(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
再吸収性インプラントの付加的な製造において使用される無毒性かつ生物適合性の樹脂組成物のための染料−開始剤パッケージであって、
無毒性かつ生物適合性の光開始剤を活性化する光の伝送を制限し、前記光を散乱させる特性を有する無毒性かつ生物適合性の第１の染料と、
無毒性かつ生物適合性の光開始剤と、
前記第１の染料から反射された散乱光を吸収する無毒性かつ生物適合性の光吸収剤と、
を含み、
前記樹脂組成物が、少なくとも１つのポリマー及び少なくとも１つの溶媒を含む、
パッケージ。
【請求項２】
前記第１の染料が、ＴｉＯ２である、請求項１に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項３】
前記光開始剤が、アシルホスフィンオキシドである、請求項２に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項４】
前記光開始剤が、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）である、請求項３に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項５】
前記光吸収剤が、ベンゾフェノンである、請求項３に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項６】
前記ベンゾフェノンが、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、２，２’，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、スリソベンゾン、スリキソベンゾンナトリウム、２，２’−ジヒドロキシ−４，４’−ジメチオキシベンゾフェノン、５−クロロ−２−ヒドロキシベンゾフェノン、ジオキシベンゾン、ナトリウム２，２’−ジヒドロキシ−４，４’−ジメトキシベンゾフェノン−５，５’−ジスルホネート、２−ヒドロキシ−４−メトキシ−４’−メチル−ベンゾフェノン、ベンゾフェノン−２、ベンゾフェノン−６、オクタベンゾン、及び２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン（オキシベンゾン）からなる群から選ばれる、請求項５に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項７】
前記光吸収剤が、オキシベンゾン（２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン）である、請求項３に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項８】
前記光吸収剤が、アボベンゾンである、請求項３に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項９】
前記第１の染料が、ビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウムである、請求項１に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項１０】
前記光開始剤が、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）である、請求項９に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項１１】
前記光吸収剤が、オキシベンゾン（２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン）である、請求項１０に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項１２】
ＴｉＯ２の量が、前記ポリマー及び溶媒の０．１から５．０重量％である、請求項２に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項１３】
ＢＡＰＯの量が、前記ポリマー及び溶媒の０．１から５．０重量％である、請求項４に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項１４】
オキシベンゾンの量が、前記ポリマー及び溶媒の重量に対して２５から３５％である、請求項７に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項１５】
ビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウムの量が、前記ポリマー及び溶媒の重量に対して０．１から５．０％である、請求項９に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項１６】
ＢＡＰＯの量が、前記ポリマー及び溶媒の重量に対して０．１から５．０％である、請求項１０に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項１７】
オキシベンゾンの量が、前記ポリマー及び溶媒の重量に対して０．１から５．０％である、請求項１１に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項１８】
組織工学適用における使用のための無毒性かつ生物適合性の光重合性組成物のための光開始剤パッケージであって、
無毒性かつ生物適合性の第１の光開始剤及び無毒性かつ生物適合性の第２の光開始剤を含み、
前記第１の光開始剤が付加的な製造装置中の第１の光源に露光された時に前記光重合性組成物を硬化させ、
前記第２の光開始剤が染料として作用して前記付加的な製造装置中の第１の光開始剤を活性化する光の伝送を制限し、
前記第２の光開始剤が組成物を後硬化させるために使用される第２の光源に露光された時に活性化され、
前記光重合性組成物が少なくとも１つのポリマー及び少なくとも１つの溶媒を含む、
パッケージ。
【請求項１９】
前記第１の光開始剤が、アシルホスフィンオキシドである、請求項１８に記載の光開始剤パッケージ。
【請求項２０】
前記第１の光開始剤が、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド（BAPO）である、請求項１９に記載の光開始剤パッケージ。
【請求項２１】
前記第２の光開始剤が、ビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウムである、請求項１９に記載の光開始剤パッケージ。
【請求項２２】
前記第１の光開始剤及び第２の光開始剤の量が、前記ポリマー及び溶媒の０．１から５．０重量％である、請求項１９に記載の光開始剤パッケージ。
【請求項２３】
ビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウムの量が、前記ポリマー及び溶媒の重量に対して０．１から５．０％である、請求項２１に記載の光開始剤パッケージ。
【請求項２４】
ＢＡＰＯの量が、前記ポリマー及び溶媒の重量に対して０．１から５．０％である、請求項２２に記載の光開始剤パッケージ。
【請求項２５】
再吸収性インプラントの付加的な製造において使用される無毒性かつ生物適合性の樹脂組成物のための染料−開始剤パッケージであって：
無毒性かつ生物適合性の光開始剤を活性化する光の伝送を制限し、前記光を散乱させる特性を有する無毒性かつ生物適合性の第１の染料であって、前記樹脂組成物の重量に対して０．１から５．０％の量の第１の染料、
前記樹脂組成物の重量に対して０．１から５．０％の量の無毒性かつ生物適合性の光開始剤、及び
前記第１の染料から反射された散乱光を吸収する無毒性かつ生物適合性の光吸収剤であって、前記樹脂組成物の重量に対して５から２５％の量の光吸収剤
を含み、
前記樹脂組成物が、少なくとも１つのポリマー及び少なくとも１つの溶媒を含む、
パッケージ。
【請求項２６】
さらに無毒性かつ生物適合性の第２の染料を含む、請求項２５に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項２７】
前記第１の染料が、二酸化チタンである、請求項２６に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項２８】
前記光開始剤が、アシルホスフィンオキシドである、請求項２５に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項２９】
前記光開始剤が、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）である、請求項２８に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項３０】
前記第２の染料が、ビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウムである、請求項２６に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項３１】
前記光吸収剤が、ベンゾフェノンである、請求項２５に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項３２】
前記光吸収剤が、オキシベンゾン（２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン）である、請求項３１に記載の染料−開始剤パッケージ。
【請求項３３】
無毒性かつ生物適合性で再吸収性のインプラントの付加的な製造における使用のための光重合性組成物であって、
無毒性かつ生物適合性の光吸収剤、無毒性かつ生物適合性のポリマー、溶媒、及び染料−開始剤パッケージを含み、
該染料−開始剤パッケージが、前記ポリマー及び溶媒の０．１から５重量％の量の無毒性かつ生物適合性の染料と、前記ポリマー及び溶媒の０．１から５重量％の量の無毒性かつ生物適合性の光開始剤と、を含み、
前記染料が、前記光開始剤を活性化する光の伝送を制限し、前記光を散乱させる特性を有し、
前記光吸収剤が、前記染料から反射された散乱光を吸収する、
組成物。
【請求項３４】
前記生物適合性の光吸収剤が前記ポリマー及び溶媒の１０から３５重量％の量で提供される、請求項３３に記載の光重合性組成物。
【請求項３５】
さらに、無毒性かつ生物適合性の第２の染料を含み、該第２の染料が前記ポリマー及び溶媒の０．１から５重量％の量で提供される、請求項３３に記載の光重合性組成物。
【請求項３６】
前記光吸収剤が、ベンゾフェノン又はアボベンゾンである、請求項３４に記載の光重合性組成物。
【請求項３７】
前記第２の染料が、ビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウムである、請求項３５に記載の光重合性組成物。
【請求項３８】
前記生物適合性のポリマーが、ポリプロピレンフマレートである、請求項３３に記載の光重合性組成物。
【請求項３９】
前記溶媒が、フマル酸ジエチルである、請求項３８に記載の光重合性組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]  本願は、参照することにより本明細書に組み込まれる２０１０年８月２０日出願の米国仮特許出願第６１／３７３，３５３号及び２０１１年５月２９日出願の同第６１／４９１，１９４号の利益を主張する、２０１１年８月２２日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０４８６２０号の一部継続出願である。本願は、２０１２年１１月３０日出願の米国仮特許出願第６１／７３１，８４３号の優先権の利益も主張する。
【０００２】
連邦政府による補助金の通知
[0002]  本発明は、国立衛生研究所（ＮＩＨ）により授与されたグラント第Ｒ０１−ＤＥ０１３７４０及び同第Ｒ０１−ＡＲ０６１４６０に基づく政府支援によりなされた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  組織工学は、助力なしに身体が自身で再生しうるよりも大きな組織中の欠損を再生する試みである。ほとんどの場合、組織工学は、３つの構成要素：インプラント（しばしば、足場と呼ばれる）、細胞及び成長因子を創り出すための技術を必要とする。組織の再生は、器官の機能に特異的な細胞だけでなく、血管及びしばしば結合組織の注入も必要とする。成長因子は、濃縮された組織前駆細胞のパフォーマンス又は宿主の修復組織の動員を助けることができる。インプラント又は足場は、幹細胞及び／又は浸入する宿主組織、血管並びに結合組織を誘導することを求められることが多い。インプラントは、患者組織中の欠損に適合するように設計してもよい。インプラントの形状は、最初に患者内の欠損面積又は体積を測定することによって決定してもよい。次いで、インプラントは、例えば、測定された欠損面積又は体積に照らしてコンピュータ支援設計（CAD）によって設計されうる。次いで、インプラントが製造されうる。
【０００４】
[0004]  インプラントを設計し、製造する場合に考慮するべき要素は、正確にぴったりと合わせるための適切な幾何学的形状を含む。：（ａ）インプラントの外部表面の欠損部位への適合及び（ｂ）組織、血管及び結合組織の最初の注入を導くインプラント内の多孔質空間。インプラント又は足場の多孔質空間の間の壁が厚すぎる場合、それらは再吸収しない可能性があり、それにより、リモデリングするための障壁となる。材料が分解する場合、その副産物は、それらが組織の再生又はリモデリングを妨げないように、無毒性であり、かつ容易に代謝される必要がある。
【０００５】
[0005]  足場の機能的な幾何学的特徴は、細胞の接着、増殖又は成熟に影響を及ぼすために設計されうる。細胞と直接相互作用する表面フィーチャは、足場の粗さ及び多孔度を含む。粗く、多孔質の構造は、細胞のローディング（loading）、新組織（neotissue）の成長及び宿主組織の内殖を促進しうる。設計者は、インプラント全体の機械的性質並びに孔空間の多孔度、ねじれ、浸透性及び総孔体積の双方を制御するために、多孔質の幾何学的形状を操作しうる。多くの組織工学足場（tissue engineering scaffold）は、５０〜５００マイクロメーターのオーダーの孔開口部の形状などの可変の表面フィーチャを有する、２００から１６００マイクロメーターまでの間にわたる孔を必要としうる。従来、これらのフィーチャは、それから足場が製造される樹脂に、リン酸三カルシウム結晶などの粒子を含有させることによって得ることができた。しかしながら、宿主体内での結晶の再吸収性に関する懸念が生じうる。
【０００６】
[0006]  別の重要な幾何学的特徴は、宿主組織が足場の壁又は障壁に衝突しないための、孔構造の斜めの方向づけであってもよく、この衝突は、孔又はチャネルが宿主組織に向いている場合よりも、孔構造が直交して構築された場合に、より可能性が高い。インプラントの設計者は、足場内の孔チャネルが、宿主組織に向かって開口するように方向づけることによって、新しい組織のインプラント中への成長及びインプラントの宿主組織中への活発な組み込みを促進することを望むかもしれない。
【０００７】
[0007]  これらの機械的及び幾何学的特徴を有するインプラント又は足場の付加的な製造は、比較的高い精度レベルを必要とする。例えば、正確なレンダリングは、上記の及び他のもののような複雑な内部孔構造が創出されうる可能性を高める。光造形法は、Ｐａｕｌ  Ｊａｃｏｂｓによって、Ｐａｕｌ  Ｆ．  Ｊａｃｏｂｓ、Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ＆  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ：Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  ＳｔｅｒｅｏＬｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ（1992年1月15日）及びＰａｕｌ  Ｆ．  Ｊａｃｏｂｓ、Ｓｔｅｒｅｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ＆  Ｏｔｈｅｒ  ＲＰ＆Ｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ：Ｆｒｏｍ  Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ  ｔｏ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｏｏｌｉｎｇ（1996年1月1日）中に記載されている。
【０００８】
[0008]  インプラント又は足場を設計し、製造する時に考慮すべき追加の要素は、機械的応力に対処し、それを伝達する部分にとって適切な強度及び剛性である。場合によっては、強度及び剛性は、インプラント又は足場が宿主体内で再吸収性又は分解可能である必要性と比較考量されなければならない。ポリマーの分子量を操作することは、多くの場合、インプラントの強度に対して、インビトロ並びにインビボの再吸収レベルの速度及び範囲の両方を調整することが多く、分子量が高いと強度がより高いことが多く、分子量が低いとより再吸収性であることが多い。しかしながら、低分子量の足場又はインプラントの後硬化処理は、問題のある可能性があり、したがって、理想的なレンダリング方法は、いずれの必要な後硬化処理も最小限としうる。
【０００９】
[0009]  光造形法によるインプラント及び足場のレンダリングが実証されてきたが、これまで、市販の装置における制限は、精度レベルを比較的低いものとしてきた。
【００１０】
[0010]  例えば、従来の光造形法によるレンダリング装置の精度及び解像度では、該装置は、最適の幾何学的スケールのうちの下限の孔及び孔開口部などの、足場又はインプラントの表面特徴を生成することができない。従来の光造形法によるレンダリング装置は、インプラント及び足場の直交する向きの孔構造を生成することが可能でありうる一方、それらは、斜め向きの孔を生成するために十分な解像度を提供することが不可能でありうる。さらに、光造形法によるレンダリングは、インプラント又は足場の製造との関係で様々な他の制限も有しうる。例えば、従来の光造形装置は、層を重合させるためにレーザーを使用する。レーザーは、タンク入りの液体ポリマーの上部に対して下方に向く。タンクの内部には昇降機があり、下方にある部分が層ごとにレンダリングされる時にこの部分を下向きに引き下げる。典型的に、描画速度は、層中のすべての画素を同時に描くのには十分に早くなく、これは、インプラント又は足場がレンダリングされる際に、層内の画素間の架橋及び／又は過硬化若しくは層間のステッチングを制御することを困難にしうる。
【００１１】
[0011]  また、従来の光造形装置は、例えば、重合深度及び過硬化のレベル又は強度を制御するために、層内の別の点におけるエネルギー量に対して、１つの点におけるエネルギー量を調節する方法を提供することができない。重合深度並びに効果のレベル又は強度を制御することは、極めて重要である。
【００１２】
[0012]  多くの他の形態の光開始される付加的な製造におけるような連続デジタル光処理（「ｃＤＬＰ」）による鎖長依存性の伝播における解像度の制御は、有用で正確な部品とするために必須である。高精度の付加的な製造を可能とする数種の重要な技術的側面は、（ｉ）光の正確なデリバリー、（ｉｉ）光の波長及びエネルギー量の良好な制御、及び（ｉｉｉ）各層を形成し、先に構築された層と結合（すなわち、ラミネート）するための適切な位置に移動させられることのできる構築された表面である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
[0013]  通常、ｃＤＬＰ製造において、硬化深さ又はｚ軸解像度を制御するための手段として、光開始剤を活性化する光の波長を制限するために、（光減衰材とも呼ばれる）染料として知られる光阻害剤がポリマー混合物に導入される。これらの染料は多数あるが、生物適合性の選択肢はずっと少ない。さらに、紫外線透過度及びＵＳＰグレードに対して有効な染料は、さらに入手が困難である。これらの要求に合う１つの染料は、二酸化チタンである。これは、多くのセラミックのように生物適合性で、安定で、粒径が小さく、光開始ポリマー混合物中での使用に理想的である。しかしながら、二酸化チタンは強力な紫外線吸収剤である一方、強力な散乱特性も有し、これが意図しない硬化をもたらし、それによってｘｙ平面において、及び潜在的にｚ平面において解像度を減少させるという、避けられない不都合な点がその有効性には存在する。この現象は、「暗硬化（dark cure）」と呼ばれる。二酸化チタンと一緒に、並びにそれら自身で機能して、所望の物理的、生物学的及び化学的性質を有する、再吸収性で生物適合性の組織工学足場を生成する、染料又は他の生物適合性の作用物質を同定することが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
[0014]  本明細書に開示されるのは、再吸収性の足場及びインプラントの３Ｄ製造（組織工学）において使用される、光重合性樹脂混合物のための組成物である。用語、樹脂は、本明細書において、ポリマー及び染料、光開始剤などの他の構成要素を含有し、付加的な製造適用において使用される光重合性の（液体などの）流動性材料をさすために使用される。本明細書中で使用されるとおり、用語、重量パーセント（%）又は重量比（w/w）は、交換可能に使用される。
【００１５】
[0015]  付加的な製造をされた部分の解像度は、光重合可能な樹脂組成物中で、製造された部分の平面間（ｚ）解像度を制御する樹脂組成物中の第一の物質、光開始剤、及び製造された部分の平面内（ｘ−ｙ）解像度を制御する第二の物質の使用によって制御される。
【００１６】
[0016]  再吸収性インプラントの付加的な製造において使用される樹脂組成物のための染料−開始剤パッケージは、光開始剤を活性化する光の伝送を制限する染料、光開始剤、及び第１の染料から反射された光を吸収する光吸収剤を含む。一実施形態によれば、第１の染料はＴｉＯ２である。別個の実施形態によれば、光開始剤はアシルホスフィンオキシドである。別個の実施形態によれば、光吸収剤は、ベンゾフェノンである。さらに別の実施形態によれば、光開始剤は、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）である。さらに別の実施形態によれば、光吸収剤は、「ＨＭＢ」としても知られる、オキシベンゾン（２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン）である。
【００１７】
[0017]  再吸収性インプラントの付加的な製造において使用される樹脂組成物のための染料−開始剤パッケージは、光開始剤を活性化する光の伝送を制限する染料、光開始剤、及び第１の染料から反射された光を吸収する光吸収剤を含む。一実施形態によれば、第１の染料は、ビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウム（Irgacure（登録商標）784）である。別個の実施形態によれば、光開始剤は、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）である。さらに別の実施形態によれば、光吸収剤は、オキシベンゾン（２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン）、ジベンゾイルメタン、若しくはその光安定な誘導体（例えば、アボベンゾン）、オクチノキサート、オクトクリレン、又はパディメートＯである。
【００１８】
[0018]  再吸収性の足場及びインプラントの製造において使用される液体光重合性組成物のための染料−開始剤パッケージは、染料、光開始剤、及び光吸収剤を含み、該染料は、液体光重合性組成物の重量比（w/w）で約０．１から約５．０％のＴｉＯ２であり、光開始剤は、約０．１から約５．０％（w/w）のＢＡＰＯであり、及び光吸収剤は、約２５から約３５％（w/w）のオキシベンゾンであり、分母は、液体光重合性ポリマー（複数可）及び組成物又は樹脂中で使用される任意の溶媒の重量である。別の実施形態において、染料は、約０．１から約５．０重量％のビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウム、光開始剤は、約０．１から約５．０重量％のＢＡＰＯであり、光吸収剤は、約０．１から約５重量％のオキシベンゾンである。
【００１９】
[0019]  再吸収性の足場及びインプラントの製造において使用される樹脂組成物のための染料−開始剤パッケージは、第１の染料及び光開始剤を含み、第１の染料は、ビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウムを含み、光開始剤は、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）を含む。一実施形態によれば、組成物は、約０．１〜５．０％（w/w）の第１の染料、及び約０．１〜５．０％（w/w）の光開始剤を含み、重量パーセントは、ポリマー（複数可）及び樹脂中で使用される任意の溶媒の重量に基づく。他の範囲は、第１の染料が約０．１〜１％（w/w）、及び光開始剤が約１〜３％（w/w）であることを含む。
【００２０】
[0020]  組織工学適用における使用のための液体光重合性組成物のための光開始剤パッケージは、第１の光開始剤、及び第２の光開始剤を含み、ここで、第１の光開始剤は、付加的な製造装置中の第１の光源に露光された時に組成物を硬化させ、第２の光開始剤は、付加的な製造装置中の第１の光開始剤を活性化する光の伝送を制限し、さらにここで、第２の光開始剤は、組成物を後硬化させるために使用される第２の光源に露光された時に活性化される。一実施形態において、第１及び第２の光開始剤の一方又は両方は、アシルホスフィンオキシドである。さらに別の実施形態によれば、第１の光開始剤はＢＡＰＯであり、第２の光開始剤はビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウムである。本明細書においてさらに考慮されるのは、３Ｄ印刷された組織工学部品の強度を増大させる方法であって、光重合性ポリマーを第１の光開始剤及び第２の光開始剤と混合する工程であって、第２の光開始剤が第１の光開始剤を活性化する光の伝送を制限する工程と、該混合物を局在化された光に露光して、ポリマーを硬化させる工程と、光浴中で生成物を後硬化させる工程であって、光浴中の光が第２の光開始剤を活性化して、製造された部分の強度を増大させる工程とを含む、方法である。
【００２１】
[0021]  第１の染料、光開始剤、光吸収剤及び任意選択により、第２の染料を含む、付加的な製造用樹脂のための染料−開始剤パッケージ。染料は、二酸化チタン及び／又はビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウム（Irgacure（登録商標）784）であってもよい。光開始剤は、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）であってもよい。光吸収剤は、オキシベンゾン（２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン）であってもよい。一実施形態において、パッケージは、約０．１〜５％（w/w）のＴｉＯ２、約０．１〜５％（w/w）のＢＡＰＯ、約０．１〜５％（w/w）のＩｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）７８４及び約８〜１５％（w/w）のオキシベンゾンを含み、ここで、重量パーセントは、ポリマー（複数可）及び樹脂中で使用される任意の溶媒の重量に基づく。
【００２２】
[0022]  生物適合性ポリマー、溶媒、及び染料−開始剤パッケージを含む、再吸収性インプラントの付加的な製造における使用のための液体光重合性組成物。一実施形態によれば、生物適合性ポリマーは、ポリプロピレンフマレートを含み、溶媒は、フマル酸ジエチルを含み、染料−開始剤パッケージは、染料、光開始剤、光吸収剤、及び任意選択により、第２の染料を含む。
【００２３】
[0023]  生物適合性ポリマー、溶媒、及び染料−開始剤パッケージを含む、生物適合性で再吸収性の足場の３Ｄ印刷のための液体光重合性組成物であって、生物適合性ポリマーがポリプロピレンフマレートを含み、溶媒がフマル酸ジエチルを含み、染料−開始剤パッケージが染料及び光開始剤を含む。組成物は、１：１、１．５：１、２：１又は３：１の比の溶媒に対するポリプロピレンフマレートの重量比、約０．１から５．０％（w/w）の染料であって、重量パーセントが、ポリプロピレンフマレート及び組成物中の溶媒の重量に基づく染料、並びに約０．１から５．０％（w/w）の光開始剤であって、重量パーセントが、ポリプロピレンフマレート及び組成物中の溶媒の重量に基づく光開始剤、を含みうる。組成物はさらに、約１０から３５％（w/w）の範囲内の光吸収剤を含み、光吸収剤の重量パーセントは、ポリプロピレンフマレート及び組成物中の溶媒の重量に基づく。組成物はさらに、約０．１から５．０％（w/w）の範囲内の第２の染料を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】[0024]インプラントの付加的な製造のための連続デジタル光処理（ｃＤＬＰ）を例示する。
【図２】[0025]開始剤、光源、及び染料に関する、波長対光吸収／発光の大きさをプロットした代表的なチャートを例示する。
【図３】[0026]液体光重合性樹脂の層の硬化深さに対する二酸化チタン染料濃度の効果を示すプロットを例示する。
【図４】[0027]代表的な多孔質構造足場を例示する。
【図５】[0028]斜めの孔を含む代表的な多孔質構造を例示する。
【図６】[0029]後硬化された３Ｄ印刷された足場の、「素地の」（後硬化されていない）足場に比較した弾性を例示する。
【図７】[0030]後硬化された３Ｄ印刷された足場の、「素地の」（後硬化されていない）足場に比較した強度を例示する。
【図８】[0031]代表的な足場の等角図、正面図及び頂角図を例示する。
【図９】[0032]１％ＢＡＰＯの固定濃度において異なるパーセンテージの二酸化チタン及びオキシベンゾンを用いた、生物適合性樹脂の硬化層厚さに対する効果のプロットを例示する。
【図１０】[0033]２％ＢＡＰＯの固定濃度において異なるパーセンテージの二酸化チタン及びオキシベンゾンを用いた、生物適合性樹脂の硬化層厚さに対する効果のプロットを例示する。
【図１１】[0034]３％ＢＡＰＯの固定濃度において異なるパーセンテージの二酸化チタン及びオキシベンゾンを用いた、生物適合性樹脂の硬化層厚さに対する効果のプロットを例示する。
【図１２】[0035]付加的な製造プロセスの一実施形態によって製造された中実円柱の応力対ひずみをプロットする。
【図１３】[0036]付加的な製造プロセスの一実施形態によって製造された中実円柱の応力対ひずみを破壊までプロットする。
【図１４】[0037]患者における埋め込みのための組織工学足場を製造し、組織の成長を促進する方法を例示する。
【図１５】[0038]患者に埋め込まれるインプラントの連続デジタル光処理による製造のためのプロセスを例示する。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
付加的な製造
[0039]  図１はインプラントＩＭＰの付加的な製造のための連続デジタル光処理（ｃＤＬＰ）装置１００を例示する。装置１００は、デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）プロジェクタ１１０を含む。ＤＭＤは、層の画像の各画素における投影光の強度を制御するマイクロミラーのアレイから成り、インプラントＩＭＰの各層の各ボクセル（体積画素）を効果的に重合させる。（「マイクロ光造形法」、「投影光造形法」又は「投影印刷」とも呼ばれる）連続デジタル光処理における用語「連続」は、光造形法などの他の付加的な製造法において起こるボクセルの逐次的な描画（すなわち、レーザービームの移動）とは対照的に、層内のすべてのボクセルが同時に投影されうることを示す。ｃＤＬＰに基づく付加的な製造は、合わせて１つの画像としての完全なインプラント層となりうる複数のボクセル又は「ボクセルマスク」を投影する。これは、層全体が同時に硬化されることを可能とする（すなわち、連続硬化）。
【００２６】
[0040]  光架橋に依存する他の３Ｄ印刷技術も本明細書において考慮され、本明細書において考慮される樹脂組成物は、伝統的な光造形法並びに２光子製造加工法にも適用され、これは、ミクロン未満の精度及び光架橋に依存する他の３Ｄ印刷技術を達成することができる。
【００２７】
[0041]  プロジェクタ１１０は、透明又は半透明な基部プレート１３０を通して光１２０を投影し、基部プレートの上部には液体光重合性材料を含む樹脂１４０がある。光１２０への露光は、樹脂１４０を少なくとも部分的に硬化させるか又は重合させて、インプラントＩＭＰの層を形成する。例示した実施形態において、装置１００はさらに、インプラントＩＭＰが動作可能にそこへ付着する構築プレート（build plate）１５０を含む。構築プレート１５０は、モータ（示されない）に動作可能に付着し、モータの動作は、光１２０が樹脂１４０を逐次的に硬化又は重合させてインプラントＩＭＰの各層を形成する際に、構築プレート１５０を基部プレート１３０から離れるように逐次的にシフト又は上昇させる。光１２０はさらに、先にレンダリングされた層を重合又は過硬化させて、新たに重合された層を先の層に結合又はステッチさせる。
【００２８】
[0042]  一実施形態において、ｃＤＬＰ装置１００は、ｅｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣ（Gladbeck、Germany）製のＰｅｒｆａｃｔｏｒｙ（登録商標）ＵＶ装置である。別の実施形態において、ｃＤＬＰ装置１００は、ｅｎｖｉｓｉｏｎＴＥＣ製のＰｅｒｆａｃｔｏｒｙ（登録商標）ＵＶ装置以外のｃＤＬＰ装置でありうる。
【００２９】
精度及び解像度
[0043]  ３Ｄ印刷ストラテジーの精度は、光の送達を支援するハードウエア、光に反応する樹脂の化学的性質、並びに構築プラットフォームの層ごとの造形の間の位置決めの精度に依存する。光架橋に基づく３Ｄ印刷技術は、すべての付加的な製造モダリティーの中で最高の精度を有しうる。
【００３０】
[0044]  一実施形態において、投影された各ボクセルマスクも、空間的に変化する放射照度を使用し、これは、各画素が異なる光強度値に割り当てられうることを意味する。各画素を異なる強度値に割り当てることの利益は、層内で硬化速度を変化させ、画像処理におけるものに類似したアンチエイリアシング法を可能とすることを含む。一実施形態において、ｃＤＬＰ装置１００は、ｘ及びｙ方向の画素の小部分によりマイクロミラーを移動させることによって装置の真の解像度を増大させる技術である画素シフトと同様のプロセスによって、層内（ｘ−ｙ）解像度を効果的に２倍にする高解像度モジュール（Enhanced Resolution Module（ERM））（示さない）を備える。
【００３１】
[0045]  ｃＤＬＰレンダリングの独特の性質は、設計ファイル又はＣＡＤファイルにおいて見られる形状に対する、結果として得られたインプラント又は足場の類似性として定義される、改善された精度を可能とする。精度を高める１つの原因は、平面内（ｘ−ｙ）解像度であり、これは、投影レンズの倍率及びＤＬＰチップの解像度の関数である。画素サイズは、７５マイクロメーター以下であってもよい。ＥＲＭ、画素シフト、アンチエイリアシング又はそれらの組合せは、さらに、平面内解像度を少なくとも２倍高めうる。
【００３２】
[0046]  ｃＤＬＰ装置１００はさらに、平面間又は（ｚ）解像度を高めることによって精度を高める。平面間（ｚ）解像度は、他の要素の中でも、モータ（示さない）により制御され、これは、構築平面１５０を連続した層の間にシフトさせる。一実施形態において、装置１００は、５０マイクロメーター及び１５マイクロメーターもの小さな増分が可能なモータを有する。平面間（ｚ）解像度は、光１２０の透過の深さを制御して、樹脂１４０又はインプラントＩＭＰの先にレンダリングされた層に重合エネルギーを限定することによって、さらに制御されうる。
【００３３】
[0047]  インプラント又は足場の解像度における精度も、樹脂の構成要素によって決定され、これは、ポリマーが光架橋される場合の精度及び架橋密度を改善するために操作されうる。架橋を制御することは、レンダリングされたインプラント表面の精度を高め、架橋密度を不均一に分布させるために光が使用可能である場合、インプラント内の材料の特性の制御を可能とし、重合の解像度が改善されると、造形プロセスの間に必要な処理量を減少させる。
【００３４】
[0048]  Ｐｅｒｆａｃｔｏｒｙ（登録商標）ＵＶ装置のモデルは、５０マイクロメーターずつの増分が可能なモータ及び６０ミリメーターのレンズを有し、７１マイクロメーターの平面内（ｘ−ｙ）ネイティブ解像度及び画素シフトを用いて３５．５マイクロメーターを提供する。したがって、Ｐｅｒｆａｃｔｏｒｙ（登録商標）ＵＶ装置のこのモデルは、３５．５×３５．５×５０μｍのボクセルを連続重合することができる。Ｐｅｒｆａｃｔｏｒｙ（登録商標）ＵＶ装置の別のモデルは、４２マイクロメーターのネイティブ平面内（ｘ−ｙ）解像度及び画素シフトによる２１マイクロメーターの解像度を提供する７５ミリメーターのレンズを有する。
【００３５】
光重合性材料
[0049]  ｃＤＬＰプロセスは、結果として得られるインプラントＩＭＰの機械的性質及び他の性質を、光重合性材料の分子量を制御することによって部分的に制御する。材料の分子量の操作は、得られるインプラントＩＭＰの強度を調整し、分子量が高いほど一般に強度が高い。したがって、インプラントＩＭＰが大きな機械的応力を受ける適用のためには、レンダリングされた部分が機械的応力を適切に処理し、伝達しうるように、光重合性材料を選択することができる。
【００３６】
[0050]  患者の体における埋め込みを目的とするインプラント又は足場のような適用においては、光重合性材料並びに任意の開始剤、染料、溶媒、及び他の物質を含むインプラント、又は足場の構成要素が生物適合性であることが重要であり、それは、インプラントが生きている細胞、組織、又は器官に損傷又は毒性の実質的リスクをもたらさず、免疫系による拒絶の実質的なリスクをもたらさないことを意味する。場合によっては、何らかの非生物適合性の構成要素又はプロセスを使用することが可能である。しかしながら、それらは通常、埋込の前に完全に除去されるか、生物適合性とされる。例えば、いくつかの非生物適合性化学物質が製造プロセスの間に使用されうるが、埋込の前に完全に除去されなければならない。
【００３７】
[0051]  組織工学足場のような適用においては、足場の再吸収性又は生体吸収性、すなわち、宿主の体内で分解する該部分の能力が非常に重要な考慮事項である。これは、細胞の成熟及び入ってくる宿主組織に応答して足場が再吸収する骨のような組織の再生にとって重要である。時宜を得た足場の再吸収は、自由なリモデリング及び宿主への新組織の組み込みを可能とするための成功した血管系の統合のために重要である。したがって、材料特性の予測可能な損失率、足場の予測可能な劣化率（例えば、全体的に劣化するよりも、予測可能な割合で破損又は磨滅するポリマーを選ぶことが有用でありうる）、及び予測可能なｐＨ変化率を含む、予測可能な足場の再吸収は重要である。ポリ（ｌ）乳酸（PLA）、ポリ（グリコール）酸（PGA）、ポリ（ε−カプロラクトン）を含む、広い範囲の生物適合性ポリマーが存在する。Ｖｅｒｔ  Ｂｉｏａｂｓｏｒｂａｂｌｅ  ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ−ａｎ  ｏｖｅｒｖｉｅｗ．Ｅｕｒｏｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎ  Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ（２００９）（５）（Ｆ）：Ｆ９−Ｆ１４。
【００３８】
[0052]  足場の樹脂に抗生物質及び生物活性分子を組み込むことも有益でありうる。生物活性リガンドの組み込みは、（骨足場における骨芽細胞などの）新組織にとって有用な細胞の選択的付着を促進するために有用でありえ、一定の細胞の選択的付着は、望ましくない細胞タイプに優先しうる。細胞付着に関連する細胞成分を上方制御し、付着した細胞の増殖を改善し、及び／又は所望の組織機能に向けて細胞のその後の成熟を促進するリガンドも使用してもよい。
【００３９】
[0053]  足場の強度及び剛性は、足場の再吸収率と比較考量されなければならない。一般に、材料の分子量の操作は足場の再吸収レベル対強度を調整し、分子量がより高いと、より強いがより再吸収性の低い足場となり、分子量がより低いと、より弱いがより再吸収性の高い足場となる。
【００４０】
[0054]  低分子量のポリマーは、安全に分解し、体内に吸収可能であることが多い。一般に、再吸収性ポリマーは、一般の自動車、航空宇宙及び工業適用において使用されるポリマーに比べて非常に低分子量であることが多い。再吸収性ポリマーは通常、これらの適用において使用されるポリマーよりも２から３桁も低い分子量を有する。
【００４１】
[0055]  再吸収性であることに加えて、理想的には、得られるインプラントは、孔を含むインプラントの構造からのレンダリング後の未重合材料の浄化を可能とするために十分な「素地強度（green strength）」を有する。素地強度は、ｃＤＬＰが起こった直後で未重合材料が洗い流された後であるが、ＵＶ光ボックスへの露光又は熱に基づく硬化などの任意の後硬化の前の、レンダリングされたインプラントの強度として定義される。
【００４２】
[0056]  一実施形態において、本開示のｃＤＬＰプロセスは、光重合性材料として再吸収性ポリマーポリ（プロピレンフマレート）又はＰＰＦを使用する。ＰＰＦは、低分子量、無毒性及び再吸収性を含む、光重合性材料に関して上で議論した特徴のほとんどを組み込んでいる。別の実施形態において、本開示のｃＤＬＰプロセスは、ＰＰＦ以外の再吸収性の光重合性材料を使用する。さらに別の実施形態において、本開示のｃＤＬＰプロセスは、再吸収性でないが、生物適合性又はバイオニュートラル（bioneutral）な光重合性材料を使用する。一実施形態において、光重合性材料は、約４，０００ダルトン以下の分子量を有する。別の実施形態において、液体の光重合性又は光硬化性材料は、約１，２００ダルトン以下の分子量を有する。さらに別の実施形態において、光硬化性材料は、１，０００ダルトンから２０，０００ダルトンの範囲の分子量を有する。しかしながら、１，０００〜５，０００ダルトン、２，５００〜８，０００ダルトン、７，５００〜１５，０００ダルトンなどを含む、他の分子量範囲も可能である。
【００４３】
[0057]  本明細書において、光造形連続デジタル光処理又は他の光架橋に基づく３Ｄ印刷法により製造される、孔を有しても有さなくてもよく、ヒドロゲル中に懸濁された細胞、増殖因子及び／又は他の構成成分を有しても有さなくてもよい、インプラント及び再吸収性インプラント及び生物適合性構造も考慮される。選択されるポリマー又はポリマー（複数）は、樹脂中の他の構成成分が相互に及び該１つ又は複数のポリマーに結合する能力、並びに該ポリマー（複数可）と他の樹脂構成成分間の他の物理的相互作用にも影響を及ぼすことができる。
【００４４】
粘度
[0058]  ＰＰＦなどのいくつかの液体光重合性材料は、粘度が高い。図１を参照すると、ｃＤＬＰにおいて、例えば、基部プレート１３０上部に利用可能な樹脂１４０が十分にない場合、又は液体光重合性材料を取り込んだ樹脂１４０の粘度が過剰であるためにその層内に気泡が形成される場合、層の欠如が生じうる。粘稠な樹脂はまた、先の層が硬化した領域に残された空所への流れこみがさらなる時間を必要とするため、層と層の間により長い休止を必要とする可能性がある。より長い露光時間（及び／又は粘度の高いだけの材料）も、構築プロセスの間に、透明な基部プレートへの足場の望ましくない接着をもたらしうる。
【００４５】
[0059]  溶媒の使用は、樹脂の粘度を減少させることによってこれらの問題を緩和しうる。粉末（すなわち、固体結晶）、セラミックス又は他の構成要素などの、製造された部分に最終的に結合される物質の添加は、樹脂中に該添加物を溶解するために、溶媒の使用を必要とする可能性がある。しかしながら、溶媒の使用は、インプラント若しくは足場の剛性に影響する可能性があり、より大量の溶媒はインプラントの剛性を低下させる。理想的には、樹脂の粘度は、インプラントの剛性を犠牲にせずに低下されうる。さらに、樹脂の粘度を低下させるために使用される任意の物質は、低毒性又は無毒性を含む、液体光重合性材料について上記したものと同じ特徴をいくつか有しなければならないであろう。
【００４６】
[0060]  樹脂１４０中で使用される液体光重合性材料がＰＰＦである一実施形態において、樹脂の粘度を低下させるためにフマル酸ジエチル（ＤＥＦ）が樹脂１４０に添加される。ＤＥＦは、ＰＰＦへのモノマー前駆物質である。このモノマーは、架橋して結果として得られるインプラント又は足場となり、いったん架橋すると毒性リスクをほとんど又は全く引き起こさない。一実施形態において、ＰＰＦに対するＤＥＦの割合は、重量で約１：１である。ＰＰＦに対するＤＥＦの重量による他の割合は：約１：３から約１：０．５を含む。さらに別の実施形態において、樹脂の粘度を低下させるために使用される物質は、ＤＥＦ以外の物質である。一実施形態において、樹脂に物質が添加されずに樹脂の粘度を低下させる。
【００４７】
[0061]  いくつかの樹脂は必ずしも室温において又は所望の使用温度において良好に流動しない可能性があるため、希釈剤などの他の物質も、樹脂組成物の「流動」特徴を改善するために樹脂組成物に添加されうる。例えば、ＤＥＦが、ＰＰＦ樹脂を含む樹脂組成物の流動特徴を改善するためにも使用されうる。溶媒は、同じ環境下で希釈剤と同じ機能を果たしうる。
【００４８】
光開始剤
[0062]  重合反応を促進するために、光重合性材料を含む樹脂に光開始剤が添加される。組織工学における使用のために必要とされる光開始剤は、無毒性かつ生物適合性でなければならない。光開始剤としては、ビスアシルホスフィンオキシド、例えば、商品名Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）８１９のビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルホスフィンオキシド（BAPO）（BASF（Ciba Specialty Chemicals））又は商品名Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）７８４のビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウム（BASF（Ciba Specialty Chemicals））が使用可能である。他のＩｒｇａｃｕｒｅ光開始剤、例えば、Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８４、Ｉｒｇａｃｕｒｅ２５０、Ｉｒｇａｃｕｒｅ７５４、Ｉｒｇａｃｕｒｅ８１９−ＤＷ、Ｉｒｇａｃｕｒｅ１１７３、Ｉｒｇａｃｕｒｅ２０２２、Ｉｒｇａｃｕｒｅ２１００、ＩｒｇａｃｕｒｅＢＰ、ＩｒｇａｃｕｒｅＴＰＯ、及びＩｒｇａｃｕｒｅＴＰＯ−Ｌも使用されうる。Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ  ＆  Ｐｉｇｍｅｎｔｓ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ、ＢＡＳＦ、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ−ｐｉｇｍｅｎｔｓ．ｂａｓｆ．ｕｓ／ｐ０２／ＵＳＷｅｂ−Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／ｐｉｇｍｅｎｔｓ／ｅｎ_ＧＢ／ｃｏｎｔｅｎｔ／ｍｉｃｒｏｓｉｔｅｓ／ｐｉｇｍｅｎｔｓｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ／ｐｒｏｄｕｃｔｓ／Ｉｒｇａｃｕｒｅを参照のこと。
【００４９】
[0063]  Ｆｉｓｈｅｒら、Ｐｈｏｔｏｉｎｉｔｉａｔｅｄ  Ｃｒｏｓｓ−Ｌｉｎｋｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ  Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ  Ｐｏｌｙ（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  ｆｕｍａｒａｔｅ）．Ｐａｒｔ  Ｉ．Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ、Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ２００３、４  １３２７−１３３４に記載のとおり、ビスアシルホスフィンオキシド（例えば、ＢＡＰＯ）は、光開始剤のアシルホスフィンオキシドクラスの３つの基本的メンバーの１つである。該クラスの他のメンバーは、モノアシルホスフィンオキシド（ＭＡＰＯ）及びトリアシルホスフィンオキシド（ＴＡＰＯ）である。これらの化合物のすべては、照射に際してベンゾイル−ホスフィノイル結合の切断を受け、フリーラジカルを生成する。フェニルグリオキシレート、ヒドロキシケトン、アルファアミノケトン、アルファヒドロキシルケトン、ベンジルジメチルケタール、スルホニウム塩、オキシムエステル、光酸発生剤及び上記のいずれかの組合せなどの他の化合物も、本明細書において光開始剤として使用可能である。
【００５０】
[0064]  さらなる他の作用物質、例えば、ベンゾフェノン（例えば、オキシベンゾン（２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン））、カンファキノン、及び付加的な製造プロセスのために選択された光の存在下でフリーラジカルを生成する他の光開始剤が、光開始剤として使用可能である。オキシベンゾン、カンファキノン及び他のものは、硬化プロセスにおいて援助するフリーラジカルを生成するために共開始剤を必要としうる。共開始剤は、ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル（「ＤＭＡＢＥ」）又はトリエタノールアミン（「ＴＥＡ」）又は光開始剤によるフリーラジカルの生成を援助する任意の他の作用物質であってもよい。製造プロセスにおいて使用される光の波長、光開始剤により生成されるフリーラジカルの種類及びそれらの形成速度は、樹脂を硬化させるのに必要な架橋の生成における開始剤の有効性を決定する。
【００５１】
[0065]  一実施形態において、液体光重合性材料を含む樹脂中の開始剤の重量パーセンテージは、液体光重合性ポリマー（複数可）及び使用される任意の溶媒の重量に対して約０．５％〜１．０％（w/w）の範囲にある。他の範囲は、約０．７５％〜１．５％（w/w）、約１．０〜２．０％（w/w）、約２．０〜３．０％（w/w）を含む。約０．５％未満及び約３．０％（w/w）超の範囲も考慮される。
【００５２】
染料
[0066]  上記のとおり、ｃＤＬＰプロセスの平面間（ｚ）解像度は、硬化されている光重合性材料か、又は先に硬化されたインプラント層への重合光エネルギーの透過の深さを制御することによってさらに制御されうる。先にレンダリングされた層へのあるレベルの光透過が、過硬化又は層間結合としても知られる層間のステッチングを確実にするために望ましいものでありうる。しかしながら、光が深く透過しすぎる場合、先に硬化した層が、過硬化して、結果としてのインプラント又は足場の望ましくない特徴をもたらしうる。
【００５３】
[0067]  足場又はインプラント層への重合光エネルギーの透過の深さを少なくとも部分的に制御して層間結合の制御を支援するために、（本明細書において、一般に「染料」と呼ばれる）染料又は顔料が光重合性材料を含む樹脂に添加される。染料は、無毒性を含む、光重合性材料について上記したもののうちの数種と同じ特徴を有しうる。例えば、足場又はインプラント層への重合光エネルギーの透過の深さの適切な制御を提供しうる、アゾクロム染料などの染料は、毒性があり、したがって、インプラント適用には好適でない可能性がある。選ばれた染料の考慮すべき性質は、レンダリングプロセスを通して、液体光重合性樹脂中に懸濁されたままでいるその能力である。いくつかの染料に関して、染料が沈降している場合、プロセスを停止し、樹脂を再撹拌することが必要である可能性がある。粘度、温度及び動きは、染料又は他の樹脂構成成分を溶解する能力に影響を与えうる。
【００５４】
[0068]  染料−開始剤パッケージ中で使用される染料は、足場に組み込まれる可能性があるため、足場表面の粗さに積極的に影響を及ぼし、抗生物質などの生物活性化合物として作用するか、そうでなければ、足場分解環境に影響する（例えば、過剰に酸性又は塩基性である場合にｐＨを中和する）こともできる染料を使用することが有用でありうる。一実施形態において、使用される染料は、ドキシサイクリン塩酸塩である。別の実施形態において、使用される染料は、アンフォテリシンＢである。二酸化チタン（ＴｉＯ２）などの染料を、足場又はインプラント層への重合光エネルギーの透過の深さを部分的に制御するために、光重合性材料を含む樹脂に添加してもよい。ＴｉＯ２以外の染料又はＴｉＯ２以外の染料を含む染料の組合せを、足場又はインプラント層への重合光エネルギーの透過の深さを制御するために、液体光重合性材料を含む樹脂に添加してもよい。
【００５５】
[0069]  図１に戻って参照すると、一実施形態において、ＤＭＤプロジェクタ１１０は、光１２０を、その上部に染料を含む樹脂１４０がある基部プレート１３０を通して、上向きに照射する。染料は、光１２０の透過の深さを制限し、それによって、各個別のボクセルの硬化深さの制御を改善する。使用される染料の濃度を変化させて、光１２０の透過の深さを制御することができる。樹脂１４０中に存在する染料の量は、重合反応に供与されるエネルギー量に影響を及ぼす。
【００５６】
[0070]  染料は、重合深度を制限し、ｚ方向の解像度を損なうことなく、より高レベルの照射を用いる選択肢を可能とする。現在の層は、先にレンダリングされた層を過剰に過硬化させることなく、高いエネルギーレベルにおいて硬化されうる。この方法によるより高レベルの光エネルギーの使用は、インプラントの素地強度を増大しうる。
【００５７】
[0071]  一実施形態において、光の透過の深さを、５０マイクロメーターの層及び先にレンダリングされた層の７０マイクロメーターの過硬化で約１２０マイクロメーターまで減少させるために、樹脂中の染料濃度は、ポリマー（複数可）及び使用される任意の溶媒の約１〜５重量％（%w/w）の間である。別の実施形態において、樹脂中の染料濃度は、ポリマー（複数可）及び樹脂中の任意の溶媒（複数可）の約０．０１から約０．２重量％の間であるが、他の範囲、例えば、ポリマー（複数可）及び樹脂中の任意の溶媒（複数可）の約０．２から０．５重量％、約０．２重量％未満又は約５重量％超も可能である。先の層の過硬化は、約１０％から３００％の間の範囲内であるように選択されうる。
【００５８】
染料−開始剤パッケージ
[0072]  図２は、開始剤、光源及び染料に関する波長対光の吸収／発光の大きさをプロットする代表的なチャートを例示する。染料の主要機能は、光を遮断することである。多くの染料に関して、これは、光の吸収によって達成される。他の染料に関して、これは、光の反射又は散乱によって達成される。したがって、染料は、光子について開始剤と競合する。図２中の線ａ及びｂの間の領域は、ｃＤＬＰプロセスが、光の透過の深さ及び開始剤に与えられる重合エネルギー量を最も大きく制御する領域である。線の左側の波長の光は、染料によって遮断されないが、線ｂの右側の波長の光は、樹脂の適切な重合をもたらさない。
【００５９】
[0073]  光の透過の深さをさらに減少させるために、樹脂中の染料の量が増加されうる。しかしながら、染料の量として存在する開始剤の量を増加させることも必要であるかもしれない。このように、樹脂中に含まれるそれぞれの量が他方の量に依存するため、染料と開始剤は、「染料−開始剤パッケージ」を形成する。さらに、樹脂中の１つ又は複数の染料／開始剤の選択は、３Ｄ印刷プロセスにおいて使用される光の波長によって変化する。図２のチャートは代表的なものであり、異なるチャートを生じる、開始剤、光源、又は染料の他の波長が使用可能である。
【００６０】
[0074]  いったん製造された足場又はインプラントの全体的強度は、架橋密度の関数であり、これは、１つ又は複数の染料及び／又は開始剤などの樹脂中の構成要素によって影響されうる。例えば、より多量の開始剤の使用は、より強い部品（足場、インプラントなど）を生じるが、染料の量を増加させないと、重合された層はより厚くなり、「ｚ」方向の解像度が低下する。場合によっては、構成要素及び量は、それらが連携するように調整されうる。例えば、ＴｉＯ２とともに使用される場合、Ｉｒｇａｃｕｒｅ７８４は、樹脂組成物中で使用するＴｉＯ２の量を少なくすることを可能とし、有益な光開始特性を有する。光の正確な波長におけるエネルギー量の増加は、より多くの架橋も生じさせる。しかしながら、これによって層厚さも増加し、それにより層間の解像度が低下するであろう。樹脂中のポリマーの相対量の増加はまた、より多くの架橋の生成を可能とするが、ポリマー量の増加は、ポリマーを架橋させるための開始剤の量の増加を必要とし、これは、層厚さを増加させる。樹脂のために選択される構成要素は、製造プロセスにおいて使用される光の波長に基づいて選択されなければならない。染料は、開始剤を最も活性化する波長の光が樹脂へ透過するのを制限するが、光透過の制限は、開始剤が機能できないほど大きくてはならない。場合によっては、染料が必要でないように樹脂を調整することが可能でありえ、それは、選択される構成成分が、光透過の制御を必要とせずに所望の層厚さの硬化を可能とするからである。
【００６１】
[0075]  本質的に１つ又は複数の光開始剤（「光開始剤」パッケージ）である、染料−開始剤パッケージは、光重合性ポリマー（複数可）を所望の層厚さ及び解像度において硬化させるために調整されるが、染料の不使用は、第１の光開始剤及び第２の光開始剤を含み、ここで、第１の光開始剤は、付加的な製造装置において第１の光源に露光された時に組成物を硬化させ、第２の光開始剤は、付加的な製造装置において第１の光開始剤を活性化する光の伝送を制限する。該光開始剤のうちの１つ又は両方は、付加的な製造装置により使用される光の波長におけるそれらの活性化能力及び付加的な製造プロセスにおいて使用されるポリマーの光重合を開始するそれらの能力に基づいて選択される、アシルホスフィンオキシド、アルファヒドロキシルケトン、フェニルグリオキシレート、ベンゾフェノン又は上記のいずれかの組合せでありうる。再吸収可能な生物適合性足場又はインプラントの付加的な製造のために使用される場合、第１の光開始剤は、ＢＡＰＯでありえ、第２の光開始剤は、ビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウムでありうる。第１及び第２の光開始剤は、それぞれ、組成物中で使用されるポリマー（複数可）及び任意の溶媒（複数可）の約０．１から約５．０重量パーセントの量で提供されうる。
【００６２】
光吸収剤
[0076]  染料−開始剤パッケージは、光吸収剤も含んでよい。生物適合性であり、安定で粒径が小さいＴｉＯ２は、光開始されたポリマー混合物中での使用に理想的である一方、強力な光散乱特性を有し、これは、「暗硬化」と呼ばれる意図しない硬化をもたらし、層内解像度又は「ｘ−ｙ」解像度の低下を引き起こす。光散乱は、「ｚ」方向の過多の硬化も引き起こし、これは、足場中の孔にかわる材料の硬化又はインプラント層の間の他の望ましくないポリマー硬化を引き起こしうる。光散乱を調整し、３Ｄ印刷プロセスの層内（「ｘ−ｙ」）解像度を制御するための１つの方法は、光吸収剤の使用である。光を吸収し、既知の深さを超えた光の透過を低減又は防止する物質が樹脂に添加されうる。一実施形態によれば、使用される光吸収剤は、「ＨＭＢ」（Sigma-Aldrich、CAS No.131-57-7）としても知られるオキシベンゾン（２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン）であり、これは、紫外光吸収剤であり、以下の構造を有する：
【００６３】
【化１】
0006362614.tif 000002
【００６４】
[0077]  オキシベンゾンのＵＶ光を吸収する能力は、完全にコンジュゲートした分子を作り出す、両フェニル環のｐｉ結合の重複及びＣ＝Ｏ基のそれを含む分子相互作用による。Ｃ＝Ｏ基及び該２つのフェニル環の部分的統合は、カルボニルの炭素からフェニル環中の炭素への電子欠損の移行によって、システムを安定化する。Ｃａｓｔｒｏ，Ｇ．Ｔ．；Ｂｌａｎｃｏ，Ｓ．Ｅ．；Ｇｉｏｒｄａｎｏ，Ｏ．Ｓ．、ＵＶ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｂｅｎｚｏｐｈｅｎｏｎｅ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  Ｓｏｌｖｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｓｕｂｓｔｉｔｕｅｎｔｓ、Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ  ５（３）：４２４（２０００）。
【００６５】
[0078]  日焼け止め中で使用される生物適合性の他の化合物などの、同様の光吸収能を有する他の有機化合物も使用されてよい。米国食品医薬品局又は他の政府機関により承認された他の日焼け止め剤は：アボベンゾン、ビスジスリゾール二ナトリウム、ジエチルアミノヒドロキシベンゾイルヘキシルベンゾエート、エカムスル（ecamsule）、メチルアンスラニレート、４−アミノ安息香酸、シノキセート、エチルヘキシルトリアゾン、ホモサラート、４−メチルベンジリデンカンファー、オクチルメトキシシンナメート、サリチル酸オクチル、パディメートＯ、フェニルベンズイミダゾールスルホン酸、ポリシリコン−１５、サリチル酸トロラミン、ベモトリジノール（bemotrizinol）、ベンゾフェノン１−１２（２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、２，２’，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、スルイソベンゾン、スリキソベンゾンナトリウム、２，２’−ジヒドロキシ−４，４’−ジメチロキシベンゾフェノン、５−クロロ−２−ヒドロキシベンゾフェノン、ジオキシベンゾン、ナトリウム２，２’−ジヒドロキシ−４，４’−ジメトキシベンゾフェノン−５，５’−ジスルホネート、メキセノン（２−ヒドロキシ−４−メトキシ−４’−メチル−ベンゾフェノン）、ベンゾフェノン−２、ベンゾフェノン−６、オクタベンゾン）、ドロメトリゾールトリシロキサン、イスコトリジノール、オクトクリレン、ビスオクトリゾール、酸化亜鉛を含む。
【００６６】
[0079]  いくつかの製造適用のための樹脂組成物中でＢＡＰＯ及びＩｒｇａｃｕｒｅ７８４を併合することは、必要な光吸収剤の量を低減することができる。
【００６７】
[0080]  光吸収剤の吸収スペクトルは、硬化プロセス（付加的な製造プロセスの「構築相」）において使用される波長の光を吸収するように選ばれる。光吸収剤の吸収能は、光開始剤によるフリーラジカルの生成を阻害しないようなものでなければならないが、１つ又は複数の染料又は該プロセス中で使用される他の光減衰剤により散乱される光を吸収するのに十分に大きく、したがってｘｙ平面における解像度を維持するものでなければならない。光吸収剤は、所望の量の光透過を防止するが、所望の重合をもたらす光に応答してフリーラジカルも生成するという点で、染料及び開始剤の両方として作用する物質であってもよい。
【００６８】
[0081]  液体光重合性ポリマー（複数可）及び任意の溶媒の重量に対する樹脂中の光吸収剤の重量パーセントは、約（ｉ）０．１から５０％；（ｉｉ）２０〜３５％；（ｉｉｉ）１０％〜３０％；（ｉｖ）０．１〜１０％で変化しうる。
【００６９】
[0082]  再吸収性の足場及びインプラントの製造のための光吸収剤を含む樹脂組成物は、光重合性材料、ポリマー（複数可）、及び任意の溶媒の重量に対して約０．１から５．０％（w/w）の光開始剤、ポリマー（複数可）及び任意の溶媒の重量に対して約５．０％から３５．０％（w/w）の光吸収剤、ポリマー（複数可）、及び任意の溶媒の重量に対して約０．１から５．０％（w/w）の染料を含む。該組成物は、任意選択により、ポリマー（複数可）及び任意の溶媒の重量に対して約０．１から５．０％（w/w）の量の第２の染料／光開始剤を含む。本発明により考慮される他の範囲（ポリマー（複数可）及び任意の溶媒の重量に対する構成成分の重量）は：約０．１から３．０％（w/w）の光開始剤、約０．１から３％（w/w）の光吸収剤、及び約０．１から約３．０％（w/w）の染料を含む。一実施形態において、該組成物は、（ポリマー（複数可）及び任意の溶媒の重量に対する構成成分の重量で）：約１．０から２．０％のＢＡＰＯ、約８．０から１５．０％又は約８．０から約３０．０％のオキシベンゾン、約１．０から５．０％のＴｉＯ２、及び約１．０から５．０％のＩｒｇａｃｕｒｅ７８４を含む。別の実施形態において、組成物は、（ポリマー（複数可）及び任意の溶媒の重量に対する構成成分の重量で）：約１．０から３．０％のＢＡＰＯ、約０．１から１．０％のＩｒｇａｃｕｒｅ７８４及び約０．１から１．０％のオキシベンゾンを含む。
【００７０】
[0083]  光開始剤パッケージの一部として使用される場合、樹脂組成物中で必要な光吸収剤の量は、他の染料−開始剤パッケージ中よりも少なくてもよい。場合によっては、光開始剤のうちの１つは、部分的に染料としても作用し、他の光開始剤を活性化する光のいくらかを制限しうる。さらに、光開始剤は、他の染料と同量ほどは光を散乱しない可能性がある。したがって、必要な光吸収剤の量は、染料−開始剤パッケージを使用する他の樹脂組成物中よりも顕著に少ない可能性があり、付加的な製造プロセスにおいて使用される光に対する他の構成成分の効果に依存する。例えば、それぞれ（ポリマー（複数可）及び任意の溶媒の重量に対する構成成分の重量で）約０．１から５％のＢＡＰＯ及びビス（エータ５−２，４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２，６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウム（Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）７８４）を含む光開始剤パッケージ中で使用される場合、オキシベンゾンが、ポリマー（複数可）及び任意の溶媒の重量に対する構成成分の重量で約０．１から約５％の量で添加されうる。
【００７１】
[0084]  本発明の別の実施形態によれば、本明細書において考慮される生物適合性で再吸収性の組織工学足場又はインプラントを製造するための樹脂組成物の要素構成を最適化する方法は、生物適合性であるなどの産物に好適な物質を同定する工程及び経時的に変化する濃度の物質を用いて得られる硬化深さをモデリングする工程を含む。樹脂中の光透過の深さを制限するための最大の能力を有する物質を同定することは、硬化深さに関して多数の組成物を試験するために必要な時間を低減し、生物適合性のインプラントを作製するために好適な組成物を同定するためのプロセスを能率化する。該方法の工程は：（１）光開始剤を活性化する光の伝送を制限するための最大の能力を示す物質を選択する工程；（２）該光制限物質を、ポリマーの重量に対する様々な濃度で光重合性ポリマーに添加することによって試験混合物を作り出す工程；（３）付加的な製造装置を用いて該試験混合物を重合させる工程；（４）重合された試験混合物の硬化深さ対時間の自然対数をプロットする工程；（５）硬化深さ及び対応する光制限物質の濃度を選択する工程；及び（６）上記ポリマー及び選択された濃度の光制限物質を用いてインプラントを構築するための、最終的な光重合性組成物のための１つ又は複数の作用物質を選択する工程、を含んでもよい。光制限物質は、それが光開始剤の機能を阻害しないように選択されなければならない。さらに、最終的な光重合性組成物のために選択される１つ又は複数の作用物質のうちの１つは、ｘｙ平面において光制限物質によって散乱される光を吸収する作用物質であってよい。該方法は、最終的な３Ｄ印刷された足場又はインプラントの、定性的、生物学的、機能的及び化学的特性を含むが、それらに限定されない所望の特性を実現するために、１つ又は複数の追加の構成成分の効果をモデリングする工程も含んでよい。該方法は、上記の樹脂組成物の構成成分の所望の濃度を決定するために使用されうる。
【００７２】
[0085]  試験ポリマー混合物中の様々なＴｉＯ２濃度における時間の自然対数対硬化深さのプロットの例が図３に示される。この方法は、典型的に染料又は顔料である、最も強力な光減衰物質の濃度に基づいて、付加的な製造用樹脂組成物をプロットし、決定するために使用されうる。
【００７３】
足場
[0086]  足場の設計は、患者特異的な欠損部位に正確に適合する外部形状を含みうる。さらに、該設計は、複雑な３次元構造を必要としうる。
【００７４】
[0087]  図４は、代表的な足場３００を例示する。足場３００は、足場３００の層に直交するか又は直角である孔３１０ａ〜ｃを含む。内部空間を含む足場の三次元の幾何学的形状は、細胞のローディング及び血管チャネルの確立に重要でありうる。一実施形態において、足場は、孔又は内部チャネルを含む。一実施形態において、足場中の孔及びチャネルの直径は、約１５０マイクロメーターから約１ミリメーターまでの間である。別の実施形態において、足場中の孔及びチャネルの直径は、約５０マイクロメーターから約１．６ミリメーターまでの間である。他の実施形態において、足場中の孔及びチャネルの直径は、約５０マイクロメーターよりも小さいか又は約１．６ミリメーターよりも大きい。これらの範囲における足場の孔のモデリングは、他の要素の中でも後硬化によるインプラントの収縮又は埋め込み前の細胞培養又は埋め込み自体により引き起こされる湿潤化による膨潤を矯正するために、ＣＡＤにおける補償を必要としうる。
【００７５】
[0088]  孔サイズに関する足場設計パラメータに加えて、設計は、細胞ローディング、新組織の成長及び宿主組織の内殖を促進する複雑な多孔質構造を必要としうる。例えば、設計は、孔又はチャネルが欠損部位内の宿主組織に向かって開口して、インプラントの完全な分解の前に組織の内殖を可能とすることを必要としうる。より正確なレンダリングは、複雑な内部孔構造が作り出されうる可能性を高める。
【００７６】
[0089]  図５は、代表的な孔構造の足場４００を図示する。足場４００は、斜位の孔４１０ａ〜ｃを含む。斜位は、それによって足場が上記の付加的な製造技術を用いてレンダリングされる、ｘ、ｙ及びｚ方向に対して平行でない任意の方向であると定義される。斜位の構築（非直交）は、宿主組織が足場内の壁（障壁）に当たらないことを確実にするために、外部表面並びに孔構造に関して重要であり、これは、孔及び／又はチャネルが宿主組織に向かって方向づけられる場合よりも孔構造が直交して構築される場合に可能性が高い。インプラント設計者は、足場内の孔及び／又はチャネルが、宿主組織に向かって開口し、それによって新組織のインプラント中への成長及びインプラントの宿主組織中への活発な取り込みを促進するように方向づけることを望む可能性がある。
【００７７】
[0090]  １００〜１０００マイクロメーターの範囲内のボクセル解像度を有する付加的な製造装置は、直交して方向づけられた孔構造をもたらしうるが、これらの範囲内の斜位に方向づけられた孔を製造するには不十分な解像度を提供する可能性がある。ｃＤＬＰ装置の解像度は、斜位に方向づけられた孔を有する構造のレンダリングが可能となるようなものである。
【００７８】
[0091]  さらに、最初の目標が細胞接着である組織工学足場の適用において、ＰＰＦの疎水性表面は、高周波グロー放電（ＲＦＧＤ）により又はインプラントを血清中に浸漬してタンパク質吸着を図ることによって修飾されうる。細胞の接着は、細胞外マトリックス成分を模した表面中に埋め込まれた他の要素によっても仲介されうる。これは、１ナノメーターから１００マイクロメーターにわたる直径を有するくぼみ及び突起を含みうる表面の粗さ並びに材料のコンプライアンスを含む。
【００７９】
[0092]  いったん取り付けられると、目標は、細胞増殖及び最終的には宿主組織が統合する際の成熟へシフトする可能性がある。染料が表面の粗さに対して有する効果に加えて、リン酸三カルシウム結晶などの他の化合物が、付加的な製造装置中の樹脂に添加されてもよい。しかしながら、染料に関しては、溶解度、結晶サイズ及び凝集傾向次第で、足場のレンダリングプロセス全体を通じて比較的一定の濃度でこれらの結晶を樹脂中に懸濁されたままにしておくことは難しいかもしれない。樹脂組成物中で使用される任意の構成要素の結晶構造及びサイズは、変化してもよく、結果として得られる足場の特徴を変化させるために使用可能である。
【００８０】
[0093]  壁厚などの足場設計の特徴は、マクロなひずみの分布に影響し、外傷に耐えるように最適化されうる。さらに、所望の再吸収プロセスを組織の再生の間にインプラントがローディングされる必要性と釣り合わせることが必要でありうる。ひずみに耐える足場の部分を局在化する必要性は、多孔性を欠く領域又はそのうちのいくつかが分解しないかもしれない複合材料でレンダリングされた領域を考慮することを余儀なくするかもしれない。
【００８１】
ポストレンダリング／後硬化
[0094]  最終部品の精度は、徹底的な部分浄化／ポストレンダリングに依存しうる。これは、レンダリング後に架橋しうるいかなる残留未硬化樹脂も除去するために必要としうる。次に、洗浄手順の選択は、ｃＤＬＰプロセスによって硬化された樹脂の機械的完全性又は素地強度に依存する。正確にレンダリングされるが、柔らかいままである部品は、不適切な取扱い又はきつい溶媒の使用によって損傷を受ける可能性がある。いったん浄化されると、最終部品の強度は、ＵＶ浴中での後硬化によって改善されうる。医療手順において使用される部品、例えば、患者中に埋め込まれるインプラントは、手術着で取り扱われ、したがって、術前プロセスの一部としての必要な浄化、滅菌及び取扱いのために十分な強度を必要とする。
【００８２】
[0095]  後硬化は、印刷されたインプラントの強度を調整するために使用されうる。実際、付加的な製造プロセスの構築相のために選択された光の波長において活性化されない光開始剤が選択されうる。これは、インプラントの架橋密度を増大させるために、構築相の間は染料として、（後硬化の間にこれを活性化する適切な波長を選択することによって）後硬化相の間は光開始剤として使用可能である。構築相の間にこれを活性化することなく、後硬化相の間に光開始剤を使用するための他の方法は、３Ｄ印刷相の間に使用される光を制限すること又は後硬化まで光開始剤が活性化されない印刷相の間、光を十分に遮断することを含む。
【００８３】
[0096]  この様式で構築相の間は染料として、後硬化相の間は光開始剤として使用されうる光開始剤の一例は、Ｉｒｇａｃｕｒｅ７８４である。Ｉｒｇａｃｕｒｅ８１９（ＢＡＰＯ）とともに使用される場合、ＢＡＰＯは、構築相における主要な光開始剤であり、Ｉｒｇａｃｕｒｅ７８４は、染料として作用する（これは、樹脂の色を変化させる）。次いで、Ｉｒｇａｃｕｒｅ７８４は、後硬化相の間に活性化される。この実施形態において、ｘｙ解像度が補償されないように、ＢＡＰＯを活性化するが構築相の間に樹脂組成物内の光を散乱させない光のいくらかをＩｒｇａｃｕｒｅ７８４が部分的に制限するため、光吸収剤は必要とされない。さらに、Ｉｒｇａｃｕｒｅ７８４は、構築相の間に完全に活性化されないが、後に、後硬化などの製造された製品の製造後の加工の間に活性化される。どちらも（後硬化されない）「素地」円柱として、及びＵＶ光浴中で最大８時間まで後硬化された後の、ＢＡＰＯ及びＩｒｇａｃｕｒｅ７８４により構築された円柱の強度が、図６及び７に示される。シリンダーの弾性及び圧縮強度は、後硬化により劇的に増大する。任意の付加的な製造プロセスの構築相の間、ポリマーを硬化させるためにポリマー（複数可）及び光開始剤（複数可）の混合物が局在化された光に露光され、任意のポストレンダリング工程（例えば、得られた部品の浄化）の後、該部品は光浴に露光されて、所望の強度までポリマーを後硬化させる。後硬化は、３０分超、ＵＶ光浴中に部品を置くことでありうる。後硬化は、光浴中での８時間以下又は８時間超を必要としうる。或いは、後硬化は、３０分未満を必要としうる。したがって、所望の機械的性質を有するインプラントを製造するために、後硬化時間は、時間だけでなく、樹脂における要素構成及び濃度も用いて較正されうる。
【００８４】
[0097]  任意選択により、部品を構築するために使用される組成物は、染料、光吸収剤又は所望の最終製品により必要とされる他の作用物質などの１つ又は複数の他の作用物質も含む。一実施形態によれば、光重合性組成物は、光重合性ポリマー、溶媒又は希釈剤及び１つ又は複数の光開始剤を含む。
【００８５】
[0098]  以下の例は、本発明の様々な実施形態の非限定的な例であることを意図される。
【実施例】
【００８６】
実施例１
[0099]  第１の実施形態は、再吸収、細胞接着及び増殖、宿主取り込み並びに組織再生の予測可能な特性を有する足場を正確にレンダリングするために、ｃＤＬＰの付加的な製造システムの較正に焦点を当てた。
【００８７】
[00100]  図８は、代表的な足場５００の等角図、正面図及び頂角図をそれぞれ図示する。較正試験の目標は、足場５００の「プレート及びポスト」の幾何学的形状を有する足場の付加的な製造のためのｃＤＬＰシステムを較正することであった。該実施形態において、円柱状の試験足場は、直径６．０ミリメーター及び長さ１２．４ミリメーターであった。垂直チャネル５１０の直径は、８００マイクロメーターであった。プレート５２０は、厚さ４００マイクロメーターであり、お互いに８００マイクロメーター離れていた。プレート間のポスト５３０は、直径６００マイクロメーターであった。ｃＤＬＰプロセスの較正は、少なくとも６つの工程からなるものであった。
【００８８】
[00101]  較正手順の第１の工程は、ＰＰＦ、ＤＥＦ、ＢＡＰＯ及び染料を含むｃＤＬＰ樹脂の複数の単層を重合させることであった。少なくとも３つの試験すべき変数がある：染料濃度、開始剤濃度、及び放射照度の持続時間。変化しうる他の要素は、ポリマー分子量及び多分散性並びに放射照度レベル（すなわち、光が当てられる量及び割合（rate））である。目標は、層厚さを、層間の適切な過硬化を保証するが、所望の「ｚ」ステップサイズ及び正確な幾何学的形状の生成を可能とするに十分に薄くすることであった。ｘ、ｙ及びｚにおける解像度は、所望の外部及び内部の孔表面幾何学的形状の精度を決定する。
【００８９】
[00102]  第２の工程は、選択した樹脂構造の材料特性が有用な足場を提供することを確実にすることであった。場合によっては、足場に細胞及び／又は成長因子をローディングし、直ちに埋め込む。他の場合においては、足場を、埋込の前に（バイオリアクター中などで）前培養する。
【００９０】
[00103]  第３の工程は、ｃＤＬＰ装置上方の昇降機上の基部プレート上に「バーンイン」パッチを形成するための樹脂の使用を含んだ。この実施形態のために、発明者らは、構築プレート上にバーンインパッチを直接硬化させることはできなかった。したがって、バーンインパッチは、基部プレート上に樹脂を過硬化させることによって得た。次いで、過硬化させた樹脂パッチを、構築プレートに移し、ＵＶ浴（Procure（商標）350、3D Systems）を用いてそのプレート上へ硬化させ、続いてヒートガンによって温めた。樹脂の染料含量がパッチ縁部におけるＵＶ透過を防ぐことができたため、パッチの中心を下にある構築プラットフォームまで確実に硬化させるために熱を使用した。パッチを装置に再導入する時に、加熱した層及びプラットフォームを冷却させて、促進養生を防止するように注意した。この手順は、足場が、金属プラットフォーム自体でなく、ＰＰＦ樹脂まで直接硬化することを可能とした。
【００９１】
[00104]  第４の工程は、レンダリングのために足場のＣＡＤファイルをｃＤＬＰ装置に転送することを含んだ。ＣＡＤファイルは、足場とバーンインパッチの間の空間に広がる支持構造を含有しうる。支持構造は、バーンインパッチの十分上方にそびえ立ち、足場のレンダリング中に樹脂がバーンインパッチと足場の間を循環すること、及びこの手順の後に未重合樹脂を洗い流すことを可能とする。
【００９２】
[00105]  第５の工程は、多層足場を上記のとおりにレンダリングすることを含んだ。
【００９３】
[00106]  第６の工程は、インビトロ及びインビボの両方で足場を試験することを含んだ。インビトロの試験は、機械的試験、細胞又は組織を含まない生物学的環境、並びに細胞、成長因子及び／又は組織を含む生物学的環境を含む。
【００９４】
[00107]  既知の方法によって１２００ダルトンのＰＰＦを調製し、合成し、精製した。すなわち、それぞれ架橋阻害剤及び触媒としてのハイドロキノン及び塩化亜鉛を用いて、ＤＥＦ（Acros、Pittsburgh、PA）及びプロピレングリコール（Acros）を１：３のモル比で反応させた。この反応は、中間体であるビス（ヒドロキシプロピル）及び副産物としてのエタノールを生じさせた。次いで、該中間体を真空下でエステル交換させて、ポリ（プロピレンフマレート）及び副産物としてのプロピレングリコールを生成した。次いで、ＰＰＦを精製し、ゲル浸透クロマトグラフィーを使用して、数平均分子量を計算した（Ｍｎ＝１２００Ｄａ）。
【００９５】
[00108]  ３２０ナノメーターの結晶である、Ｒ３２０二酸化チタンＴｉＯ２（Sachtleben、White Plains、NY）を使用した。１３３マイクロメーターのＰＰＦ層は、４．８％ＴｉＯ２（試験した範囲：０〜４．８％）、２％ＢＡＰＯ（試験した範囲：０．５〜２％）、３３％ＤＥＦ（試験した範囲：３３及び５０％）及び放射照度レベルは３００秒間で２００ｍＷ／ｄｍ２（６０秒及び３００秒を試験した）であった。目的の層境界を超えた重合の横の広がり（すなわち、ｘ及びｙ）を観察した。この領域は、高濃度のＴｉＯ２、特に、これらの高い染料濃度における光入力の増加により、最も迅速に増大した。横の広がりの領域は、予測した露光領域ほど厚く又は強力に硬化しなかった。この現象を定量化するために、通常の硬化試験較正手順に、追加の工程を加えた。硬化させた層厚さの測定、すなわち、ｚ次元の測定に加えて、ｘ−ｙ次元も測定した。
【００９６】
[00109]  硬化試験手順は、ＵＶ露光の小さな方形の試験パターンを使用した。ＴｉＯ２濃度が増加するごとに、硬化した方形の薄層の長さ及び幅を記録した。さらに、横方向の重合の影響を受けた領域を含む硬化領域全体の長さ及び幅も測定した。このデータにより、過硬化パーセントを計算することができた。長さ及び幅、又はｘ及びｙの測定結果を各部分について平均し、ＴｉＯ２及びＢＡＰＯの各濃度についてこのプロセスを３回繰り返した（n=3）。
【００９７】
[00110]  第１の試みは、不完全な構築及び基部プレート上に形成された重合材料の膜を生じた。これは：（１）重合した樹脂を規則的に除去すること、（２）基部プレートを規則的に浄化すること、及び（３）１６時間の構築サイクル全体にわたって基部プレートをモニタリングすることによって、補正された。未重合のポリマーを足場の内部孔空間から浄化することは、超音波アルコール浴を用いる単純な手順であった。レンダリングした足場は、８０マイクロメーター内の精度であった。
【００９８】
[00111]  重合深度（マイクロメーター）は、二酸化チタン濃度（wt%）の関数として、ＢＡＰＯ濃度（wt%）と露光時間（秒）の５つの異なる組合せに関して特徴づけした。これらの試験から、２ｗｔ％の二酸化チタン濃度と２ｗｔ％のＢＡＰＯ濃度及び６０秒の露光時間が１３３．３マイクロメーターに等しい平均重合深度を生じたと判断した。したがって、これらの設定を、８３．３マイクロメーターの過硬化を伴う５０マイクロメーターの層を構築するために使用することができた。２００ｍＷ／ｄｍ２の放射照度を使用した。
【００９９】
[00112]  ＴｉＯ２の高い屈折率は、光の散乱を引き起こした。この散乱がｚ方向のみでなくすべての方向におけるものである一方、固体層の硬化量はｚ方向にのみ発生し続けた。側方にはさらなる層はなく、現位置の上方にいまだ層が存在しないことから、他の方向に層間の過硬化はなかった。ＴｉＯ２濃度の増大は、横への過硬化の量の増大をもたらした。２００ｍＷ／ｄｍ２の放射照度及び３００秒の露光時間を用いて試験を実施した。２つのレベルのＢＡＰＯを、各二酸化チタン濃度に関して試験した。
【０１００】
[00113]  使用したｃＤＬＰ装置は、ｚ方向における１３マイクロメーター以下、ｘ及びｙ方向における７１マイクロメーター以下、並びにアンチエイリアシング又は画素シフトソフトウエアを用いた場合の３５．５マイクロメーター以下のネイティブの精度を提供可能である。これは、患者に特異的なインプラントを準備するために十分な解像度である。この解像度は、十分に高いため、表面特徴（例えば、表面の粗さ）は細胞が応答するために理想的なスケールでレンダリングすることができた。
【０１０１】
[00114]  １２００ダルトンのＰＰＦを用い、ｃＤＬＰデバイスを使用して、層を６０マイクロメーターまで薄くすることができた。得られた非常に精度の高い足場は、モデリング、予測、及び終局的な足場特異的な細胞の接着、増殖、成熟及び再吸収パラメータにおける改善を可能にすると考えられる。染料−開始剤パッケージを使用することによって、十分な素地強度を有する非常に精度の高い特性を生じさせ、レンダリング後における未重合樹脂の積極的な除去及び取扱いを可能にする。
【０１０２】
実施例２
[00115]  この実施形態は、６０ミリメーターレンズを有するＰｅｒｆａｃｔｏｒｙ（登録商標）ＵＶ装置において実施した。樹脂質量全体に対して比較的少量の染料が必要であった（例えば、０．０１から０．２ｗｔ％）。この試験において使用した染料は、工業応用において典型的に使用するよりも高い濃度であり、ポリマー質量全体の０．５％以下であった。染料が生物適合性であることが重要である。この試験において、黄色クロムアゾ染料を使用した。この試験において使用した開始剤の量は、２％のＩｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）８１９（BASF(Ciba)、Florham Park、NJ）であった。樹脂の粘度を低下させるためにこの試験において使用した物質は、ＰＰＦのモノマー前駆物質であるフマル酸ジエチル（DEF）であった。
【０１０３】
[00116]  設計した（すなわち、ＣＡＤソフトウエアにおいて）プレートの厚さ及びポストの直径は、それぞれ、０．４ミリメーター及び０．６ミリメーターであった。生成した１０プレートの足場は、０．４３±０．０２ミリメーターのプレートの平均厚さ及び０．６３±０．０１ミリメーターのポストの平均厚さを有した。フィーチャの精密度（すなわち、低い標準偏差）は、高い精度と同様に重要でありうる。測定したこれらのフィーチャは、それらの設計寸法よりもわずかに高かった。ここでのフィーチャは、予測したよりもわずかに大きかったが、設計したよりも小さいフィーチャをもたらす、フォトポリマーの硬化において観察される収縮効果が典型的に存在する。この効果は、ｃＤＬＰシステムにおいてボクセルに対するエネルギー分布を操作すること、及び単一のボクセルデータセットの露光において使用したストラテジーによって解決可能である。部品支持体の設計において、足場の異方性の収縮を防止するために変形可能な支持体の幾何学的形状を使用することが重要である。構築プラットフォームに部品が堅固に取り付けられると、基礎部分は収縮することができないが、残りの足場は収縮し、変形量に異方性を生じる。構築プラットフォームの物理的な変質及び過硬化によって平面間の寸法を保証することができるため、平面内寸法のみを補正する必要がある（すなわち、収縮に関して補正するために調整する）。
【０１０４】
実施例３
[00117]  この実施形態のために、使用したＰｅｒｆａｃｔｏｒｙ装置は、７１マイクロメーター及び画素シフトを利用して３５．５マイクロメーターの平面内ネイティブ解像度を提供する６０ミリメーターレンズを有した。再吸収性ポリマー、ポリ（プロピレンフマレート）（ＰＰＦ）を使用した。黄色クロムアゾ染料を添加した。この実施形態において使用した開始剤は、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）８１９（BASF(Ciba)、Florham Park、NJ）であった。ＰＰＦの粘度を低下させるためにこの試験において使用した物質は、ＰＰＦのモノマー前駆物質であるフマル酸ジエチル（ＤＥＦ）であった。２００ｍＷ／ｄｍ２の放射照度及び１２０〜２４０秒の露光時間を用いた時に１２０マイクロメーターのボクセル高さを達成するために平面間エネルギー設定を較正した。足場の形状は、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）プログラムにおいて構成し、１２０秒の露光時間を用いて６つの足場をレンダリングした。２４０秒の露光時間を用いて２つの足場を後にレンダリングした。各足場の全径の１０回の測定結果を、キャリパーを用いて収集した。目的とする足場の直径は、６ｍｍであった。
【０１０５】
[00118]  １２０秒の露光時間を使用してレンダリングした足場（n=6）は、以下の直径：５．８３±０．０３、５．８３±０．０３、５．８５±０．０４、５．８２±０．０２、５．８３±０．０２及び５．８５±０．０３ｍｍを有した。２４０秒の露光時間を使用してレンダリングした足場（n=2）は、以下の直径：６．０３±０．０３及び６．０２±０．０２ｍｍの直径を有した。２４０秒の露光の結果は、１２０秒の露光の部品よりも少ない収縮を示した。
【０１０６】
実施例４
[00119]  ６ミリメーターの直径と、１．２ミリメーター（N=10）又は１２．４ミリメーター（N=8）いずれかの長さを有する多孔質円柱状ＰＰＦ足場を「プレート及びポスト」の幾何学的形状を用いて２又は４分の露光時間によってレンダリングするためにＰｅｒｆａｃｔｏｒｙＵＶ装置を使用した。この足場のためのコンピュータ支援設計は、十分な過硬化（層間結合）を保証するために、１２０マイクロメーターの硬化深さで５０マイクロメーター厚さの層をレンダリングすることであった。黄色クロムアゾ染料、Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）８１９（BASF[Ciba]、Florham Park、NJ）開始剤及びフマル酸ジエチルを原材料、ＰＰＦに添加し、足場製造のために使用した。５００−１９５−２０Ｍｉｔｕｔｏｙｏ（Aurora、IL）キャリパーを使用して、足場フィーチャを測定した。１２．４ミリメーターの足場をマイクロ−ＣＴスキャンした。１．２ミリメーターの足場を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって撮像した。
【０１０７】
[00120]  マイクロ−ＣＴ画像の定性分析は、異方性であるが、予測可能な収縮を表した。ＳＥＭ画像の定性分析は、層縁部における薄化を表した。１．２ミリメーターの足場は、０．４３ミリメーター（０．０２標準偏差）の平均実測ポスト直径（予測値０．４ｍｍ）及び０．６３ミリメーター（０．０１標準偏差）の平均実測プレート直径（予測値０．６ｍｍ）を表した。１２．４ミリメーター（４分露光群）は、６．０３ミリメーター（０．０３標準偏差）の平均直径（予測値６ｍｍ）を表した。過硬化の正確な較正は、最小の、この試験においては４００マイクロメーターの、足場フィーチャの層間結合及び完全な形成を保証する。
【０１０８】
実施例５
[00121]  １２００ダルトンの平均分子量（Mn）を有するポリ（プロピレンフマレート）（ＰＰＦ）を、上記の２工程プロセスを用いて合成した。ＤＥＦ１ｇ／ＰＰＦ２ｇの割合でＤＥＦを添加して、材料の粘度を低下させた。光開始剤ＢＡＰＯ（BASF (Ciba) Ludwigshafen、Germany）を、ＰＰＦ／ＤＥＦ複合樹脂の質量１ｇあたり５、１０又は２０ｍｇの濃度で添加した。較正の間に利用する二酸化チタンの濃度は、ＰＰＦ／ＤＥＦ１ｇあたりＴｉＯ２０〜４８ｍｇで変化する。平均粒径３００ｎｍを有するルチル型二酸化チタン（Sachtleben、Duisburg、Germany）を使用した。ここに列挙した構成要素を併合するにあたって、混合プロセスを促進させ、より迅速に樹脂の均一性を達成するために、特別な順番が有用であった。ＰＰＦよりもずっと粘度が低いＢＡＰＯを最初にＤＥＦに添加し、完全に溶解するまで混合した。次いで、ＤＥＦ／ＢＡＰＯ混合物を添加する前に、その粘度を低下させるためにＰＰＦを加熱した。ポリマーを架橋させうる過度の温度（＞７０℃）を回避するように注意した。いったんＰＰＦ／ＤＥＦ／ＢＡＰＯ混合物が調製されたら、段階的にＴｉＯ２を添加して、Ｔ  ＴｉＯ２濃度の関数として硬化パラメータを較正することを可能とした。
【０１０９】
[00122]  この試験のために使用したｃＤＬＰに基づく付加的な製造装置は、Ｐｅｒｆａｃｔｏｒｙ（登録商標）Ｍｉｎｉ  Ｍｕｌｔｉ  Ｌｅｎｓ（envisionTEC、Ferndale、MI）であり、これをＵＶモードで操作した。ＴｉＯ２濃度と硬化層の厚さの間の関係を判定するために、硬化試験を実施した。各試験を実施するために、数滴の樹脂をスライドガラス上に置いた。Ｐｅｒｆａｃｔｏｒｙ装置を使用し、方形の試験パターンを用いて固定の放射照度及び時間で樹脂を硬化させた。２００ｍＷ／ｄｍ２の放射照度をこれらの試験に使用し、スライドガラスの追加された厚さを較正するために注意を払った。６０又は３００秒の露光時間を使用した。特定の時間が経過後、過剰の未硬化ポリマーをスライドガラスから除去すると固体の方形試験パターンのみが残った。薄層をスライドガラスから除去するためにカミソリを使用し、層厚さを測定するためにデジタルキャリパーを使用した。ＢＡＰＯ及びＴｉＯ２濃度の各独自の組合せについて３回反復して実施した。
【０１１０】
実施例６
[00123]  ＤＥＦ１ｇ／ＰＰＦ２ｇの割合で使用して樹脂を調製した。樹脂１ｇあたりＢＡＰＯ２０ｍｇ及び樹脂１ｇあたりＴｉＯ２１０ｍｇを使用した。成功した構築には、最初の層を硬化させる際に、硬化樹脂の構築プレートへの適切な付着が必要であった。業界標準の方法を用いてＰＰＦ樹脂と構築プラットフォームの間の付着を達成するにおいて、いくつかの困難に遭遇し、何らかの介入が必要であった。２つの５０マイクロメーターの層を用いて薄い基部プレートを最初にレンダリングし、これは、構築プレートに適切に付着しなかったが、後には透明な基部に固定したままであった。カミソリを用いて薄いプレートを基部から注意深く取り外し、Ｐｅｒｆａｃｔｏｒｙ装置の外で構築プラットフォームの中心に直接置いた。基部プレートとプラットフォームの間にトラップされたいかなる空気も除去するように注意を払った。次いで、基部プレートをＵＶ浴中で２０分間硬化させた。構築プラットフォームへの強力な結合を達成するために、ＵＶ露光に加えて、ヒートガンを用いて基部プレートの硬化を終結させた。ＰＰＦ樹脂から生成した、予め付着させた基部プレートの提供は、次の構築の間に所望の部品を適切に付着させた。この工程が完了したら、２００ｍＷ／ｄｍ２の放射照度及び１５０秒の露光時間を用いて試験足場を構築した。
【０１１１】
[00124]  試験部品の何らかの後処理が必要であった。試験部品を、最初はアセトンで、次いで２００プルーフのエタノールですすいで、いかなる過剰の未硬化樹脂も内部孔空間から除去した。試験足場を浄化するために圧縮空気も使用した。未硬化樹脂を部品が含まなくなったら、構築プラットフォームをＵＶ浴に入れ、さらに２時間露光して、樹脂を完全に硬化させ、部品を強化した。次いで、基部プレートを構築プラットフォームから分離し、個々の試験足場を基部プレートから取り除いた。カミソリを用いて足場支持体を除去した。
【０１１２】
[00125]  足場全体をレンダリングするために使用した樹脂をＤＥＦの添加によって薄くして、ＰＰＦ／ＤＥＦを１：１の濃度に増加させた。材料の自家重合により樹脂の粘度が増大したため、これは必要であった。このプロセスにおいてＢＡＰＯとＴｉＯ２の濃度を、樹脂１ｇあたりＢＡＰＯ１５ｍｇ及び樹脂１ｇあたりＴｉＯ２０．７５ｍｇまで効果的に低下させた。予め付着させた基部プレートを上記のとおりに使用した。２００ｍＷ／ｄｍ２の放射照度及び１５０秒の露光時間を用いて足場をレンダリングした。構築プロセスが完了したら、足場を構築プラットフォームから取り除き、２００プルーフのエタノールですすいだ。追加の浄化は、エタノールすすぎ、圧縮空気の使用及びエタノール中での超音波洗浄の工程を交互に行うことを含んだ。アセトンの使用は試験足場を損傷することがわかったため、回避した。過剰の樹脂が足場から除去されたら、足場をＵＶ浴中に２時間置いた。カミソリを用いて足場支持体を取り外した。
【０１１３】
[00126]  成人のボランティアから骨髄を得た。単離したｈＭＳＣの初代培養物を播種した。ｈＭＳＣの初代単離株を、培養フラスコあたり２５０，０００の密度で二次培養した。ｈＭＳＣをトリプシン処理した。細胞を計数し、３２５０００００細胞／２ｍｌで高密度の細胞注入液を足場の播種のために調製した。４つのＰＰＦ足場をレンダリングし、酸化エチレンガス（華氏１４０度）で滅菌し、１０％のウシ胎仔血清中に１２時間浸漬して、予め湿潤させた。各足場にローディングしたｈＭＳＣの数は、３２５００００であった（最適の細胞播種密度は、推定した細胞直径及び足場表面積に基づいた）。マイクロピペットによってマルチウエルプレート（低付着力プラスチック）中で２００μＬのｈＭＳＣ注入液を足場に層状に重ねた。プレートを真空チャンバー中に置き、これをポンプで２５’’Ｈｇまで１分間で迅速に低下させた。次いで、高密度の細胞注入液をローディングした足場を２時間インキュベーションして、細胞接着を促進した。
【０１１４】
[00127]  ２時間後に、ウエルに培養液（１０％のウシ胎仔血清を含むDMEM-LG）で満たして、乾燥を防いだ。４つの時間間隔：６時間、２４時間、４０時間及び４８時間で連続して足場を採取した。すべての足場を１％グルタルアルデヒド溶液で３０分間固定し、次いで走査型電子顕微鏡（SEM）のために、リン酸緩衝生理食塩水（PBS）ですすぎ、その中に４℃で貯蔵した。
【０１１５】
実施例７
[00128]  ＴｉＯ２、（光吸収剤としての）オキシベンゾン及びＢＡＰＯを含む染料−開始剤パッケージの、ＰＰＦ足場のｚ軸解像度に対する効果を、Ｐｅｒｆａｃｔｏｒｙ  Ｐ３（Envision TEC Brusseler Strase 51、D-45968 Gladbeck Germany）における単層硬化試験を実施することによって試験した。固定レベルのＢＡＰＯ及びＨＭＢにおいて１：１のＰＰＦ：ＤＥＦ比を使用する試験レジュメは、一方で組成物中のＴｉＯ２のパーセンテージ（「硬化試験混合物」又は「CTM」）を変化させた。以下の表１に示す試験＃１のみが、２：１のＰＰＦ：ＤＥＦ比を使用した。
[00129]  較正プレートの上のスライドガラス（Fisher）上方の組み込み型放射計を用いて、光の強度を２６０ｍＷ／ｄｍ２に較正するために、Ｐｅｒｆａｃｔｏｒｙにおいてマスクの生成を行った。次いで、露光時間を１２０秒に設定した。６から７滴の試験用ＣＴＭをスライドガラスの中央に置いた。硬化試験後、スライドガラスを取り外し、上下を反対にして、すべてのアクセス−未硬化（access-uncured）材料が除去されるようにペーパータオルに軽くたたきつけた。硬化した試験方形を注意深く測定した。散乱光により生じた意図しない硬化は、注視すべきと記した。次いで、カミソリを用いて試験方形を注意深く除去し、強度の観察結果を書き留めた。
【０１１６】
[00130]  オキシベンゾンと組み合わせた少量のＴｉＯ２が、樹脂全体にわたって分散し、ＴｉＯ２によって引き起こされた光の「散乱」を吸収し、それによってｘｙ平面の解像度の（ＴｉＯ２単独に比べた）改善を助けるが、硬化プロセスの触媒作用も支援することによって、（ＴｉＯ２単独に比べた）架橋密度の増大を可能とすることがわかった。散乱光を吸収することは、樹脂により多くの光を加えて、局所的にポリマーに触媒作用を及ぼすことを可能とする。オキシベンゾンはまた、ＴｉＯ２よりもずっと容易にＰＰＦ中に懸濁され、これは、結果として得られる部品の強度を増加させることを助けた。全体として、ＴｉＯ２／ＨＭＢ／ＢＡＰＯ染料パッケージは、製造装置が無人で稼働する一方、得られる再吸収性ポリマーインプラントの解像度を維持し、それどころか、改善することを可能とした。以下の表１は、硬化試験において試験した組成物を提供する。表１は、ｗ／ｗ％を示し、ここで、パーセントは、ポリマーと溶媒の総重量に対する特定の成分の重量である。
【０１１７】
【表１】
0006362614.tif 000003
【０１１８】
[00131]  表１は、ＰＰＦ：ＤＥＦ比、ＢＡＰＯ、ＨＭＢ及びＴｉＯ２の量並びに混合物がＵＶ光に露光される時間を変化させた、成功した足場を構築するための試みにおける試行の進行を示す。試験番号１は、２：１のＰＰＦ：ＤＥＦ比が高すぎ、４６０μｍの層厚さを生じたことを示す（目標は、１２０μｍであった）。１：１のＰＰＦ：ＤＥＦ比を用いる試験番号２から５は、ＴｉＯ２を含まず、組成物中のＨＭＢの量を増加させ、１５０秒の露光時間で、例えば、０．１９から０．５％などの非常に低レベルのＢＡＰＯ及び１０％ＨＭＢにおいては、層厚さは、平均して４３μｍから１６４μｍまで増加することを示す。０．５％ＢＡＰＯを維持しつつ、ＨＭＢを１２％まで増加させると、１５０の露光時間において、層厚さは１２０μｍまで減少した。最初の試行は、ＢＡＰＯ、ＨＭＢ及びＴｉＯ２を使用する染料−開始剤パッケージを最適化することが目的であったため、散乱の存在又は樹脂の「暗硬化（dark cure）」は記録しなかった。試験番号６は、開始剤の量を減少させ、染料の量も減少させると、層厚さが増加することを示す。試験７における染料の量の増加は、層厚さを減少させた。試験９から１１は、開始剤の量が増加すると、層厚さを所望の範囲内に維持するために染料の量を増加する必要があることをさらに例示する。
【０１１９】
[00132]  試験１２から１５は、ＴｉＯ２を添加せず、ＨＭＢの量を０から３３％まで変化させた場合のＢＡＰＯ濃度の１％までの急増を例示する。層厚さを減少させるためには、より大量のＨＭＢが必要であることは明らかであるが、十分量のＨＭＢ（３３％）で構築されＴｉＯ２を含まない足場は、適切な解像度をもたらすが、強度が不十分であった：部品は取り扱うには弱すぎた。
【０１２０】
[00133]  １％ＢＡＰＯ、２５％ＨＭＢの混合物を選択して、ＴｉＯ２の量の増加を開始した。試験番号１６〜１８においてＴｉＯ２濃度が１から３％に増加するにつれ、層厚さは１９０から１３５μｍまで減少したが、露光時間は１５０秒のままであった。精度は維持しつつプロセスをより効率的にするために、構成要素の濃度を再度変化させ、次に露光時間を減少させた。
【０１２１】
[00134]  試験２０〜２３は、暗硬化又はｘｙ平面における不十分な解像度を排除するためのＨＭＢの必要性を例示する。
【０１２２】
[00135]  最終的に、１％ＢＡＰＯ、２８％ＨＭＢ及び１％ＴｉＯ２の最終混合物が、６０秒の露光時間及び１２０μｍの所望の層厚さによって成功した足場構築をもたらした。
【０１２３】
[00136]  これらの結果は、１％ＢＡＰＯ及び０％ＨＭＢで開始して、０から３％までＴｉＯ２濃度を増加させたフォローアップ硬化試験により確認された。例えば、１％ＢＡＰＯ、０％ＨＭＢ及び０％ＴｉＯ２による５つの試験、次いで、ＴｉＯ２を１％まで増加させて５つの円柱を構築したなどの、各試験濃度について５つの試験円柱を構築した。１％ＢＡＰＯ、０％ＨＭＢ及び３％ＴｉＯ２をいったん試験し、ＨＭＢを増加させた：１％ＢＡＰＯ、１０％ＨＭＢ及び０％ＴｉＯ２など。予測したとおり、１から３％までＢＡＰＯの量を増加させると、層厚さは減少し、ＴｉＯ２を増加させると、暗硬化が増大するが、構築物の強度は改善し、３％ＴｉＯ２において結果として得られた構築物は、取扱いに際した破損に耐えることが多かった。オキシベンゾンの量を増加させると、ＴｉＯ２により生じた暗硬化を減少させた。暗硬化がなく、物理的及び定性的性質に優れた（例えば、構築プラットフォームから容易に「剥がされ」又は除去され、かなり激しく取り扱われてもよく、強度に優れている）潜在的な成功した構築濃度は：（ａ）２％ＢＡＰＯ、３０％ＨＭＢ及び０％から２％ＴｉＯ２；３％ＴｉＯ２はより脆弱な構築物を生じた、及び（ｂ）１％ＢＡＰＯ、３０％ＨＭＢ及び１〜２％ＴｉＯ２により示された。これは、１％ＢＡＰＯ、２８％ＨＭＢ及び１％ＴｉＯ２における成功した足場構築物をもたらした、以前の試行試験を確認した。確認試験の結果を図９から１１にプロットする。
【０１２４】
実施例８
[00137]  強度２６７ｍＷ／ｄｍ２、１２０秒の露光時間でＭｉｃｒｏ（EnvisionTEC, Inc.、Dearborn、MI）プリンターを使用して、５０マイクロメーターの層厚さで６ミリメーター×１２ミリメーターの中実円柱をレンダリングした。この実施例においては、染料を含まない光開始剤パッケージを使用した。ＰＰＦ及びＤＥＦ混合物の重量に対する各開始剤の重量で、３％Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）８１９（BASF[Ciba]、Florham Park、NJ）及び３％Ｉｒｇａｃｕｒｅ７８４（登録商標）（BASF[Ciba]、Florham Park、NJ）を、１．５：１のＰＰＦ：ＤＥＦ重量比のポリマーと溶媒の混合物に添加した。
【０１２５】
[00138]  円柱を印刷し、装置から取り外した。１０００ｌｂｆ（４４４８Ｎ）のロードセル、０．１ｍｍ／秒のひずみ速度及び２ｍｍの最大ひずみでＩｎｓｔｒｏｎ８５０１（Norwood、MA）を使用して、円柱のうちの１つの強度を試験した。円柱は、グラフの直線部分において約８６８ＭＰａの最大弾性率を示した。応力対円柱のひずみのプロットを図１２に示す。同じ円柱の強度を壊れるまで試験して、３３４ＭＰａの平均弾性率を示した。壊れるまでのその応力対ひずみのプロットを図１３に示す。この実施例による中実部品の製造は、高い圧縮力を受ける可能性のある組織工学装置にとって有益であることを証明できた。
【０１２６】
実施例９
[00139]  この実施例においては、実施例８と同様に、染料を添加しない光開始剤パッケージを試験した。強度３５０ｍＷ／ｄｍ２及び３０秒の露光時間でＰｅｒｆａｃｔｏｒｙ  Ｐ３  ＵＶ装置を使用して、多孔質円柱状ＰＰＦ足場（「スリーブ（sleeves）」）をレンダリングした。目標の寸法は：約２．７５ｍｍの外径、約２．５ｍｍの内径、約６ｍｍ高さ、約１２５μｍの壁厚及び約３５０μｍの孔サイズであった。最終的な円柱の寸法はわずかに小さかった。３パーセントＩｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）８１９（BAPO）（BASF[Ciba]、Florham Park、NJ）及び０．５％Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）７８４（BASF[Ciba]、Florham Park、NJ）（ＰＰＦ及びＤＥＦの合計重量に基づく重量パーセント）及びフマル酸ジエチルを原材料、（１：１の結果的なＰＰＦ：ＤＥＦ比のための）ＰＰＦに添加し、足場製造に使用した。ＴｉＯ２は使用しなかった。足場を印刷し、ｃＤＬＰ装置から取り出し、ＵＶ光チャンバー（3D Systems ProCure）中で４８０分間、後硬化させた。１０００ｌｂｆ（４４４Ｎ）のロードセル、０．１ｍｍ／秒のひずみ速度及び２ｍｍの最大ひずみでＩｎｓｔｒｏｎ  ８５０１（Norwood、MA）を使用して圧縮試験を実施した。試験は、新たに製造した足場、すなわち「素地」足場に対して、及び後硬化させた足場に対して実施した。結果は、後硬化による１８００％の弾性率の増加及び後硬化による２２００％の圧縮強度の増加を示した。図６及び７は、これらの結果を例示する。
【０１２７】
実施例１０
[00140]  この実施例においては、３％Ｉｒｇａｃｕｒｅ８１９（BASF Corp、Florham Park、NJ）及び３％Ｉｒｇａｃｕｒｅ７８４（BASF Corp.、Florham Park、NJ）（ポリマー及び溶媒の合計重量に基づく重量パーセント）の光開始剤パッケージを再度試験し、今回は、層厚さ及び３Ｄ印刷した部品の素地強度に対する露光時間の効果を見た。層間強度は、印刷部品の全体的強度の評価において重要であり、ＰＰＦ又は他の再吸収性ポリマーの単回硬化させた層と対照的に、３Ｄ印刷した部品においてのみ試験できる。Ｉｒｇａｃｕｒｅを溶解させるために、ＤＥＦ（Acros、Pittsburgh、PA）を加熱した。開始剤及び溶媒を、ＰＰＦ／ＤＥＦ比が１．５：１．０までＰＰＦ（実施例１に記載のとおりに調製した１２００ダルトンＰＰＦ）に添加した。硬化試験を実施して、１２０、１５０及び１８０μｍの層厚さを生じさせた。約１９５ｍＷ／ｄｍ２のＵＶ光強度でＰｅｒｆａｃｔｏｒｙ  Ｍｉｃｒｏ（EnvisionTEC, Inc.）において、これらの厚さに対する露光時間は、それぞれ、９０、１８０及び２１０秒であった。構築プレートは、各層間で５０ｍｍ前進し、それぞれ、７０、１００及び１３０μｍ超の過硬化を生じた。
【０１２８】
[00141]  中実のＰＰＦ円柱（６ｍｍ長さ、３ｍｍ直径）をＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ（Dassault Systems SolidWorks Corporation、Waltham、MA）において設計した。この幾何学的形状をＰｅｒｆａｃｔｏｒｙ  Ｍｉｃｒｏに転送した。３組の円柱を、それぞれ９０秒（N=2）、１８０秒（N=7）及び２１０秒（N=5）で印刷した。これらの部品は、部品の素地強度に対する露光の効果が試験できるように、後硬化させなかった。圧縮試験を、Ｉｎｓｔｒｏｎ  ８５０１（Norwood、MA）において、０．１ｍｍ／秒のひずみ速度により実施した。各露光時間における印刷した部品の平均弾性率により定義される素地強度を、表２に提供する。
【０１２９】
【表２】
0006362614.tif 000004
【０１３０】
[00142]  これらのデータは、露光時間が層厚さに影響することを示す。過硬化のステップサイズを保持しつつ（３０μｍ）、露光時間及び過硬化深さを増加させると、３Ｄレンダリングした部品の素地強度に影響を及ぼす。第１の群（１２０μｍの層厚さ）により保持された強度は、３Ｄ印刷に必要なレベル未満ではないが、他の２つの群より顕著に低い。観察した露光時間−素地強度の相関関係の一番低いところでは（７０μｍ過硬化及び５０μｍ前進）、製造時間の短縮及び解像度の増大を観察したが、層間剥離のない満足のいく３Ｄ印刷された足場を達成するための層間架橋が構築手順の間の何らかの時点において不十分となるリスクも観察した。露光時間−素地強度の相関関係の他の末端では増加した強度及び構築物完成速度が観察されたが、円柱の解像度が低下した。
【０１３１】
[00143]  実施例の方法は、図１４及び１５のフローチャートを参照することによってよりよく理解されうる。説明を簡単にするためには、例示した方法論が一連のブロックとして示され、記載されるが、いくつかのブロックは示した又は記載したものとは異なる順番で又は他のブロックと同時に起こってもよいため、該方法論は、ブロックの順番に限定されないことは理解されなくてはならない。さらに、実施例の方法論を実行するために必要とされるブロックが、例示されたすべてよりも少ないこともある。さらに、追加の又は代替の方法論は、例示されていない追加のブロックを使用することができる。図１４及び１５が連続して起こる様々な動きを例示するが、例示した様々な動きが実質的に並行して起こりえたことが理解されなくてはならない。多くのプロセスが記載されているが、より多くの又はより少ない数のプロセスが使用されうることは理解されなければならない。
【０１３２】
[00144]  図１４は、患者における埋め込みのための組織工学足場の製造し、組織の成長を促進する方法６００を例示する。方法６００は、６１０において、デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を含むデジタル光処理（ＤＬＰ）の付加的な製造装置において組織工学足場を表すデータを受信することを含む。６２０において、方法６００はさらに、ＤＭＤを作動させて足場の層に対応する光を、その上部に構築プレート及び重合後に再吸収可能な液体光重合性材料が配置された透明又は半透明なプレートに投影することを含む。６３０において、方法６００はさらに、投射光が連続的に樹脂の一部を少なくとも部分的に重合させて、足場の層に実質的に似るように、構築プレートを選ばれた増分でシフトさせることを含む。
【０１３３】
[00145]  図１５は、患者に埋め込まれるべきインプラントの連続デジタル光処理（cDLP）による製造のためのプロセス７００を例示する。プロセス７００は、７１０において、デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）及び透明又は半透明なプレートを含む、付加的な製造装置を提供することを含む。７２０において、プロセス７００はさらに、液体光硬化性材料及び開始剤を含む生物適合性樹脂を提供することを含む。７３０において、プロセス７００はさらに、透明又は半透明なプレートの上部にある量の樹脂を堆積させることを含む。７４０において、プロセス７００はさらに、ＤＭＤを作動させて、上記量の樹脂のいくらかを光に露光して、露光した量の樹脂を硬化させてインプラントの層を形成することを含む。（示さない）一実施形態において、プロセス７００はさらに、レンダリングしたインプラントの層をシフトさせ、追加量の樹脂を透明又は半透明なプレートの上部に堆積させることを含む。
【０１３４】
[00146]  ７５０において、プロセス７００はさらに、ＤＭＤを作動させて、少なくともいくらかの追加量の樹脂を光に露光させて、露光した追加量の樹脂を少なくとも部分的に硬化させて、先の層と追加の層の間の少なくともいくらかの層間結合を生じさせることを含む。一実施形態において、プロセス７００はさらに、続く追加量の樹脂を透明又は半透明なプレートの上部に堆積させる前に、インプラントの追加の層をシフトさせることを含み、ここで、追加の製造装置中の少なくとも１つのモータが、７５マイクロメーター以下の増分でシフトを起こさせる。７６０において、プロセス７００はさらに、一層ごとにインプラントを物理的にレンダリングするために、必要に応じてＤＭＤを作動させて、少なくともいくらかの追加量の樹脂を露光させる工程７５０を何回も繰り返すことを含む。
【０１３５】
[00147]  例示的なシステム、方法などが実施例を説明することによって例示された一方、実施例をかなり詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲の範囲をそのような詳細に限定又はいかなる方法によっても制限することを意図するものではない。もちろん、本明細書に記載のシステム、方法などを説明する目的で、考えうる構成要素又は方法論の各組合せを記載することは不可能である。さらなる利益及び改変は、当業者に容易に明らかとなる。したがって、本発明は、特定の詳細及び示される又は記載される例示的実施例に制限されない。したがって、本願は、添付の特許請求の範囲の範囲内に属する代替例、改変例及び変更例を包含する。さらに、上記の説明は、本発明の範囲を制限することを意図しない。むしろ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物により決定されるべきである。すべての場合において、範囲は、±５％の境界周辺の変更を含むおよその範囲として列挙される。言い換えれば、２０％は「約２０％」と解釈されるべきである。
【０１３６】
[00148]  本明細書中で引用されるすべての参考文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−５】
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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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【図１５】
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