(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元多細胞物体を作成する方法において、
ａ）第一の光重合性液体を反応容器（４）に導入するステップと、
ｂ）第一の光ビームを、前記反応容器（４）の前記第一の液体の充填された領域内にある第一の焦点面の第一の選択領域に集光するステップと、
ｃ）前記第一の選択領域において、前記第一の光ビームによって、前記反応容器（４）内の第一の層に第一の重合構造を作成するステップと、
ｄ）前記反応容器から未硬化の前記第一の光重合性液体を排出するステップと、
ｅ）別の光重合性液体を前記反応容器（４）に導入して、前記第一の焦点面において前に作成された重合構造の外側の領域が前記別の光重合性液体で充填されるようにするステップと、
ｆ）別の光ビームを、前記反応容器（４）のうち前記別の液体の充填された領域内にある前記焦点面に集光するステップと、
ｇ）別の光ビームによって前記反応容器（４）内の別の層の中に別の重合構造を作成するステップであって、前記別の重合構造は、前に作成された前記重合構造に隣接して直接配置され、そこに接続されるようなステップと、
ｈ）前記重合構造を１層の厚さに上昇させ、前記３次元多細胞物体が作成されるまで、同じ又は異なる光重合性液体でステップｄ）からｇ）を繰り返すステップと、
を含み、
前記第一の光重合性液体及び／又は、前記別の光重合性液体のうちの少なくとも１つは、生体細胞を含み、
複数の重合構造が同じ層の中に作成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記第一の光重合性液体と、前記別の光重合性液体のうちの少なくとも１つは、異なる液体であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記別の光重合性液体は、前記反応容器（４）の中に前にあった前記光重合性液体が前記反応容器（４）から取り除かれるまで前記反応容器（４）に導入されないことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、
キャリアプレート（１５）が前記反応容器（４）内に配置され、そこに前記第一の重合構造が結合されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法において、
前記第一の及び／又は前記別の光ビームを生成するための光源（２）と前記反応容器（４）との間に配置された光学系（５）における焦点調整が、前記反応容器（４）の中の焦点面を変化させるために実行されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法において、
前記焦点面を変化させるために、一方で前記反応容器（４）又は前記反応容器（４）の中に配置されたキャリアプレート（１５）と、他方で前記第一の及び／又は前記別の光ビームを生成するための光源（１、２）との間の相対移動が実行されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、
前記第一の及び／又は前記別の光ビームが、前記第一の光重合性液体及び／又は前記別の光重合性液体の中のそれぞれの前記焦点面の中の所定の、事前設定可能な領域へと誘導されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法において、
前記第一の層の中の少なくとも前記第一の重合構造には、前記第一の光ビームが２方向から照射されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法において、
前記第一の光ビーム及び／又は前記別の光ビームの波長は２００〜１０００ｎｍの範囲であることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法において、
前記第一の光ビーム及び／又は前記別の光ビームの波長が３８０〜７８０ｎｍの範囲であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法において、
前記３次元多細胞物体の作成中に、膜、経路、穴、センサ、導電性キャリア、及び走化性調製物からなる群より選択された少なくとも１つの要素が前記３次元多細胞物体の中に組み込まれることを特徴とする方法。
【請求項１２】
光重合性液体から３次元多細胞物体を作成する装置において、
・反応容器（４）と、
・前記装置の動作中に、それが前記反応容器（４）に焦点面において光を照射できるように配置された光源（１、２）と、
・異なる光重合性液体を保存するための複数のチャンバを有するタンク（７）と、
・前記異なる光重合性液体の１つを前記反応容器（４）の中に導入し、前記反応容器からそれを排出するために、前記複数のチャンバを有するタンク（７）の前記チャンバの１つ及び前記反応容器（４）と流体連通させることのできるポンプ（９）と、
・前記光源（１、２）と前記ポンプ（９）を制御するための制御ユニット（１３）と、
を備え、
前記制御ユニット（１３）が、第一の重合ステップにおいて、前記光源（１、２）を制御して焦点面内の領域に光を照射し第一の光重合性液体を硬化させ、前記ポンプ（９）を制御して未硬化の光重合性液体を排出して第二の光重合性液体を導入し、第二の重合ステップにおいて、前記第一の重合ステップで光が照射されなかった同じ焦点面内の領域に、前記光源（１、２）によって光を照射させ、前記第二の光重合性液体を硬化させることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、
前記光源（１、２）が提供され、異なる波長の光を発するように構成され、発せられる予定の前記光の波長は事前設定可能であることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元多細胞物体を作成するための方法、請求項１３の前提部分による３次元多細胞物体を作成するための装置、及び装置の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元多細胞物体は、生体材料の細胞物体とも呼ぶことができる。このような物体をいわゆるバイオプリンティング方式によって作成することが知られている。ここで、「プリンティング（印刷）」という用語は、生体材料の３次元構造化を指す。通常、生体細胞はゲルによって事前に選択された構造の中で形成される。このようなバイオプリンティング方式に使用されるプロセスは、いわゆるインクジェットプリンティング、いわゆるシリンジプリンティング又はバイオプロッティング、及びいわゆるレーザプリンティングである。これら３つのプロセスの各々は、特定の利点を有するが、限界もある。
【０００３】
インクジェットプリンティング方式では、液体中のセルがピエゾノズルによってキャリア上へと押し出される。このプロセスは、商業的な紙用インクジェットプリンティングプロセスと同様であり、唯一の例外は、印刷のために、その中に細胞が懸濁しているキャリア液の形態の生体インクがインクの代わりに使用される点である。このプロセスにより、極めて微量の印刷ができるが、この方法の精度はいまひとつ不満足であり、それは、ピエゾノズルにより生成される液滴は、キャリア液中の生体細胞と共にピエゾノズルから押し出され、ピエゾノズルの端と印刷対象物を受ける予定の表面との間の距離だけ空中を飛行しなければならないからである。液滴は飛行中に変形し、それが飛行中の揺らぎの原因となる。これは、その細胞が常にその意図された位置に到達するとはかぎらないため、そのようなインクジェットプリンタによる不正確さにつながる。さらに、作成される予定の物体の３次元層状構造は、積層が上からしか実行できず、支持構造や懸架構造の作成が難しいことから、限定されている。
【０００４】
このようなインクジェットプリンティング方式は、例えば、国際出願第９９／４８５４１  Ａ１号明細書、米国特許出願第２００９／０２０８４６６  Ａ１号明細書、米国特許第２０１１／００７６７３４  Ａ１号明細書、及び米国特許第２０１１／０２５０６８８  Ａ１号明細書に記載されている。
【０００５】
シリンジプリンティング方式は、バイオプリンティングの分野で現在最も一般的に使用されているプリンティング方法である。この方法では、プリントされる材料がシリンジに装填されて、圧縮空気又はパンチング圧力によってシリンジから押し出される。この場合のシリンジのノズルは、プリント対象物に応じてｘ−ｙ−ｚ移動ユニットによって所期の位置へと移動される。次に、指定された量のプリント材料がプリントしようとする場所でシリンジから押し出される。このようにして、層からなる３次元物体が作成される。この方式の利点は単純な構造であるが、正確な定量吐出は複雑なプロセスでしかできない。さらに、異なる細胞を使って３次元物体の構造を作ろうとする場合、別のシリンジをとっておいて、第一のシリンジに加えて、又はその代わりにプリントに使用しなければならない。これによって、対応するプリンタの構造的複雑さと、実際のプリントに必要な時間の両方が増える。最終的に、これは高いコストに反映される。
【０００６】
この種のシリンジプリンティング方式は、例えば、国際出願第２０１３／１１３８８３  Ａ１号明細書、米国特許出願第２０１１／０３１３５４２  Ａ１号明細書、米国特許第８，５８０，５４６  Ｂ２号明細書、及び米国特許出願第２０１２／０２８８９３８  Ａ１号明細書に記載されている。米国特許出願第２０１４／００９３９３２  Ａ１号明細書にも、所期の場所にすでに堆積されている生体材料がＵＶ光によりさらに硬化されるシリンジプリンティング方式が記載されている。
【０００７】
レーザプリンティング方式では、プリントがレーザビームによって実行される。ここでは、キャリアフィルムがまず、細胞を含む液体でコーティングされる。その後、レーザビームパルスがコーティングされたキャリアフィルムへと誘導され、それによって細胞懸濁液の液滴がキャリアフィルムから送り出される。すると、個々の液滴が巧妙な積み重ねによって積み上げられ、これはインクジェットプリンティング方式と同様である。塗布される細胞懸濁液の液滴の量をかなり高精度で定量供給できることは確かである。しかしながら、飛行中、プリント対象物が生成される表面に到達する途中で液時が変形する。これに関連する揺らぎ運動により、それが液滴の位置決めの不正確さにつながる。液滴全体の大きさが非常に小さいため、レーザプリンティング方式は非常に低速である。より大型及びより複雑な物体は、この方式ではプリントできない。さらに、支持構造のない吊り下げ構造は作成不能である。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、先行技術から知れられている欠点を克服し、特に、高精度の物体構造化を実行し、物体のプリントに異なる材料を簡単に使用できるようにする、生体材料からなる３次元物体のプリンティング方法を提供することである。さらに、この方法を実行できる、相応の装置も提供される。
【０００９】
この目的は、３次元多細胞物体を作成する方法によって達成される。このような方法では、第一の光重合性液体がまず反応容器中に導入される。その後、第一の光ビームが、反応容器の中の第一の液体が充填された領域内にある第一の焦点面に集光される。すると、この光ビームによって、第一の重合構造が反応容器内で作成される。この場合、第一の重合構造は第一の層の中にある。
【００１０】
別のプロセスステップで、別の光重合性液体が反応容器内に導入され、その前に作成されていた重合構造が少なくとも部分的にこの別の光重合性液体で覆われる。好ましくは、前に作成された重合構造は別の光重合性液体で完全に覆われる。今度は、別の光ビームが反応容器の中の別の液体が充填された領域内にある別の焦点面に集光される。別の焦点面はそれゆえ、第一の焦点面とは、少なくともすでに作成された重合構造に関して、又はこの重合構造の層に関して異なる。
【００１１】
別の光ビームにより、今度は別の重合構造が反応容器内の別の層に作成される。この場合、別の重合構造は、前に作成された重合構造の上に直接配置され、それに接続される。結合は好ましくは、共有結合である。しかしながら、原則として、例えば物理的相互作用に基づく非共有結合も想定可能であろう。
【００１２】
次に、別の光重合性液体を導入し、別の光ビームを集光させ、別の層で別の重合構造を作成する上述のステップを、それぞれ１つの別の光集合性液体を用いて繰り返し、最終的に所望の３次元多細胞物体が作成されるようにする。したがって、光重合性液体の重合が行われる焦点面が異なることにより、３次元多細胞物体の層状構造が実現する。ここで、アンダーカットやオーバハング構造もまた可能であり、それは、特定の焦点面又は層内の光重合性液体が、その下にすでに重合した材料がなく、まだ重合していない材料しかなくても重合できるからである。焦点面の外にあるこの光重合性液体は重合せず、焦点面の中にある光重合性液体だけが重合かする。それでも、焦点面の外にある液体は焦点面内にある液体のための一時的な支持体としての役割を果たし、この目的のために固体の支持構造は不要である。
【００１３】
第一の光重合性液体、及び／又は別の光重合性液体のうちの少なくとも１つは生体細胞を含む。重合が光照射の結果として起こると、液体中に含まれる細胞もまた対応するポリマ内に埋め込まれる。すべての光重合性液体が細胞を含む必要はないため、生成された３次元多細胞物体内に細胞を含まない構造を、例えば中間構造の形態で形成することができる。
【００１４】
この方法を用いると、複雑な生体物体を、例えば細胞間相互作用、臓器形成、病気、又は臓器機能を表現し、研究するためのモデルとして作成できる。このような３次元物体には、古典的な２次元細胞培養に対して、特に複数の細胞型間の相互作用をモデル化しようとする場合に、明確な利点がある。その理由は、細胞間相互作用の複雑さ、天然バリアの機能、及び病気又は臓器のモデル化が古典的な２次元細胞培養では十分に表すことができないからである。
【００１５】
それに加えて、本明細書に記載の方法により、特に簡単な方法で小型モデルを作成することが可能となる。過去においては、このような小型モデルは部分的に手で作成された。このような製作に必要な複雑度は非常に高く、その上に、長い経験が必要である。
【００１６】
最後に、本明細書に記載の方法により、同じ３次元多細胞物体の異なるコピーの高い再現性を確保できる。その結果、本明細書に記載の方法により、先行技術から知られている他の方法と比較して、作成を加速できるだけでなく、作成された物体はまた、常に同じ品質を示す。このような高い再現性はバイオテクノロジーにおいて特に有利である。その理由は、新薬の分析と開発において、常に同じままの３次元細胞培養で試験を行うことにより、開発費が大幅に削減されるからである。これに対して、このような複雑な３次元構造を手で構成する場合、個々のばらつきが不可避である。しかしながら、これによって再現可能な試験結果を実現することは事実上不可能である。これに対して、本明細書に記載の方法では、再現可能な試験結果を達成するのに極めて好適な物体が提供される。
【００１７】
反応容器としては、一般的な商業的マイクロタイタプレート（例えば、ウェル数が６、１２、２４、４８、９６、３８４、又は１５３６のマイクロタイタプレート）の穴（いわゆるウェル）、細胞培養フラスコ、又はペトリ皿を使用できる。
【００１８】
この方法により作成される３次元多細胞物体は、同種材料から構成でき、したがって、１つの型の細胞だけを含む。さらに、細胞を取り囲むポリマ材料を均一に構成できる。しかしながら、変形型では、第一の光重合性液体と、別の光重合性液体のうちの少なくとも１つは異なる液体である。これによって、異なる型の細胞を含む、異種混合で構成される多細胞物体を作成することが可能となる。さらに、このようにして、異なる周辺ポリマ内に同一又は異なる細胞を提供できる。これは、異なる液体が、液体内の重合性材料に関しても、液体中に含まる細胞に関しても、違えるようにできることを意味する。したがって、この変形型により、異なる細胞型を組み合わせて人工臓器を造形する方法が提供される。この臓器は、人間又は動物の臓器をシミュレート又は模倣する臓器とすることができる。その結果、１つのプリント動作において、同じ反応容器の中又は隣接する反応容器の中で異なる物体を作成することが可能となる。
【００１９】
人工臓器を本願の方法で作成する場合、この臓器モデルは、健康な臓器を表すモデルとすることができる。あるいは、病変モデルも、所定の欠陥を有する臓器の形態で作成できる。例えば、本発明の方法により作成された物体に機械的収縮を加えることにより、鈍器で打たれた場合に生じるような「内蔵された」損傷、すなわち鈍的外傷を作成できる。このようにして、こうした病変モデルの標準構造を提供できる。また、ある物体の中に変性勾配を生成することも可能である。例えば、比較的健康な細胞構造をその物体の第一の領域に生成でき、これがその後、作成された物体内の局所的勾配を介して病変構造へと連続的に移行する。この場合、中間的な、部分的に病変した構造が作成された物体内の２つの極端構造の間にある。さらに、ウイルスや細菌を組み入れることによって、人工臓器の感染モデルを作ることができる。このような細菌又はウイルスの組込みは、プリンティングプロセス中、上述の方法で、対応するウイルスや細菌を細胞として含む適当な別の光重合性液体を選択することによって実行できる。
【００２０】
適当な細胞型を選択することにより、糖尿病、腫瘍、又は生存生物中で心筋梗塞又は脳卒中の後に見られるような易感染性組織等の典型的な病気に関する病変モデルを作成することが可能である。細胞を含まない光重合性液体も、細胞を含む光重合性液体のほかに使用できるため、作成された物体の細胞を含まないポリマ内への「パッケージング」を、その物体自体が作成された、同じプリント動作中に作成できる。これは、物体がそのキャリアで、及びその中に同時に生成され、それによってパッケージングと多細胞物体が平行して作成されることを意味する。
【００２１】
ある変形型において、光重合性液体はアクリル化合物を含み、それによって重合が達成される。アクリル化合物は好ましくは、メタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ブチルアクリレート、トリメチロールプロパンアクリレート、トリアクリレートアクリレート、及びポリアクリレート（ＰＡ）全般からなる群より選択される。
【００２２】
ある変形型において、アクリル化合物はゲル化又は重合する開始物質と結合される。特に、この結合によって、アクリル化合物と重合するべき開始物質との間が共有結合する。この開始物質の例としては、炭素系ポリマ、例えばポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリケトン（ＰＫ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及びポリウレタン（ＰＵ）等が含まれていてもよい。シリコーン等の合成ポリマ、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、又はメラミン樹脂もしくはメラミンホルムアルデヒド樹脂等の樹脂もまた開始物質として適当である。さらに、タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、炭水化物及び炭水化物誘導体、コラーゲン、フィブリン、アルギン酸塩、又はゼラチン等のバイオポリマもまた開始物質として適している。上述のポリマの代わりに、これらのポリマのそれぞれのモノマ前駆体又はオリゴマ前駆体もまた、それらが固体又は液体凝集状態で安定に提供できるかぎり、開始物質として使用できる。アクリレート官能基をアクリル化合物と開始物質との結合によって開始物質内に導入することにより、その開始物質がすでにポリマであっても、重合可能母材が得られる。
【００２３】
光重合性ＰＤＭＳが母材又はコーティング物質として使用される場合、この母材内に埋め込まれる細胞間でガス交換が可能である。前述のように、異なるコーティング物質又は母材を使用できる。例えば、良好な生体適合性を示すＰＤＭＳ又は他の母材に加えて、安定したプラスチックを残りの母材に使用することにより、外部は安定し、その内部には細胞の成長を可能にするような、より安定性の低い母材を含む物体を作成できる。したがって、前述のように、３次元多細胞物体と平行して、その本来の保護又はそれ自体のパッケージングを実現できる、と言うことができる。
【００２４】
アクリル酸系官能基が添加された開始物質は液体の形態で使用され、粘度を変えることができる。これは、本明細書に記載の方法が特定の粘度の液体に限定されず、開始材料として低粘度の液体を使用できることを意味する。この場合、これらの液体の流動挙動は、チクソ性からレオペクシに及ぶことができる。
【００２５】
液体は、溶液又は、懸濁液等の溶液コロイド分散混合物とすることができる。この場合、液体は、水性から油性特性を有することができる。これは、他の要素のほかに、開始物質とその粒径を選択することにより決定される。
【００２６】
アクリル酸系官能基を有する開始物質の光重合を実現できるようにするために、この方法に関して使用される光の選択された波長でラジカルを形成するためラジカル前駆体（いわゆる光重合開始剤）もさらに使用される。
【００２７】
適当なラジカル前駆体の例としては、ビオラントロン又はイソビオラントロン等のアントロン誘導体、フルオレセイン、ルブレン、アントラレン誘導体、テトラセン誘導体、ベンヅントロン、ベンザントロニリ、エロシン、レブリン酸誘導体、ホスフィン誘導体、モノアクリル−、及びビスアクリルホスフィン、メタロセン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、キサントン、キネン、ケトン誘導体、ヒドロキシケトン、アミノケトン、過酸化ベンゾイル、ピリジン塩、フェニルグリオキシレート、及び／又はイソジウム塩が含まれる。
【００２８】
ラジカル前駆体に加えて、ビニルマクロマ及びアミンベースの連鎖移動剤も、光重合の過程を特に適当なものとするために使用することが好ましい。適当な連鎖移動剤の例には、アスコルビン酸及び第三級アミン誘導体、例えばメチルジエタノールアミン又はテトラエチルアミン等が含まれる。
【００２９】
ある変形型において、光重合性液体はチオール誘導体を含む。適当なチオール誘導体は、ジチオトレイトール、単官能性システイン、二官能性ペプチド、及び同様の化合物である。
【００３０】
さらに、光重合性液体には、より深い、より多くの液体層の光重合を禁止する物質を添加できる。これによっては、焦点面の外にある溶液を、それがその上にある焦点面の照射領域内にあったとしても、液体のままである。これは、物質が重合波長を吸収することによる。焦点面で遮断され、重合波長はより深い層まで透過できなくなる。所望の波長で吸収するあらゆる物質、例えば染料が適当である。
【００３１】
別の変形型において、光重合性液体は、単官能性モノマ、例えばＮ−ビニルピロリドンを含む。
【００３２】
それに加えて、ある変形型においては、第一の光重合性液体、及び／又は別の光重合性液体のうちの１つ、及び／又は、光重合性でなくてもよい他の液体が温度感受性ゲル化剤を含むことが可能である。特に、インバース温度感受性（リバース温度感受性ともいう）ゲル化剤が提供される。このようなゲル化剤は、温度の上昇と共にますます固化する。反応容器を加熱すると、反応液体は固化してゲルを形成し、これは当初、準安定にすぎない。液体が同時に光重合しなければ、その後、物体を冷却することにより、準安定のゲルは再び液化し、送出されるようにすることができる。一般的に使用される温度感受性ゲル化剤において、使用される温度条件は正反対である。したがって、必要に応じて、例えば、吊り下げ構造を作成できるように支持構造を構成できる。反対に、準安定ゲルの少なくとも一部に適当な波長の光が照射されると、これは光重合を起こさせ、準安定ゲルは、これらの領域において、安定ゲル又はポリマに変換される。
【００３３】
換言すれば、温度感受性、特にインバース温度感受性のゲル下剤と反応空間の温度制御により、吊り下げ部品とアンダーカットをより簡単に加工できることになる。しかしながら、この変形型では、液体構造を支持体として使用しても加工を続けることができる。
【００３４】
温度勾配を提供して、温度感受性、特にインバース温度感受性のゲル化剤と混合された液体のすべての領域で準安定ゲルが発生するとはかぎらないようにすることもできる。このような勾配を使用することによって、するかに複雑な構造を作成できる。
【００３５】
上述の個々の成分は、個々の物質として光重合性液体の中に含めることができる。あるいは、相応の合成によって１つのポリマ内でゲル形成に使用されることが好ましい物質又は基を利用することもできる。個々の成分の混合物の代わりに、このようなポリマは、すると、光重合に必要な、又はそのために使用されることが好ましい機能のすべてを組み合わせる、異なる官能基を含むことになる。さらに、官能基、又は光重合に使用されることが好ましい基の一部のみを１つのポリマに提供し、その他の官能基又は光重合に使用されることが好ましい基を光重合性液体の別の個々の成分の中に混合することも想定される。
【００３６】
３次元多細胞物体の構造に使用される生体細胞として、あらゆる自然発生の真核細胞又は原核細胞が適当である。使用される細胞は好ましくは、真核細胞である。哺乳類、特にげっ歯類、特に好ましくは人の体内で発生する、又はその体を形成するすべての細胞及び細胞型が特に好適である。ある変形型において、使用される生体細胞は、万能性又は多能性細胞である。ここで、本発明は、ある変形型においては、人の胎芽を破壊せずに入手できる細胞の使用にのみ関している。自然発生の細胞に加えて、自然発生以外の細胞株も生体細胞として使用できる。このような人工的に生成された細胞株によって、３次元多細胞物体のカスタムメイドの構造の作成が可能となる。
【００３７】
本発明の方法により、様々な細胞型を組み合わせて３次元多細胞物体にすることができるため、人工臓器の形成に特に好適である。例えば、このような人工臓器は、自然発生の臓器、特に人間又は哺乳類もしくはげっ歯類等の動物の自然発生臓器の小型モデルの物体とすることができる。異なる光重合性液体を使用できることから、様々なゲル型に生体細胞を埋め込むことが可能である。また、合成ポリマとバイオポリマを汲組み合わせて、生体細胞が埋め込まれた非常に安定な構成を作成できるようにすることも可能である。１回のプリント作業で、複数の、しかも異なる形態さえ持つ３次元物体を同時に作成できる。
【００３８】
さらに、臓器の機能と共に膜及びバリア機能により、この技術を使って、妊娠モデルをシミュレートすることも可能となる。
【００３９】
ある変形型において、作成された人工臓器は特に、筋肉、骨、皮膚、脂肪組織、腸、肝臓、骨髄、脳、肺、心臓、腎臓、甲状腺、脾臓の機能をシミュレートする臓器であり、したがって、人工筋肉、人工骨、その他を指すことができる。
【００４０】
反応容器内、又は異なる反応容器の中のキャリア上に、例えば同じプリント作業中に作成される異なる人工臓器の組合せを提供できる。
【００４１】
ある変形型において、別の光重合性液体は、先に反応容器内にあった光重合性液体（例えば、これは第一の光重合性液体又は別の光重合性液体でありうる）が反応容器から取り除かれるまで反応容器内に導入されない。この目的のために、例えば、使用済みの光重合性液体を反応容器の外に送出し、新しい別の光重合性液体を反応容器の中に送出するポンプを提供することができる。このようなプロセスのために、１つの個別のポンプの代わりに、２種類又はそれ以上のポンプを使用することもできる。
【００４２】
ある変形型において、殺菌液を反応容器の中に導入して、３次元多細胞物体の滅菌下での作成を可能にすることも想定され、そのようにされる。このような殺菌液は、例えば、使用済みの光重合性液体が反応容器から取り除かれ、別の光重合性液体が反応容器内に導入されないうちに反応容器に導入できる。さらに、殺菌液は、光重合性液体に加えて反応容器に導入し、それが光重合プロセス中に反応容器内に入っているようにすることも想定できる。
【００４３】
殺菌液としては、例えばエタノール又はプロパノール等のアルコールを使用できる。ここで、これらのアルコールの水溶液で、そのアルコール濃度が例えば４０％〜９０％、特に５０％〜８０％、さらに詳しくは６０％〜７０％（それぞれｖ／ｖ）の範囲であるものが殺菌に特に適している。
【００４４】
ある変形型において、多細胞３次元物体に、その作成プロセス中又はその終了時に、短波長の光（例えば、ＵＶ領域、すなわち３８０ｎｍ未満）を照射し、このようにして滅菌を達成することができる。このようなＵＶ滅菌は一般に知られている。しかしながら、この場合、これらは３次元物体内に含まれる生体細胞がこうしたＵＶ照射により損傷を受けない場合に有利に使用できる。
【００４５】
ある変形型において、キャリアプレート又はキャリア構造が反応容器内に配置され、そこに第一の重合構造が結合される。このようなキャリアプレートの使用は、作成された３次元多細胞物体が後に反応容器そのものの中で研究されず、反応容器から取り出される場合に有益である。例えば、作成された多細胞３次元物体にその後、液体又は気体を供給できるようにするために、キャリアプレートにねじ込み端子（ＤＩＮねじ込み端子等）を設けることができる。また、このようなねじ込み端子を作成プロセス中に３次元多細胞物体の母材の中に導入すること、すなわち前記プロセス中に母材内にねじ込み端子を作ることも可能である。このような母材内のねじ込み端子の製作は、キャリアプレートが使用されるか否かに関係なく実行されてよい。
【００４６】
ある変形型において、キャリアプレートは、反応容器内の光重合性液体（特に第一の、又は別の光重合性液体のうちの１つ）の充填された領域内にある焦点面に光ビームを照射することによって第一の重合構造を生成するステップの前に、キャリプレートを含む、又はそれを構成する重合キャリア構造を形成することによって作成される。これは、この変形型においては、実際の重合構造だけでなく、キャリア構造も重合反応により作成されることを意味する。
【００４７】
キャリア構造は、キャリアプレートと反応容器の底との間に距離があくような形態を有することができる。すると、これによって実際の重合反応の焦点面が、反応容器の底からより長い距離に位置付けられる。特に、すると、最初に形成された重合構造が反応容器の底からより長い距離に位置付けられる。それによって、不要となった重合性液体を反応容器の外に特に簡単に吸引することが可能となる。
【００４８】
液体がキャリアプレート又はキャリア構造を簡単に透過できるようにするために、キャリア構造には、特にキャリアプレート領域内に液体透過開口部を設けることができる。
【００４９】
ある変形型において、光学系が、第一及び／又は別の光ビームを生成するための光源と反応容器との間に配置され、前記光学系は、光ビームを反応容器内のそれぞれの焦点面に集光させる役割を果たす。ある変形型において、この光学系による焦点調整は、反応容器内の焦点面を変化させるために実行できるようにされる。例えば、このような焦点調整は、光源から光学系の距離を変化させることによって実現できる。ここで、コンピュータ制御式ステップモータを提供して、光学系を相応に移動させることができる。光学系は、例えば光学レンズ系又は、特に単純な構成の場合、個々の集光レンズを含むことができる。
【００５０】
光学系の焦点調整が反応容器内部の焦点面を変更又はシフトさせるために実行される場合、通常、反応容器の構成に関する特別な要求事項はない。
【００５１】
ある変形型において、一方で反応容器又は反応容器内に配置されたキャリアプレートと、他方で第一の及び／又は別の光ビームのための光源との間の相対的移動を実行することも可能である。その理由は、例えば反応容器の移動、反応容器内に配置されたキャリアプレートの移動、又は光源の移動により実行されるこのような相対移動により、反応容器内部の焦点面を変化させることも可能であるからである。したがって、この変形型では、任意選択により使用される光学系の焦点調整が不要である。このようにして、光学的ミスアラインメントのリスクを低減できる。
【００５２】
別の変形型の方法において、第一の及び／又は別の光ビームは、第一の光重合性液体及び又は別の光重合性液体の中のそれぞれの焦点面のうちの所定の、事前設定可能な領域に誘導される。これは、光重合性液体に当たり、これらの場所における液体の重合を誘導し、ポリマ又はゲル（母材）を形成する特定の光パターンを決定できることを意味する。例えば、このような光パターンは、マスク又はスクリーンの使用によってだけでなく、パルス式光ビーム又は、光信号のデジタル変調によっても生成できる。重合は、光ビームが当たった光重合性液体の領域で発生する。しかしながら、光ビームが当たらないその他の領域では、光重合性液体はその非重合状態のままである。光ビームはそれゆえ、重合構造のプリントが行われる領域を画定する。このような光支援プリンティングにより、先行技術から知られている方法を使って可能なものよりはるかに高い分解能を実現できる。ここで、分解能は使用される光の波長に依存する。一般的に使用される長い波長の場合であっても、これは先行技術から知られている従来の方法で実現されるものよりよい。光源が高い精度で集光できるほど、その結果として得られる分解能は高くなる。例えば、極めて高い分解能はレーザを使って実現できる。
【００５３】
必要に応じて、光ビームは、ミラーを使ってそれぞれの焦点面に誘導できる。
【００５４】
それぞれの選択された露光パターンは、例えばコンピュータプログラムによって提供できる。ここで、使用者は、ＣＡＤプログラムによって、作成しようとする３次元物体を作成することも想定される。すると、このようにして作成されるデジタル物体が適当なコンピュータプログラムによって個々の露光面に分割される。さらに、指定された光重合性液体又は指定された細胞型が、各面又はそのような面の異なる領域に割り当てられる。これらのデータに基づき、上記の方法を実行するプリンタのための制御データが準備される。これらの制御データは、いつ、どの光重合性液体を反応容器の中に導入しなければならないかを明示する。さらに、これらの制御データは、いつ、どの露光面の像が反応容器内のそれぞれの焦点面に投射されるかを明示する。このようにして、コンピュータ上で前に生成されたデジタル物体は、実際の３次元多細胞物体に変換できる。
【００５５】
ある変形型において、複数の重合構造が同じ層（すなわち同じ焦点面）に作成される。このために、第一の光重合性液体の重合と、例えば第一の液体から形成されたポリマ内への第一の細胞型の埋め込みが最初に行われる。その後、第一の光重合性液体が反応容器から取り除かれ、第二の光重合性液体が反応容器内に供給される。反応容器内の焦点の中の、それまでに露光されておらず、したがって依然として何れの重合構造も示さない領域が今度は露光される。これによって、１つの同じ層の中に異なる細胞型又は異なる母材を生成することができる。したがって、複数の重合構造を１つの同じ層内に形成され、その結果、異種混合層が得られる。その後、第二の光重合性液体が反応容器から取り除かれ、別の光重合液体が反応容器内に供給される。この別の光重合性液体の充填レベルは、それまでに形成された層が完全に覆われるレベルまでとされる。すると、焦点面をシフトさせることができ、作成されるべき３次元多細胞物体の別の層が、対応する重合構造により構成される。この場合、作成された３次元物体の個々の層を同種（１種類の重合構造を含む）で、別の層を異種混合（異なる種類のポリマ構造を含む）とすることができ、層ごとの個々の構造の数は限定されない。実際には、１層当たり１つの重合構造に加え、２、３、４、５、６、７、８、９、又は１０の重合構造での異種成分からなる層が有利であることがわかっている。
【００５６】
ある変形型において、第一の層の中の少なくとも第一の構造、ただし特に第一の層の各構造には、第一の光ビームが２方向から照射される。ここで、これらの２方向は好ましくは、相互に反対である。このような２方向からの照射は、第一の層を反応容器の内面の上に、又は反応容器内に配置されたキャリアプレートの上に特にしっかりと固定できる。これによって、その後、作成された３次元多細胞物体全体を反応容器に、又は反応容器内のキャリアプレートに強力に接着でき、それによって物体のその後の研究が容易となる。一般に、照射は上部が開放している反応容器の中で上から行われる。すると、この変形型において、第一の層は好ましくは、反応容器の底を通じて下からも照射される。このために、反応容器は選択された波長の光ビームを透過させる材料で作られていなければならない。その第一の層の上に配置された後続の層が今度は、好ましくは、１方向（すなわち好ましくは上から）のみから照射され、それによって既に形成された重合構造は、光ビームの焦点面と光ビームを放出するのに使用された光源との間にはなく、したがって、この場合も、光ビームはその焦点面の前には照射されない。
【００５７】
ある変形型において、第一の光ビーム及び／又は別の光ビームは、２００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長（すなわち、ＵＶ領域と赤外領域との間の波長）を有する。好ましくはラジカル前駆体として使用される物質は、このような波長によって特に有効に励起させることができ、それによってラジカルを形成させ、アクリル酸系官能基を担持する開始物質の重合を可能にする。
【００５８】
使用される光ビームの別の適当な波長は、２５０〜９５０ｎｍ、特に３００〜８５０ｎｍ、特に３５０〜８００ｎｍ、特に４００〜７５０ｎｍ、特に４５０〜７００ｎｍ、特に５００〜６５０ｎｍ、及び特に好ましくは５００〜６００ｎｍの範囲内である。
【００５９】
ＵＶ光は生体細胞に損傷を与える可能性があるため、ある変形型においては、可視領域内の波長、すなわち約３８０ｎｍ〜約７８０ｎｍの光だけが使用される。この場合、ＵＶフィルタもまた提供でき、それは光ビームからＵＶ成分を除去して、有害でありうるＵＶ放射を使用される光ビームから安全に排除する。
【００６０】
重合のために使用される光ビームは同じ波長を有することができるが、あるいは、上述の波長範囲とは異なる波長を含んでいてもよく、それによって各種の光重合性液体の適当な重合を可能にする。ここで、個々の光ビームは、異なる光源から生成されても、１つの同じ光源から生成されてもよい。異なる重合構造から異種混合層を形成する場合、１層内（及び従って、１つの焦点面内）で異なる波長を連続的に使用することにより、同じ層の中で異なる光重合性液体を重合させることも可能である。
【００６１】
ある変形型において、方法は、３次元多細胞物体の作成中に、少なくとも１つの機能要素が３次元多細胞物体の中に導入されるように実行される。機能要素は、この場合、膜、経路、穴、センサ、導電性キャリア、及び走化性調製物からなる群より選択される。例えば、経路と穴は、積み上げられた複数の層の中に形成された重合構造の特定の領域を残すとによって物体に含めることができる。
【００６２】
膜は、光重合性液体の中に脂質分子を導入することによって形成できる。
【００６３】
それに加えて、光重合によって、物体の中に塩端も組み込むことができる。これは、光重合性液体が塩を含む、すなわち食塩水である場合に特に簡単に実行でき、プリントされた物体のその後の放電と弱体化を実行できる。
【００６４】
作成プロセス中に物体内に取り付けられたセンサによって、作成された３次元物体のその後の別の操作は不要となり、それは、既に取り付けられたセンサにより直接読み出すことができるからである。これによって、３次元物体のその後の分析が容易になる。
【００６５】
電極等の導電性キャリアを導入することにより、形成された３次元多細胞物体において、物体の電位又は電気特性を分析することが特に簡単である。
【００６６】
ある変形型において、走化性調製物を異なる濃度で異なる層に導入して、それゆえ勾配を形成することにより、多細胞３次元物体の中で、その作成後、目標とする細胞成長を実行させることが可能となる。走化性調製物が誘引物質である場合、それはプラスの走化性を発し、それによって３次元物体の中の細胞は、誘引物質の濃度がより高い領域に向けられる。走化性調製物が忌避物質である場合、それはマイナスの走化性を発し、３次元物体内の細胞は忌避物質の濃度がより低い領域又は、忌避物質が全く存在しない領域に向けられる。これによって、多細胞物質の内部の細胞の、目標とする成長を実現することが可能である。
【００６７】
好ましくは、反応容器内の液面位置を一貫して正確に決定するために少なくとも１つの充填レベルセンサが使用される。すると、この充填レベルデータに基づいて、次の重合ステップを実行するべき焦点面を決定できる。このような充填レベルセンサにより提供されるデータはまた、焦点面を自動的に調節するために使用できる。充填レベルセンサにより提供されるデータはまた、光重合性液体の反応容器への流路を提供するポンプを制御するためにも使用できる。これによって、常に、特定の時点で望ましい層を形成するのに必要な光重合性液体の正確な量を反応容器中に導入することが可能となる。これは、廃棄物の量を最低限に保つ。さらに、これによって、方法全体を経済的な方法で実行することが可能になる。
【００６８】
本明細書に記載の方法の上記の説明からわかるように、この方法は全自動で実行でき、そのため、使用者の動作は不要である。これによって、この方法はさらに簡単に使用できる。
【００６９】
光ビームをそれぞれの焦点面に誘導する時間は、使用される光重合性液体のそれぞれの要求事項に合わせて調整できる。これは、各材料が所望の重合に必要かつ有利な硬化時間を持たせることができることを意味する。
【００７０】
キャリアが反応容器内に配置されている場合、周囲の流動床と、このキャリアが反応容器に関して上昇された時に、キャリア上ですでに重合した構造との間に負圧を生成することができる。しかしながら、その前の重合ステップから反応容器内にまだ存在する光重合性液体の残留物を吸引し、新しい光重合性液体を導入することによって、おそらく優勢としてある負圧を解放することができる。この理由のために、キャリアを反応容器に関して移動させることができ、その際、３次元物体のすでに重合した構造をキャリアからちぎれるリスクを伴わない。
【００７１】
３次元物体がキャリアプレート上に作成される場合、このキャリアプートは、作成プロセスの終了後に反応容器内に残った液体から完全に上昇させることができる。その後、作成された物体は、使用者がキャリアプレートから取り外すことができる。物体がキャリアプレートから外す際に破壊されないようにするために、キャリアプレートは、滅菌空気流をキャリアプレートの表面と作成された３次元物体の下面との間に案内できるように構成することができる。すると、これによって物体はキャリアプレートから均等に押し上げられ、それゆえ、３次元キャリアプレートからそっと外すことが可能となる。
【００７２】
本発明の目的はまた、光重合性液体から３次元多細胞物体を作成するための、以下の特徴を有する装置によって達成される。
【００７３】
このような装置は、反応容器と、装置の動作中にそれが反応容器内に光を放射できるように配置された光源と、を含み、この光は反応容器内の焦点面に集光される。装置はさらに、異なる光重合性液体のためのタンクを含む。さらに、タンクと反応容器の両方と流体連通するようにすることのできるポンプが提供される。この目的のために、適当な弁をポンプとタンクとの間又はポンプと反応容器との間に提供できる。これによって、ポンプにより異なる光重合性液体を反応容器の中に導入し、それらを反応容器から排出することが可能となる。最後に、光源とポンプを制御するための制御ユニットも提供される。
【００７４】
この装置の個々の要素の基本的機能は、上述の方法の説明に関連してすでに述べた。
【００７５】
反応容器がマイクロタイタプレートのウェルである場合、ある変形型において、様々な弁を介して制御可能な複数の異なるラインを提供でき、それによって、異なる反応容器の充填と排出を同時に可能となる。さらに、１つの充填又は吸引装置もまた提供でき、これはマイクロタイタプレートの様々なウェルへと移動させることができる。
【００７６】
反応容器への光重合性液体の供給及び／又は排出は、好ましくは、反応容器の、底に近い領域内で行われる。これは、そうすることで、一方で、除去するべき光重合性液体の残りの量でも反応容器から取り除けることを確実にできるからである。それに加えて、このようにして、新しい光重合液体を反応容器にそっと供給し、すでに重合した構造が新たに供給される液体によって損傷を受けないようにすることを確実にできる。
【００７７】
ある変形型において、光源が提供され、異なる波長の光を発するように構成される。この場合、放出される予定の光の波長は、使用者によって、又は制御プログラムによって決定できる。これは異なる重合波長の使用を可能にし、その目的のために異なる光源を使用しなくてもよい。
【００７８】
ある変形型において、少なくとも１つのミラーが提供され、第一の及び／又は別の光ビームを光重合性液体に誘導する。このようにして、光源と反応容器のさらに多くの種類の配置を利用できる。
【００７９】
上述の装置は、人工臓器又は妊娠モデルの作成にとって特に好適であり、これは本明細書に記載の方法の概要の中で上述したとおりである。ここで、人工臓器は健康な臓器のモデル又は病変モデルとすることができる。
【００８０】
本明細書に記載される方法の好ましい、又は代替的な実施形態は、記載されている装置又は使用にも同様に適用され、その逆でもある。ここで、個々の変形型の何れの所望の組合せも想定され、提供される。
【００８１】
次に、本発明のその他の詳細を、例示的な実施形態とそれに対応する図面に基づいてさらに詳しく説明する。図面は以下を示す。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】図１は、光重合性液体から３次元多細胞物体を作成するための装置の第一の例示的実施形態である。
【図２】図２は、光重合性液体から３次元多細胞物体を生成するための装置の第二の例示的実施形態である。
【図３】図３は、キャリア構造が印刷されるある変形型の方法の例示的実施形態である。
【発明を実施するための形態】
【００８３】
図１は、光重合性液体から３次元多細胞物体を作成するための装置としての３Ｄプリンタの概略的構造を示す。この３Ｄプリンタは、第一の光源１と、第二の光源２と、を含む。第一の光源１から発せられた光は、第一のレンズ３を介して複数の反応容器４へと誘導されるが、図１の説明図ではそのうちの３つのみが示されている。同様にして、第二の光源２により発せられた光は、第二のレンズ５を介して反応容器４へと誘導される。２つの異なる光源１、２の代わりに、１つの光源もまた使用でき、その場合、光路はこの単独の光源により発せられた光が任意選択によって反応容器４の上側から、及び／又は反応容器４の下側から反応容器に誘導されるように構成される。
【００８４】
第一の光源１と第二の光源２は、異なる波長の光を発することができ、波長は自動的に調整可能である。
【００８５】
複数の異なるチャンバ６が、光重合性液体として異なる開始液体をそれぞれ収容し、それが組み合わされて、チャンバ６の数に対応する数のライン８によってポンプに接続されたタンク７を形成する。ポンプ９によって、タンク７のチャンバ６の中に収容された光重合性液体は、反応容器４にライン８を介して輸送できる。この目的のために、反応容器４は対応するラインシステム１０  を介してポンプに接続される。ポンプ９はさらに、廃液タンク１１に接続され、その中に不要となった液体の残留物を供給できる。特に、ポンプ９はまた、反応容器４から不要となった光重合性液体を、ラインシステム１０を介して吸引し、その後、それを廃液タンク１１に供給する役割も果たす。
【００８６】
図１に示される３Ｄプリンタの動作において、ＣＡＤプログラムによって生成されたデジタルオブジェクト１２に関するデータがまず中央制御ユニット１３に送信される。この中央制御ユニット１３の中で、デジタルオブジェクト１２を個々の平面に分解できるが、これは送信されたデータによってまだ行われていない場合に限られる。この場合、中央制御ユニット１３は、第一の光源１、第二の光源２、及びポンプ９を動作させる役割を果たす。それに加えて、使用者の希望に応じて、第二のレンズ５もまた、中央制御ユニット１３によって移動させることができる。作成対象の３次元物体の第一の層に必要な光重合性液体は、第一の層の中に導入されるべき細胞をすでに含んでおり、それがタンク７の対応するチャンバからポンプによって吸引され、対応するライン９とラインシステム１０を介して個々の反応容器４に運ばれる。その後、第一の光源１からの光と第二の光源２からの光の両方が反応容器４に集光され、それによって反応容器４の中にある光重合性液体の重合が起こり、そのように形成された重合構造が反応容器４の内側にしっかりと接着する。その後、重合されなかった残余液体がポンプ９によりラインシステムを介して反応容器４から吸引され、廃液タンク１１へと供給される。
【００８７】
中央制御ユニット１３によりあらかじめ設定されたデータに従って、今度は次の光重合性液体がポンプ９によってタンク７の対応するチャンバ６から吸引され、再び対応するライン８とラインシステム１０を介して反応容器４へと供給される。中央制御ユニット１３は、今度は反応容器に入射する光の焦点面が変化されるようにする。この目的のために、中央制御ユニット１３はモータ１４を作動させ、それによって反応容器４が第一のステップで生成された第一の層の重合構造の厚さに対応する高さの分だけ降下されるようにする。第一の光源からの光は、今度は上から反応容器４照射して重合構造の第二の層を生成し、これは第一の層のすぐ上に形成され、化学反応により第一の層と共有結合する。
【００８８】
このステップでは第二の光源２が不要となるが、これは、両面照射が下の層についてのみ行われるからであり、この層が反応容器４の内側に特に強力に接着することによる。その後、まだ重合していない液体が再び、反応容器４から送出され、別の重合性液体が、中央制御ユニット１３により予め決定された数値に従って反応容器４に導入される。すると、反応容器４は再び下降されて、焦点面が変化させられ、別の層を形成できる。これらのステップは、所望の３次元物体が生成されるまで繰り返される。
【００８９】
上述のように、複数の重合ステップをここで、同じ層に連続的に実行することにより、異なる重合構造の異種混合層を作成できる。さらに、異なる連続層を同じ光重合性液から作成できる。このような場合、第一の重合プロセス中に重合しなかった液体を反応容器４から吸引する必要がない。むしろ、単純に反応容器４を硬化させることにより、焦点面を変化させるだけでよく、反応容器内にまだある光重合性液体の残りを使って、重合構造の別の層が前に形成された層の上に作成される。
【００９０】
それに加えて、中央制御ユニット１３はまた、温度調整ユニット１８を作動させる役割も果たし、これは反応容器４又は反応容器４の周囲の空間及び／又はタンク７及び／又はタンク７のチャンバ６を冷却及び／又は加熱して、所定の反応条件を提供する。温度調整ユニット１８によって、特に簡単な方法で温度依存ゲル化剤を使用し、温度依存準安定ゲルを形成することが可能となる。
【００９１】
図２は、光重合性液体から３次元多細胞物体を生成する装置の別の例示的実施形態としての別の３Ｄプリンタを示す。ここで、図１と同じ要素が同じ参照記号で指定されており、これに関しては、図１に関する上述の説明を参照されたい。
【００９２】
図２に示される３Ｄプリンタは、図１に示される３Ｄプリンタと、特に反応容器４の構成の点で異なる。具体的には、図２に示される３Ｄプリンタにおいて、キャリアプレート１５が反応容器４の中に配置され、それが生成される３次元物体のための基板としての役割を果たす。ここで、第一の光源１からの光は反応容器４の下面から照射される。これは、作成対象の３次元物体が反応容器４の内部で、上面が下向きの状態で作成されることを意味する。作成対象物体の一番下の層がキャリアプレート１５上で最初に重合する。その後、キャリアプレート１５がモータ１４によって上昇されて、キャリアプレート１５にすでに接着した層の上に次の層が作成される。これは、この場合、光源１から反応容器４に照射される光の焦点面が、キャリアプレート１５を上昇させることによってシフトしたことを意味する。ここで、キャリアプレート１５は、その上にすでに形成された重合構造の層が反応容器４の中にある重合性液体１６の表面と接触するまでの分だけ上昇される。その後、第一の光源１からの光が反応容器４に照射されると、それによって形成される重合構造の別の層が、すでにその前に作成された層の上に直接堆積し、２層は相互に共有結合し、それゆえ、最終的に作成される物体に高い安定性を付与する。
【００９３】
図２の３Ｄプリンタには１つの反応容器４だけが提供されているため、ポンプ９を反応容器４に接続するラインシステム１０もまた１本の線である。
【００９４】
キャリアプレート１５の上に作成された物体をキャリアプレート１から容易に取り外せるようにするために、滅菌空気圧力源１６もまた提供され、これは空気圧力ライン１７を介してキャリアプレート１５と流体連通することができる。３次元物体の作成が完了すると、滅菌空気圧力源１６を介して空気がキャリアプート１５の下面と作成された物体の第一の層との間に送られ、それによって物体をキャリアプレート１５から容易に取り外すことができる。
【００９５】
図１の例示的実施形態と図２の例示的実施形態の何れにおいても、上述の機能に加えて、中央制御ユニット１３もまた、光源により生成される像又はパターン、露光時間、反応容器４又は反応容器４内のキャリア１５の高さ、焦点面、反応容器４内の光重合性液体１６の充填レベル、光重合性液体の選択、及び／又はライン８及びラインシステム１０の中に提供される弁を制御するために使用される。このようにして、３Ｄプリンタは、対応する供給データに基づいて全自動で動作し、使用者と対話することなく３次元物体を作成できる。
【００９６】
図１の例示的実施形態と同様に、温度調整ユニット１８が提供される。これに関しては前述の説明を参照されたい。
【００９７】
以下に説明する別の例示的実施形態によって、使用される光重合性液体の温度感受性として考えられるものを示す。
【００９８】
温度感受性物質、特にインバース温度感受性物質を添加することによって、吊り下げられた物体及び中空のチャンバの作成をさらに改善できる。例えば、ここでは、ポロキサマ等の物質を、光重合性液体又は非光重合性液体が光照射せずに所望の温度範囲でゲル化するような濃度で混合できる。
【００９９】
例えば、この方法の過程は次のようにすることができる：ゲル化を約２０℃の温度で起こさせる場合、ポロキサマを、液体がこの領域でゲル化するような濃度で光重合性液体に混合する。複数のポロキサマの混合物もまた可能である。できれば、まず液体をゲル化温度より低い温度まで冷却できる。物体内の吊り下げ構造が希望される場合、温度感受性ゲル化剤を含む液体をゲル化温度より高い温度まで加熱することができる。すると、液体はゲル化する。これと平行して、液体は光重合させることもできる。温度感受性液体のある領域が光重合しない場合、この液体は高い温度で固体であるが、温度をゲル化温度より低く下げることによって、いつでも再び液化できる。温度感受性ゲル化成分はしたがって、プリントプロセスが終わるまで支持構造として機能することができる。プリントが完了すると、温度を再び上述の例示的なゲル化温度２０℃より低くなるまで下げることができる。その結果、液体のうち、重合していない温度感受性部分は再び液化し、外へと送出することができる。ゲルが液化すると、支持構造が除去され、プリントされた物体のうち、その前に支持されていた部分が今度は光重合し、吊り下がる。
【０１００】
図３は、反応容器４内でプリントされた物体１９を示す。プリントされた物体１９は、積み上げられた複数の重合構造２０、２１、２２からなり、これらは図３の説明図では概略的にのみ示されている。一番下の重合構造は、キャリアプレートの役割を果たすプラットフォーム２３上に形成される。プラットフォーム２３は、中央に配置されたスタンド２４を介して反応容器４の底に接続される。スタンド２４は、プラットフォーム２３と反応容器４の底との間に距離Ａが開くようにする。
【０１０１】
全体でプラットフォーム２３とスタンド２４がキャリア２５を形成し、これをキャリア構造と呼ぶことができる。プラットフォーム２３には穴２６が形成され、それを通じて液体は反応容器４の底に流入できる。液体はその後、特に単純な方法で、ラインシステム１０を通じて吸引できる（この点については図１及び２も参照）。さらに、このようにして、ラインシステム１０を通じて新鮮な液体を反応容器に容易に導入でき、すると、底部の重合構造２０が液体の分散を妨害しないため、十分に分散させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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