アーム５と、
プリント・ヘッド６と、
吸引手段７と、
吸引リザーバ８と、
プリント・ヘッド６に一体化することができる、又は一体化しなくてもよい少なくとも１つの光源９と、
コンピュータ・ユニット１０と、を備える。
【００３１】
Ｘ、Ｙ、Ｚ三面体が定義され、そのＸ軸は、ロボット・アーム５の第１の水平変位方向を表し、軸Ｘに対して垂直な軸Ｙは、第２の水平変位方向を表し、軸Ｘ及びＹに垂直な軸Ｚは、垂直変位方向を表す。軸Ｘ、Ｙ及びＺは、平面ＸＹ、ＸＺ及びＹＺを画定する。
【００３２】
図１に示す実施例では、プリンタ１は、４つのインク・リザーバ２を備える。各リザーバ２は、異なるインクを包含する。
【００３３】
インクの数、したがって、リザーバ２の数は、特定の要件に、すなわち、印刷される構造体の不均一性（異質性）に基づいて、適合され得る。
【００３４】
各リザーバ２は、ディストリビュータ４に供給流路１１によって流体連結される。
【００３５】
ディストリビュータ４は、供給流路１１の数に等しい複数のバルブ１２を含む。各バルブ１２は、供給流路１１を開閉することができる。ディストリビュータは、印刷のニーズに基づいて供給流路１１を開閉することができる。バルブ１２は、オン／オフ型とすることができる。すなわち、バルブ１２は、開かれるか、又は閉じられるか、２つのうちのどちらかである。これらのバルブ１２はまた、変動させることができる開型であってもよい。この場合、それらを使用して、ユーザの好みに供給流路１１内の流量を調節することができる。
【００３６】
ディストリビュータの出口で、各供給流路１１は、プリンタ１のプリント・ヘッド６に流体連結される引込み流路１３によって延伸される。図に示されていない実施例では、ディストリビュータ４は、プリント・ヘッド６に一体化され得る。
【００３７】
プリント・ヘッド６は、その寸法、特に、それが包含する流路のためマイクロ流体と記載され、その経路の少なくとも一部にわたって、軸に垂直な寸法、好ましくは、例えば、約１０μｍ又は１００μｍなど１ミリメートルより短い、軸に対して垂直な２つの寸法を有する。寸法は、以下にさらに詳細に表される。
【００３８】
プリント・ヘッド６は、
噴射流路１４と呼ばれる少なくとも１つの第１の流路と、
吸引流路１５と呼ばれる少なくとも１つの第２の流路と、
少なくとも１つの光源９又は光源９によって放射された光を伝送する光学導波路１７と、を備える。
【００３９】
吸引手段７は吸引流路１５内の流量又は吸引圧の制御を可能にする。
【００４０】
図に示す実施例では、プリント・ヘッド６は、光学導波路１７を備える。
【００４１】
引込み流路１３は、分岐接続１８の高さでプリント・ヘッド６の噴射流路１４に流体連結される。インクの混合物は、このようにプリント・ヘッド６で準備される。しかし、インクの混合物は、異なる高さで準備されてもよい。例えば、分岐接続１８はプリント・ヘッド６の外側に位置することも可能である。
【００４２】
図２を参照すると、噴射流路１４及び吸引流路１５は、プリント・ヘッドの遠位面１９に開く。遠位面１９は、プリント・ヘッド６の端部に位置する。噴射流路１４及び吸引流路１５はそれぞれ、噴射開口２０と呼ばれる第１の開口及び吸引開口２１と呼ばれる第２の開口を通って遠位面１９に開く。光源９は、遠位面１９に位置する照明ゾーン２２を照らすことができる。照明ゾーン２２は、好ましくは、例えば、コリメートされた光ビームを生成することができる、光源９によって照らされる区切られたゾーンである。光源９は、好ましくは、干渉性光ビームを生成することができる。その他にビームも使用することができる。実例として、ＬＥＤ、レーザ・ダイオード、ＣＣＤ又はＶＣＳＥＬデバイスなどの光源を使用することができる。照明ゾーン２２は、有利には、光源９をそれに損傷を与える恐れのあるインクから保護するため、噴射開口２０及び吸引開口２１とは逆に透明材料によって保護される。
【００４３】
図４ａ及び図４ｂを参照すると、プリント・ヘッド６は、本体２３及びエンド・ピース２４を備える。これは、有利には、以下に説明するように特定の特徴を持つ、特にエンド・ピース２４に関して、２つの異なる材料を用いてプリント・ヘッド６を作製することができる。
【００４４】
１つの好ましい実施例によれば、エンド・ピース２４は、１００μｍ〜５ｍｍの直径を有する円筒形状である。エンド・ピース２４の他の形状も、代替版として可能である。
【００４５】
１つの好ましい実施例によれば、エンド・ピース２４は、本体上にそれに固定されて提供され得る。様々な取り付け手段が考えられ得る。図示の実施例では、本体２３は、切欠き５０を備える端部２５を含み、一方、エンド・ピース２４は、空洞２６を画定し、その内壁２７は、切欠き５０内に挿入され得るピン５２を含む。エンド・ピース２４は、切欠き５０内に収容されたピン５１によって端部２５上に端部２５に固定されて提供される。端部２５は、噴射流路１４、吸引流路１５及び光学経路２９と呼ばれる第３の流路を開く中間面２８を備える。エンド・ピース２４は、遠位面１９、噴射開口２０、吸引開口２１及び照明ゾーン２２を含む。図３、４ａ及び４ｂでは、照明ゾーン２２は、光学開口２０と呼ばれる第３の開口の形態で前記エンド・ピース２４の両側に提供され、噴射開口２０及び吸引開口２１と同様に遠位面１９に開く。エンド・ピース２４が、本体２３の端部２４上に取り付けられると、噴射開口２０、吸引開口２１及び光学開口３０はそれぞれ、本体２３の噴射流路１４、吸引流路１５及び光学経路２９の反対側に位置付けられる。
【００４６】
代替の実施例では、エンド・ピースは透明である。この場合、エンド・ピース２４は、光学開口を含まない。
【００４７】
プリント・ヘッド４は、１つの単一ユニットで作製される。プリント・ヘッド４は、３つ以上の異なる材料を含み得る。１つの単一ユニットで作製されるプリント・ヘッド４の場合、１つの単一ユニットは、光が通過して照らすことができるように透明であると有利である。
【００４８】
有利には、遠位面１９は、軸溝３１を備える。溝３１は、少なくとも部分的に吸引開口２１を含む。図に示す実施例では、吸引開口２１は、溝３１内に取り囲まれる。言い換えると、吸引開口２１は、溝３１内に完全に包含される。好ましい実施例では、溝３１は、中心の周りの円弧形状で、１８０°〜３４０°に及び、好ましくはほぼ３２０°に等しい角度領域に沿ってエンド・ピース２４の周囲にわたって延びる。したがって、溝３１は閉じていない。実験は、３２０°の角度は、有利には吸引流路に、噴射されたインクのすべてを引き込むことができることを示している。図に示されていない実施例によれば、溝３１の形状は、円弧に制限されない。例えば、楕円形円弧の形状でもよい。また、好ましくは、照明ゾーン２２を囲むことができる別の形状を持つこともできる。
【００４９】
溝３１は、実質的に一定の径方向幅（エンド・ピースの径方向軸Ｘに沿って）を有する。径方向幅は、好ましくは２０μｍ〜５００μｍに及び、好ましくは１５０μｍ〜２５０μｍである。
【００５０】
溝３１は、遠位面１９と溝３１内に位置するより深い点との間に測定される、好ましくは２０μｍ〜５００μｍに及び、好ましくは１５０μｍ〜２５０μｍである軸方向奥行き（軸Ｚに沿って）を有する。好ましくは、溝３１はまた、実質的に一定の奥行き及び／又は実質的に一定の断面を有する。
【００５１】
溝３１のこうした奥行き及びこうした径方向幅により、噴射されたインクを最適に回収することができるようになる。
【００５２】
溝３１は、中央ゾーン３２を画定する。噴射開口２０は、有利には中央ゾーン３２内に位置する。したがって、インクが、プリント・ヘッド６から噴射開口２０を通って排出されると、重合されていないインクの部分は、有利には溝３１を通って引き込まれ、そして、吸引開口２１によって吸い込まれる。インクの動きは以下に記載される。
【００５３】
溝３１は、断面で（断面平面ＸＺによる）、正方形、楕円、ピラミッド形状又は任意の他の形態を持つことができるが、好ましくは円筒である。
【００５４】
照明ゾーン２２は、有利には噴射開口２０と吸引開口２１との間に位置する。より正確には、開口２０、２１及び光学開口は、整列する。言い換えると、各開口は、線（図示せず）が実質的にこれらの各中心を横切るように中心（図示せず）を備える。しかし、例えば、プリント・ヘッド６がいくつかの噴射開口２０、吸引開口２１及び光学開口３０を備える場合、これらの中心は、整列していないことも可能である。この代替版は、図には示されないが、以下に説明する。
【００５５】
吸引流路１５は、吸引手段７及び吸引リザーバ８に流体連結される。吸引手段は、例えば、吸引ポンプであってもよい。
【００５６】
図１〜図４に示す実施例では、使用される光源９は、例えば、レーザなどの干渉性光源９である。レーザパワー９は、０．１ｍＷ〜１６０ｍＷに及び、好ましくは１ｍＷ〜１０ｍＷである。単位表面当たりのエネルギー量に対応する放射されたレーザパワー９は、直径２０μｍの露出している円形表面積に対して０．８ｍＷである。照明は、０．３×１０６Ｗｍ−２〜５００×１０６Ｗｍ−２に及び、好ましくは１×１０６Ｗｍ−２〜７５×１０６Ｗｍ−２である。波長は、２６５ｎｍ〜赤外線スペクトルに及び、好ましくは３６５ｎｍ〜７５０ｎｍである。レーザ９は、図１に概略で示すように、プリント・ヘッド６の外側に位置する。光源９は、レーザ・ダイオード、ＬＥＤ又はＶＣＳＥＬであり得る。その他のツールも使用することができる。好ましくは、照明ゾーン２２（及び、その結果の光ビーム）は、５μｍ〜５００μｍに及ぶ直径を有する。
【００５７】
この実施例では、プリント・ヘッド６内に設けられる光学経路２９は、その上部面３３から中間面２８に延びる。プリント・ヘッド６は、光学経路２９内に挿入された光学導波路１７を含み、レーザ９の干渉性ビームを光学開口３０に案内することができる。図４を参照すると、光学導波路１７の下部端（図示せず）は、中間面２８の高さに位置する。有利には、光学導波路１７は、光学開口３０まで延びない。光学導波路の下部端は、レンズ、例えば、球状レンズを備え、光学導波路１７を保護し、より良い光ビームを達成することの両方ができる。光学導波路１７は、例えば、光ファイバである。代替の実施例では、光学導波路１７は、レンズを備えていないことも可能である。
【００５８】
図示されていない代替の実施例では、光学開口３０は、必要に応じて追加のレンズを備えてもよい。
【００５９】
上述の通り、プリンタ１は、プリンタが含むすべての異なる構成要素を調和することができるコンピュータ・ユニット１０を含む。コンピュータ・ユニット１０は、コンピュータ、マイクロコンピュータ、又は電子、光、機械及び／又は流体動作を制御するためのより一般的な任意の自動化手段であり得る。したがって、コンピュータ・ユニット１０は、有線又は無線システムによって噴射ポンプ３、ディストリビュータ４、ロボット・アーム５、光源９及び吸引ポンプ７に接続され得る。これらの接続は、図１に点線で概略的に示される。コンピュータ・ユニットは、印刷方法を実施するためコンピュータ・プログラムが実装されるプロセッサを備える。
【００６０】
「ポンプ」という用語は、全く制限することなく、流体を圧縮又は搬送することができるか、又は低圧（吸引）を生成することができる任意の手段であり得る。
【００６１】
プリント・ヘッド６の本体は、複数の取り付け穴３６を備えるプレート３５を備える。穴３６は、取り付けねじ（図示せず）を収容することを意図する。プレート３５は、有利にはロボット・アーム上に取り付けられる。ロボット・アーム５は、３つの空間方向に移動することができる。それにより、プリント・ヘッド６は３次元構造体を構築することができる。
【００６２】
本体は、有利にはポリマで作製されている。本体２３は、例えば、機械加工によって作製される。他の材料が使用されてもよい。
【００６３】
好ましい実施例によれば、エンド・ピース２４は、ポリマで、好ましくは透明ポリマで作製されている。また、好ましくは、この透明ポリマは、エラストマであり、例えば、ポリジメチルシロキサンである。それは、微細加工金型（図示せず）を使用した成形により作製される。プリント・ヘッドは、この材料でも作製され得る。プリント・ヘッド及びエンド・ピース２４は、したがって、同じ材料で作製されていてもよく、又は異なる材料で作製されていてもよい。
【００６４】
エンド・ピース２４が製造される材料は、重合地帯３７と接触する材料なので、特定の重要さを持つ。重合地帯３７は、３次元構造体が生成される地帯である。
【００６５】
有利には、プリント・ヘッドを製造する材料は、
重合反応に対して、不活性であり、
照明ゾーンの高さで光源によって放射された光ビームが材料を通過して照らすことができるように、透明であることが好ましいが、必ずしも透明とは限らず、
印刷工程の期間中、約１μｍという厚みが少ない所で重合反応を局地的に抑制し、重合材料がエンド・ピース２４に固着するのを防止するため、好ましくは、気体、特に酸素に対して浸透性がある。
【００６６】
エンド・ピース２４は、エラストマ可変ポリマ、剛直ポリマ又は例えば、不活性、透明、可変という利点があるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの金属で作製されてもよく、酸素に対するその空隙率により、重合及びインクが表面に固着するのを防止する。透明材料（図に示す実施例の場合）で出来ていないエンド・ピース２４の場合、照明ゾーン２２の高さで光学開口３０を生成し（上述の通り）、光源を保護するため透明な窓をその中に挿入するのが好ましい。この場合、透明な窓は、上述の通り、平坦なスライド又は例えば、球状レンズなどのレンズであって、好ましくはコリメートされた光ビームを達成することができる。
【００６７】
プリント・ヘッドは、完全に同じ材料で作製され得ることに留意されたい。
【００６８】
上述の通り、光源９は、プリント・ヘッド６に一体化することができるか、又は分離することができる。分離することができる場合、プリント・ヘッド６は、光ファイバなどの光学導波路１７を含んで、光ビームをプリント・ヘッド６を通して照明ゾーン２２まで向ける。光学導波路１７を取り除くため、代替の実施例は、光源９を遠位面１９近くに位置付けることで構成され得る。
【００６９】
噴射開口２０及び吸引開口２１は、２０μｍ〜１ｍｍに及ぶ直径を有する。噴射流路１４及び吸引流路１５の直径も、２０μｍ〜１ｍｍに及ぶ。これらの寸法は、細胞４２をせん断応力から保護するので有利である。代替で、噴射開口２０及び吸引開口２１は、正方形又は長方形形状、又は任意の他の形状を有する断面を有することができる。しかし、好ましい形状は円形である。
【００７０】
噴射流路１４の噴射圧は、好ましくは０バール〜１バールである。この圧力は、噴射ポンプ３を備えるリザーバ２を加圧することで達成される。吸引圧は、−１バール（低気圧）〜０バールである。この吸引圧は、吸引ポンプ７により得られる。有利には、噴射開口２０と吸引開口２１の間のヘッドを囲む媒体の汚染を防止し、噴射開口２０が噴射したインクの回収を高めるため、絶対値での吸引（低気圧）流量は、絶対値での噴射流量より大きい。
【００７１】
プリント・ヘッド６は、軸Ｘに沿って及び軸Ｙに沿って、１ｃｍ／秒に達することができる移動速度を有する。印刷工程は、一般に軸Ｘに沿って及び軸Ｙに沿って行われ、これらの軸に沿って同時又は単独の動きをする。ヘッドは、同時に軸Ｘ、軸Ｙ及び軸Ｚに沿って移動することもでき、又は平面ＸＹで動き、その後軸Ｚに従って移動することも、その逆もできる。軸Ｚに沿ったプリント・ヘッド６の速度は、１０ｃｍ／秒に達することもできる。
【００７２】
プリント・ヘッド６と基板４０とを分離する距離は、１０μｍ〜８００μｍである。２０μｍを下回ると、流体循環が困難であり、４００μｍを超えると、周囲媒体の汚染の危険を含む、吸引によるインク回収効率が低下することに留意されたい。好ましい方法では、この距離は、４０μｍ〜２００μｍに及ぶ。
【００７３】
以下に、プリンタの動作について説明する。上述の通り、プリント・ヘッド６は、コンピュータ・ユニット１０によって制御されたロボット・アーム５によって移動する。３次元構造体は、コンピュータ支援設計ツールによって生成され、コンピュータ・ユニット１０にインポートされる。例えば、その構造体は、コンピュータファイルに包含され得る。その構造体は、異質（いくつかのインク）か、又は単純（１つの単一のインク）であり得る。構造体の異質性（不均一性）は、局地的に異なるインクを噴射するか、或いは印刷工程の期間中に、波長及び／又は光源の強度を変更することによっても得ることができる。
【００７４】
構造体を支持しようとする基板４０は、流体、好ましくは重合地帯を構成する水溶液に浸漬され、例えば、そのすべては、ペトリ皿４３に含まれる。他の実施例では、重合地帯は、例えば、油など別の液体を含み得る。好ましい実施例では、プリント・ヘッド６は、エンド・ピース２４の遠位面１９が、水とハイドロゲルの混合物に浸漬されるように、位置付けられる。
【００７５】
印刷工程は、コンピュータ・ユニット１０がディストリビュータ４に命令して、少なくとも１つの開口バルブ１２を開くと始まる。対応するインクは、このようにプリント・ヘッド６に向けて経路を定められる。インクは、噴射流路１４を通過して、噴射開口２０を通ってプリント・ヘッド６に噴射される。インクは、利用可能なすべての方向に噴射される。平行して、吸引ポンプ７が起動される。吸引流路１５内の抑圧は、絶対値で噴射流路１４内の噴射圧より大きい。噴射流路によって噴射されるインクは、吸引流路１５の方に向けられる。照明ゾーン２２の下を通過することで利用することができる最短経路を取って吸引流路１５の方に向けられたインクの部分は、重合される。１つ又は複数の光源の起動は、局地化されたインクの重合を生じ、ヘッドが移動される。試料に対するヘッドの位置が重合地帯に達すると、光源は、移動中起動される。この重合インクは、予めプリント・ヘッド６の遠位面１９の反対側に配置された基板４０に付着する。同時に、噴射されたインクの別の部分は消える。この消えたインクは、溝３１を通って引き込まれ、吸引開口２１を通って吸引流路１５によって吸い込まれる。このインクは、照明ゾーン２２を迂回するので、重合されない。
【００７６】
吸引流量は、噴射流量より重要であり、その結果、噴射されたインクのすべては、周囲媒体と同時に吸引されることに留意されたい。
【００７７】
図５を参照すると、１０μｍの蛍光微粒子がインクの流れを表すために使用されている。この実験では、噴射圧は、６０ミリバールであり、吸引圧は、９０ミリバールである。水とハイドロゲルの混合物はそれぞれ、２５％対７５％の比率で生成される。
【００７８】
エンド・ピース２４の構造は、特に吸引開口２１を含む溝のおかげで、有利には、図５及び図６に見られるようにインクを引き込むことができる。特に図６では、インクの動きが、流動矢印の線によって概略化されている。見られるように、インクのほぼすべてが、溝に引き込まれ、吸引される。この機構により、周囲媒体の汚染を回避でき、インクの更新又は変更を重合地帯の高さで支持する。
【００７９】
図４ｃは、プリント・ヘッドの代替の実施例を示す。この実施例では、溝３１の軸方向奥行きが変化する。より具体的には、溝３１の軸方向奥行きは、吸引開口２１への距離によって変化する。これにより、溝３１内のマイクロ流体抵抗を増やし、より多くのインクが光学開口３０下を通過することができるようにする。したがって、印刷工程がより効率的になる。
【００８０】
この実施例では、照明ゾーン２２は、プラットフォーム５４を含む。プラットフォーム５４は、軸Ｚにしたがって、エンド・ピースの遠位面１９から突出する。プラットフォーム５４の高さは、軸Ｚに沿って、５０μｍ〜５００μｍに及び、好ましくは１００μｍである。１００μｍの高さは、材料の吸引とプリント・ヘッドの移動速度との間の良い妥協を達成する。プラットフォーム５４は、エンド・ピース２４の外周縁５３が重合インクと接触しないようにエンド・ピースを重合地帯３７から離して移動することができる。プラットフォーム５４は、有利には先端を切ったピラミッド形状を有する。例えば、立方体など他の形状を使うこともできる。しかし、好ましい実施例は、先端を切ったピラミッド形状のプラットフォームを含む。実際、出願人が実施したプラットフォーム５４の周りの流れに関する研究では、先端を切ったピラミッドの使用は、有利にはインクの変更の間に汚染を生じ得る遅い流れゾーンの存在を防ぐことを示している。
【００８１】
この実施例では、エンド・ピース２４は、噴射開口２０とプラットフォーム５４との間に配置された前キャビティ５５を含む。エンド・ピース２４は、プラットフォーム５４と吸引開口２１との間に配置された後キャビティ５６を含む。前キャビティ５５及び後キャビティ５６は、略ピラミッド形状を有する。それらは、軸Ｚに沿って、エンド・ピース内側に設けられる。それらは、有利には、一方で噴射開口２０とプラットフォーム５４との間に、他方でプラットフォーム５４と吸引開口２１との間に、流体空間を生成する。これにより、プラットフォーム５４の下の流れを支持するマイクロ流体抵抗を低減し、インクの更新を向上させる。先端を切ったピラミッド形状の空洞は、有利には、前記空洞内の高さの急な変化を回避する。例えば、半円筒空洞など他の形状を使うこともできる。実際、空洞内部の高さの急な変化は、インクの流れに悪影響を及ぼすであろう。
【００８２】
この実施例では、エンド・ピースは、クラウン５７を備える。クラウン５７は、軸Ｚの周りで環状である。それは、エンド・ピース２４の周囲にわたって延びる。クラウン５７は、遠位面から突出する。クラウン５７は、軸Ｚに沿って、プラットフォーム５４から突出しない。言い換えると、プラットフォームは、軸Ｚに沿ってプラットフォーム５４の高さで最も延びる。
【００８３】
エンド・ピース２４は、クラウン５７及び／又はプラットフォーム５４及び／又は前キャビティ５５及び／又は後キャビティ５６及び／又は可変切り込み溝３１を備え得る。
【００８４】
図４ｆ及び図４ｇに示す代替の実施例では、クラウン５７は、環状縁５８を備える。環状縁５８は、クラウン５７をプラットフォーム５４の方向に、すなわち、軸Ｘ及び軸Ｙに沿って延ばす。したがって、環状縁５８は、部分的に吸引開口２１及び噴射開口２０と重なる。実際、ヘッドは、吸引開口によるインクのよい吸引を可能にする閉じ込めゾーンを有するように基板から所与の距離に位置付けられる。ヘッドを基板から離れる方に移動することにより、閉じ込めゾーンは妥協し、インクの吸引も同様で、したがって、印刷工程を損なう。環状縁５８は、閉じ込めゾーンを再現し、適切な吸引を達成することができ、プリント・ヘッドを基板から離れる方に移動して、軸Ｚに沿ってより高い構造体を印刷でき、かつ／又は印刷速度（軸Ｘ及び／又はＹに沿って移動）を早くすることができる。
【００８５】
上述の通り、インクは、ビームの形状により確定される横寸法（Ｘ、Ｙ）に続いて照明ゾーン２２の前を通過することにより重合される。重合構造体の厚さは、遠位面から基板４０又は予め印刷された構造体までの距離による幾何学的閉じ込めによって既定される。そして、インクは、基板４０又は予め印刷された構造体上で網目模様になる。プリント・ヘッド６の遠位面１９は、基板４０又は予め印刷された構造体から所与の距離ｈに位置付けられる。この距離は、照明の間、プリント・ヘッド６が印刷することができる層の最大高さに対応する。印刷された構造体のＸ、Ｙ解像度は、主に光ビームの光学特性によって規定され、重合を引き起こし、０〜ｈに及ぶ層の厚さに対する所与の正確さを保証する。例えば、所与の長さで６００μｍの高さを有する構造体が必要とされる場合で、プリント・ヘッド６の印刷能力が許容することができる正確さを伴う高さで２００μｍである場合、遠位面１９は、最初に２００μｍの距離に位置する。インクは、２００μｍの高さを測定する構造体の第１の高さを生成し、所望の構造体を生成するために必要な平面（Ｘ、Ｙ）でロボット・アーム５を横方向に移動することによって重合される。所与の長さに到達したら、ロボット・アーム５を軸Ｚに沿って２００μｍの距離だけ移動し、その経路を通って戻って第２の高さを構築し、６００μｍの高さに到達するまで、この場合、３回連続の高さまで続ける。
【００８６】
互いに交差する壁４１の概略的な実例を図７に示す。この図では、交差する壁４１は、高さが異なる。図７は、この方法及びこのプリンタ１が、インクで作製された構造体を交差の高さに積み重ねることができることを概略的に示す。請求人が行った実験は、構造体の積み重ねが、値ｈを増やすことができるコリメート光源でより良く達成されること、すなわち、より厚い重合厚さにわたって重合の正確さを維持することを示す。収束されたビームの使用は可能であるが、コリメート光ビームが好ましい。
【００８７】
上述のプリンタは、不連続性、異なる高さ、壁交差部及び積み重ねを有する複雑な構造体を生成することができる。空洞を備える複雑な構造体を生成することができる。細胞成長環境を再現したいと望む科学者に製作の大きな自由を提供する。
【００８８】
プリンタを実装する方法は、
噴射流路１４を通って行われる、１つ又は複数の種類のインクを浸漬された基板上に噴射するステップと、
１つ又は複数の種類のインクを吸引流路１５を通して吸引するステップと、
噴射されたインクを重合するステップと、を含む。
【００８９】
これらのステップは、部分的に同時であってもよく、印刷期間の一部の間、同時であることが好ましい。それらは、プリント・ヘッド６が一方向に沿って、又は同時にいくつかの方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に沿って、空間内を移動するときと同時に実施することもできるのが好ましい。印刷工程の期間中、プリント・ヘッドの端部は、重合地帯３７内に浸漬される。
【００９０】
上述のプリンタ１は、以下の多くの利点がある。
その直径が高解像度値を達成するのに十分なほど低減された光ビームの正確さによって、少なくとも２０μｍ未満の解像度を備える不均一な組織を生成する可能性を提供する。
使用するインクの混合物の組成を正確に制御することができる。
インクの流れを、時間及び空間で制御することができる。
使用するインクの量を減らせる。
１μｍの解像度で、３つの空間方向に印刷することができる。
順次に及び／又は同時に異なる波長で印刷することができる。
異なる解像度で印刷することができる。
【００９１】
プリント・ヘッドの一代替の実施例（図示せず）では、複数の噴射流路、吸引流路及び照明ゾーンを含み得る。
【００９２】
図１３に示す別の実施例では、プリンタは、いくつかのプリント・ヘッド６及びいくつかの照明ゾーン２２を備えることができる。光源の波長及び直径は、プリント・ヘッドごとに変更することができる。
【００９３】
図１４に示す別の実施例では、プリント・ヘッド６は、いくつかの照明ゾーン２２を備える。この実施例では、プリント・ヘッドは、互いに対して変更することができる波長及び直径を有する３つの照明ゾーンを備える。
【００９４】
図１４に示す別の実施例では、プリント・ヘッド６は、プリント・ヘッドの周辺全体にわたって延びる環状溝３１並びに複数の照明ゾーン２２を備える。照明ゾーンは、照明ゾーンごとに変更する波長及び直径を有し得る。
【００９５】
図に示さない代替の実施例では、プリント・ヘッドは、１つの噴射流路及び２つの吸引流路を備える。有利には、溝は環状である。出願人が行った試験では、こうしたプリント・ヘッドは、吸引開口を通るインクの回収が効率的であるため、有利であることを示している。
【００９６】
別の実施例（図示せず）では、プリント・ヘッドは、固定され、ペトリ皿４３は、コンピュータ・ユニット１０によって制御されるロボット・ベース上に取り付けられる。この実施例では、プリント・ヘッドは、固定支持体に取り付けられ、ベースだけが移動して、印刷される構造体を形成する。この代替の実施例では、プリント・ヘッド６は動かず、上述の工程のステップが、ロボット・ベースが移動すると同時に実施される。
【００９７】
以下の説明は、研究所で実施されたいくつかの試験に関する。
【００９８】
これらの実験は、合成ＰＥＧ  ＤＡ（ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート）ハイドロゲルでの印刷工程で達成された。印刷工程は、合成ハイドロゲルに浸漬されたＭＡＰＴＭＳ（アミノプロピルトリメトキシシラン）で機能化されたガラス・スライド上で実施された。
【００９９】
試験１（図８）：  ガラス基板上に印刷されたハイドロゲル構造体
インク：  ５０％ＰＥＧ  ＤＡ（Ｍｗ７００）、  ５０％水、  ０．００７５％のＩｒｇａｃｕｒｅ  ８１９、  ２％の蛍光粒子（直径３００ｎｍ）
遠位面を基板から離す距離：  ６０μｍ
噴射圧：  １００ｍｂａｒ
吸引圧：  −１５０ｍｂａｒ
Ｘ軸に沿った速度：  ０．１ｍｍ／ｓ
レーザパワー：  ４ｍＷ
解像度：  ２０μｍ（幅は軸Ｙに従う）
波長：  ４０５ｎｍ
試験１では、６０μｍの高さの横線が描かれる。
【０１００】
試験２（図９）：  ガラス基板上に印刷されたハイドロゲル構造体
インク：  ５０％ＰＥＧ  ＤＡ（Ｍｗ７００）、  ５０％水、  ０．００７５％のＩｒｇａｃｕｒｅ  ８１９、  ２％の蛍光粒子（直径３００ｎｍ）
遠位面を基板から離す距離：  ６０μｍ、１２０μｍ、１４０μｍ
噴射圧：  １００ｍｂａｒ
吸引圧：  −１５０ｍｂａｒ
Ｘ軸に沿った速度：  ０．１ｍｍ／ｓ
レーザパワー：  ４ｍＷ
解像度：  ５０μｍ（幅は軸Ｙに従う）
波長：  ４０５ｎｍ
この試験２では、３本の縦線が遠位面を基板から６０μｍ離して描かれる。
次に、遠位面を１２０μｍの距離に位置付ける。第１の横線が描かれる。
次に、遠位面を１４０μｍの距離に位置付ける。第２の横線が描かれる。
この実例は、互いの上部に可変厚さで層を積み重ねることができることを示す。実際、達成した結果は、特に有望で作製された構造体が安定していることを示す。
実際、第１の横線といずれか１つの縦線との交差で、第１の高さと第２の高さの積み重ねが達成され、この構造体は安定している。
第２の横線に関しても、同じことが観察することができる。
【０１０１】
試験３（図１０）：  ガラス基板上に印刷されたハイドロゲル構造体
インク：  ５０％ＰＥＧ  ＤＡ（Ｍｗ７００）、  ５０％水、  ０．００７５％のＩｒｇａｃｕｒｅ  ８１９、  ２％の蛍光粒子（直径３００ｎｍ）
遠位面を基板から離す距離：  ６０μｍ
噴射圧：  １００ｍｂａｒ
吸引圧：  −１５０ｍｂａｒ
Ｘ軸に沿った速度：  ０．１ｍｍ／ｓ
レーザパワー：  ２ｍＷ
解像度：  ２０μｍ（平面ＸＹでの幅）
この試験３では、遠位面を基板から離す距離は、６０μｍである。第１の斜線が描かれ、その長さは１ｍｍ、その幅は、３０μｍである。
次に、遠位面を基板から離す距離を、４０μｍ増やして、１００μｍにする。長さ１ｍｍ、幅４０μｍで、１００μｍの高さの第２の斜線が描かれる。
幅は、照明ゾーンから基板への距離と共に増える。照明ゾーンによって放射される光ビームは、完全にはコリメートできず、わずかな広がりを示す。
一方で、試験３は、斜線を描くことができ、これらの２本の線の交差の高さで見えるように、これらの構造体は、互いに積み重なっている場合、安定していることを示す。
【０１０２】
試験４（図１１）：  ガラス基板上に印刷されたハイドロゲル構造体
インク：  ５０％ＰＥＧ  ＤＡ（Ｍｗ７００）、  ５０％水、  ０．００７５％のＩｒｇａｃｕｒｅ  ８１９、  １％の蛍光粒子（直径３００ｎｍ）
遠位面を基板から離す距離：  ６０μｍ
噴射圧：  １００ｍｂａｒ
吸引圧：  −１５０ｍｂａｒ
Ｘ軸に沿った速度：  ０．１ｍｍ／ｓ
レーザパワー：  １０ｍＷ
解像度：  １００μｍ（平面ＸＹでの幅）
試験４は、遠位面を基板から１７０μｍ離した距離で実行された。４本の隣接する線が、長さ１ｍｍ、幅１００μｍで描かれる。
遠位面の高さを１００μｍだけ増加させて、２７０μｍにし、２本の線が片側にのみ描かれる（長さ１ｍｍ、幅１００μｍ）。
次いで、距離を１５０μｍだけ再度増加して、４２０μｍにし、２本の線が片側にのみ描かれる（長さ１ｍｍ、幅５０μｍ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図４ｅ】
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【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図５】
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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１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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