(57)【要約】  ｉｎ−ｓｉｔｕ外科治療を実施するための、幹細胞を含む生体適合性材料をプリンティングするための手持ち式３Ｄプリンティング装置が、１つのＵＶ硬化試薬容器と、１つのセル支持試薬容器とを備え、生体適合性材料が先端部から同軸に押し出されてｉｎ−ｓｉｔｕ治療を実施するために硬化される。押出材料が、シェル材料によって保護されるコア材料を含む。試薬が、電子ドライブトレインを使用して容器から一定の速度で駆動される。【選択図】図１Ｂ
2020512213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の試薬組成物を押し出すための手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）であって、
ハウジングであって、
幹細胞支持試薬を収容する第１の試薬容器（８）を使用時に受けて支持する第１の試薬容器支持構成（３５）と、
光硬化試薬を収容する第２の試薬容器（９）を使用時に受けて支持する第２の試薬容器支持構成（３５）と、
電源（６）と、
第１の試薬ピストン（８４）を第１の試薬容器（８）の遠位端（８１）まで駆動するように、および第２の試薬ピストン（９４）を第２の試薬容器（９）の遠位端（９１）まで駆動するように、構成される電気ドライブトレイン構成（７）と、
前記第１の試薬容器（８）および前記第２の試薬容器（９）からの前記試薬の押し出しを制御するために前記電気ドライブトレイン（７）を制御するための電子制御回路（５）と、を備える前記ハウジングと、
前記ハウジングの遠位端（３）に接続されるノズル（２、２０、１２０）であって、少なくとも１つのアパーチャ（２３）を備える同時押出先端部（２２）、ならびに前記第１の試薬容器（８）の近位端から送り出される前記第１の試薬を受け取って前記第１の試薬を前記先端部（２２）内の前記少なくとも１つのアパーチャ（２３）から外へ誘導するための第１の導管、および前記第２の試薬容器（９）の近位端から送り出される前記第２の試薬を受け取って前記第２の試薬を前記先端部（２２）内の前記少なくとも１つのアパーチャ（２３）から外へ誘導するための第２の導管（２６）、を備える、前記ノズル（２、２０、１２０）と
を備える
手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、前記ノズル（２、２０、１２０）が、同軸構成であるコアアパーチャ（２３）および環状アパーチャ（２５）と、前記第１の試薬容器（８）の近位端から送り出される前記第１の試薬を受け取って前記第１の試薬を前記先端部（２２）内の前記コアアパーチャ（２３）から外へ誘導するための第１の導管、および前記第２の試薬容器（９）の近位端から送り出される前記第２の試薬を受け取って前記第２の試薬を前記先端部（２２）内の前記環状アパーチャ（２５）から外へ誘導するための第２の導管（２６）と、を備える、手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項３】
請求項１に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、前記先端部（２２）からの押し出しの直前または直後に前記試薬を硬化させるために前記電子制御回路（５）によって制御される、前記デバイスの上または中に設置される光源（２４）をさらに備え、ならびに／あるいは、前記ハウジングがヒンジ部分（３６）を備え、それにより前記ハウジングを開けることが可能となり、前記第１の試薬容器（８）および前記第２の試薬容器（９）を受けて装着する、手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項４】
請求項３に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、前記第１の試薬容器（８）の前記遠位端が、第１のプロフィール形状を有するフランジ（８１）を備え、前記第１の試薬容器支持構成が前記第１のプロフィール形状に適合する切欠部分を備え、前記第２の試薬容器（９）の前記遠位端が、前記第１のプロフィール形状とは異なる第２のプロフィール形状を有するフランジを備え、前記第２の試薬容器支持構成が、前記第２のプロフィール形状に適合する切欠部分を備え、および／または
前記ハウジングが、前記電源（６）と、電子制御回路（５）と、電気ドライブトレイン構成（７）とを備える後方ハウジング（４）に接続されるハンドグリップ（３）を備え、前記ヒンジ部分（３６）が前記ハンドグリップ（３）内に形成され、前記第１の試薬容器（８）および前記第２の試薬容器（９）がハンドグリップ（３）の中に装着され、ならびに／あるいは、
前記ヒンジ（３６）が前記ハウジングの後方部分内に位置し、それにより上側ハウジング構成要素（４１）を少なくとも９０°から２７０°までめくることを可能にし、それにより内部にアクセスするのを可能にし、それにより前記第１の試薬容器（８）および前記第２の試薬容器（９）を装着するのを可能にする、
手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項５】
前記請求項のいずれか一項に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、前記第１の試薬容器（８）内の前記第１の試薬を視認するための第１のアパーチャと、前記第２の試薬容器（９）内の前記第２の試薬を視認するための第２のアパーチャとをさらに備える、手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項６】
前記請求項のいずれか一項に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、前記ノズル（２、２０、１２０）が、前記第１の試薬容器（８）の前記近位端（８３）を受けるための第１のキャビティ（２８）と、前記第２の試薬容器（９）の前記近位端（９３）を受けるための第２のキャビティ（２９）と、前記第１のキャビティ（２８）までの第１の導管（２２３、２２８）および前記第２のキャビティ（２９）までの第２の導管（２２９）を備えるマニホルド（２６）に繋がる単一チューブを備える先端部（２２）と、を有するようにプラスチック射出成形によって形成され、前記同時押出先端部（２２）がコアチューブ（２３）を前記単一チューブの中に入れて前記マニホルド（２６）を通して前記第１の導管（２２３、２２８）の中まで挿入することによって形成される、手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項７】
前記請求項のいずれか一項に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、前記ノズル（２、２０、１２０）が、キャップ部分（２７１）およびノズル部分（２７２）を備える２つのプラスチック射出成形部品のノズル組立体（２０、１２０）として形成され、任意選択で、前記ノズル組立体（２０、１２０）がＯリングを用いて密閉され、１つまたは複数のねじを用いて留められ、あるいは前記ノズル組立体（２０、１２０）が締まり嵌めを用いて密閉され、クリップを用いて留められる、手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項８】
前記請求項のいずれか一項に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、非生体適合性材料および非生体適合性の構成要素が、機械的に密閉されるエンクロージャにより、動作環境から分離される、手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項９】
前記請求項のいずれか一項に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、前記第１の試薬（８）および前記第２の試薬容器（９）からの前記試薬の押出速度を使用者が制御するのを可能にするように、および少なくとも２つの動作モードの間で選択を行うように、構成されるユーザインターフェース（５１）をさらに備える、手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項１０】
前記請求項のいずれか一項に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、前記ハウジング（４１）の上側部分が透明であり、それにより前記試薬容器（８、９）およびアクチュエータ（１６１、１６２、８４０）を視認することが可能であり、任意選択で、前記フレーム（１０）および前記ハウジング（４１）の上側部分が、前記試薬を正確な位置に配置するためのレタリング文字を有するようにエンボス加工される、手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項１１】
請求項３に記載のまたは請求項３に従属のいずれか一項に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、前記光源が前記ノズル（２）から離れたところに設置され、光導体が前記光源から前記押出材料まで光を誘導する、手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項１２】
前記請求項のいずれか一項に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、前記第１および第２の試薬の押し出しの速度が独立して制御可能であり、または、前記第１および第２の試薬の押し出しの速度が、機械的に固定される比である、手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項１３】
前記請求項のいずれか一項に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、
前記電気ドライブトレイン構成（７）が
第１および第２のステッパモータ駆動装置（７５、１７１、１７２、１７３）と、
第１および第２のねじジャッキ（１５１、１５２、１５３）と、
各ステッパモータ（７５、１７１、１７２、１７３）から前記それぞれのねじジャッキ（１５１、１５２、１５３）までトルクを伝達するためのギアセット（７４）と
を備える、
手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項１４】
前記請求項のいずれか一項に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、前記装置（１）にバッテリーが予め装着されており、前記装置（１）が使い捨ての装置として無菌容器の中で提供される、手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項１５】
前記請求項のいずれか一項に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、使用時に各々が追加の試薬容器（１３１、１３２、１３３）を受けて支持する１つまたは複数の追加の試薬容器支持構成をさらに備え、前記電気ドライブトレイン構成（７）が、各追加の試薬ピストン（１４１、１４２、１４３）を前記追加の試薬容器（１３１、１３２、１３３）の遠位端の中まで駆動するようにさらに構成され、前記ノズル（２）が、各追加の試薬容器（１３１、１３２、１３３）の近位端から送り出される前記追加の試薬を受けて、前記第１および第２の試薬と共に追加の各試薬を同時押し出しするように、さらに構成される、手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項１６】
請求項１５に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）において、各追加の試薬容器の前記遠位端が独自のプロフィール形状を有するフランジを備え、前記各試薬容器支持構成が、前記独自のプロフィール形状に適合する切欠部分を備え、および／または
前記電気ドライブトレイン構成（７）および試薬容器支持構成が、各追加の試薬ピストン（１４１、１４２、１４３）を各追加の試薬容器（１３１、１３２、１３３）の前記遠位端の中まで駆動するように構成され、ならびに／あるいは
前記ノズル（１２０）が、各追加の試薬容器（１３１、１３２、１３３）の前記近位端から送り出される前記追加の試薬を受けて、前記第１および第２の試薬と共に各追加の試薬を同時押し出しするように構成される、
手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）。
【請求項１７】
放射線硬化試薬組成物を押し出すための請求項１から１６までの手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）の使用であって、好適には、前記放射線硬化試薬組成物が、前記手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）を使用することにより追加的に硬化される、使用。
【請求項１８】
請求項１から１６に記載の手持ち式３Ｄプリンティング装置（１）で使用されるためのノズル組立体（２）であって、前記ノズル組立体（２）が前記ハウジングに取り付け可能であり、ハウジングから取り外し可能である、ノズル組立体（２）。
【請求項１９】
請求項１８に記載のノズル組立体（２）において、前記ノズルが、並列押し出しを含む構成、多様な幾何形状、多様な長さのノズル、多様な直径のノズル、または多様な幾何学的比率を含み、ならびに／あるいは、前記ノズル組立体（２）が射出成形プロセスによって形成される、ノズル組立体（２）。
【請求項２０】
請求項１８に記載のノズル組立体（１２０）において、少なくとも３つのワイドワイヤ（１８７）と、ガイドワイヤ位置合わせディスク（１２７）とを含み、前記３つのガイドワイヤが環状アパーチャ内に配置される、ノズル組立体（１２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１７年３月１５日に出願された豪州仮特許出願第２０１７９００９０６号の優先権を主張するものであり、その内容が本参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
[0001]本開示は生体適合材料の添加剤製造に関する。詳細には、本開示が、外科的バイオファブリケーションのための生体適合性材料の手持ち式３次元（３Ｄ）プリンティング（ｈａｎｄｈｅｌｄ  ３  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  （３Ｄ）  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0002]実験研究およびプロトタイプにおいては、外科的バイオファブリケーションのための手持ち式３Ｄプリンタの技術的実現性が確立されている。最近の（但し、必ずしもよく知られているわけではない）１つのプロトタイプのシステムにおいて、幹細胞および生体材料を含有するＵＶ硬化インクが、ｉｎ−ｓｉｔｕプリンティングされ、ＵＶ硬化され、それにより、例えば損傷した軟骨を直接に治療することを目的として、外科医が組織構造をバイオファブリケートすることが可能となる。このプロトタイプのシステムでは、２つの試薬容器が幹細胞および生体材料をヒドロゲルとして別個に保管し、機械的押出システムが、３Ｄプリンティングされたチタニウムの押出機ノズルを通して試薬を押し出すのに使用され、ＵＶ光源が、押し出しの直後にヒドロゲルを架橋するのに使用され、それにより幹細胞を封入および支持する安定した構造を形成する。フットペダルが試薬の押し出しを制御するのに使用され、押し出しの速度が、電子制御インターフェースを使用して制御される。各押出機が円形断面を有し、幹細胞を含有するコア材料と、コア材料を封入および支持するシェル材料と、と同軸に配置される。
【０００４】
[0003]しかし、上で考察したプロトタイプでは技術的実現性が確立されているが、このプロトタイプは多数の欠点を有し、特にはコスト効率の高い生産および高い信頼性の使用を可能にすることにおける欠点を有する。例えば、プロトタイプのデバイスは信頼性および一貫性の問題を有する。試薬の粘性およびひいては流量が温度の影響を受けやすく、材料特性が混合比の影響を受けやすい。したがって、これにより、押出速度を厳密に制御することが必要となる。加えて、プロトタイプのデバイスは、ケーブルによりフットペダルおよび電子制御インターフェースに接続されることを理由として、制限される運動の自由度を有する。さらに、ノズルが、高価で大量生産に適さない、３Ｄプリンティングされるチタニウムのノズルである。
【０００５】
[0004]したがって、改善された手持ち式３Ｄプリンティングデバイスを提供すること、または既存の手持ち式３Ｄプリンティングデバイスに対しての少なくとも代替形態を提供することの必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0005]第１の態様によると、複数の試薬組成物を押し出すための手持ち式３Ｄプリンティング装置が提供され、この装置は、
ハウジングであって、
幹細胞支持試薬を収容する第１の試薬容器を使用時に受けて支持する第１の試薬容器支持構成と、
光硬化試薬を収容する第２の試薬容器を使用時に受けて支持する第２の試薬容器支持構成と、
電源と、
第１の試薬ピストンを第１の試薬容器の遠位端まで駆動するように、および第２の試薬ピストンを第２の試薬容器の遠位端まで駆動するように、構成される電気ドライブトレイン構成と、
第１および第２の試薬容器からの試薬の押し出しを制御するために電気ドライブトレインを制御するための電子制御回路と、を備えるハウジングと、
ハウジングの遠位端に接続されるノズルであって、少なくとも１つのアパーチャを備える同時押出先端部、ならびに第１の試薬容器の近位端から送り出される第１の試薬を受け取って第１の試薬を先端部内の少なくとも１つのアパーチャから外へ誘導するための第１の導管、および第２の試薬容器の近位端から送り出される第２の試薬を受け取って第２の試薬を先端部内の少なくとも１つのアパーチャから外へ誘導するための第２の導管、を備える、ノズルと
を備える。
【０００７】
[0006]押出材料が外部光源を使用して硬化され得る。別法として、手持ち式３Ｄプリンティング装置が、先端部から押し出しの直前または直後に試薬を硬化させるための電子制御回路によって制御される、ノズルの上にまたはノズルの中に設置される光源をさらに備えることができる。次に、これらの特徴および他の特徴を説明する。
【０００８】
[0007]本発明の別の態様では、放射線硬化試薬組成物を押し出すための本発明の手持ち式３Ｄプリンティング装置の使用が提供される。放射線硬化試薬組成物が、さらに、手持ち式３Ｄプリンティング装置を使用することによって硬化され得る。
【０００９】
[0008]添付図面を参照して本発明の実施形態を考察する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】[0009]実施形態による手持ち式３Ｄプリンティング装置を示す等角図である。
【図１Ｂ】[0010]図１Ａの手持ち式３Ｄプリンティング装置を示す分解等角図である。
【図１Ｃ】[0011]図１Ａの手持ち式３Ｄプリンティング装置を示す分解上面図である。
【図１Ｄ】[0012]図１Ａの手持ち式３Ｄプリンティング装置を示す分解側面図である。
【図１Ｅ】[0013]図１Ａの手持ち式３Ｄプリンティング装置を示す分解端面図である。
【図２Ａ】[0014]実施形態による手持ち式３Ｄプリンティング装置のノズルを示す等角図である。
【図２Ｂ】[0015]図２Ａの手持ち式３Ｄプリンティング装置を示す上面図である。
【図２Ｃ】[0016]図２Ａの手持ち式３Ｄプリンティング装置を示す側面図である。
【図２Ｄ】[0017]図２Ａの手持ち式３Ｄプリンティング装置を示す端面図である。
【図２Ｅ】[0018]コアチューブの挿入前の、図２ＣのセクションＡＡに沿う断面図である。
【図２Ｆ】[0019]図２Ｅの特徴Ｆに沿う詳細断面図である。
【図２Ｇ】[0020]コアチューブの密閉および挿入後の最終的な形態の、図２ＣのセクションＡＡに沿う別の断面図である。
【図２Ｈ】[0021]図２Ｇの特徴Ｈに沿う詳細断面図である。
【図３】[0022]図３Ａは、実施形態による手持ち式３Ｄプリンティング装置のハンドグリップ部分を示す等角図である。 [0023]図３Ｂは、実施形態による第１の試薬容器を示す等角図である。 [0024]図３Ｃは、実施形態による第２の試薬容器を示す等角図である。
【図４】[0025]図４Ａは、実施形態による手持ち式３Ｄプリンティング装置の後方ハウジングの上側セクションを示す等角図である。 [0026]図４Ｂは、実施形態による手持ち式３Ｄプリンティング装置の後方ハウジングの下側セクションを示す等角図である。
【図５Ａ】[0027]実施形態によるドライブトレイン構成を示す等角図である。
【図５Ｂ】[0028]図５Ａのドライブトレイン構成を示す分解等角図である。
【図５Ｃ】[0029]図５Ａのドライブトレイン構成内のねじジャッキを示す等角図である。
【図５Ｄ】[0030]図５Ａのドライブトレイン構成内のジャッキスパーギア（ｊａｃｋ  ｓｐｕｒ  ｇｅａｒ）を示す等角図である。
【図５Ｅ】[0031]図５Ａのドライブトレイン構成内のステッパモータを示す等角図である。
【図５Ｆ】[0032]図５Ａのドライブトレイン構成内の駆動キャップを示す等角図である。
【図５Ｇ】[0033]図５Ａのドライブトレイン構成内の駆動クレードルを示す等角図である。
【図５Ｈ】[0034]図５Ａのドライブトレイン構成内の駆動クレードルを示す上面図である。
【図５Ｉ】[0035]図５Ａのドライブトレイン構成内の駆動クレードルを示す端面図である。
【図６Ａ】[0036]別の実施形態による手持ち式３Ｄプリンティング装置のノズルを示す等角図である。
【図６Ｂ】[0037]別の実施形態による手持ち式３Ｄプリンティング装置のノズルを示す等角図である。
【図６Ｃ】[0038]図６Ｂのノズルを示す端面図である。
【図６Ｄ】[0039]図６ＣのセクションＤＤに沿う断面図である。
【図６Ｅ】[0040]別の実施形態による手持ち式３Ｄプリンティング装置のノズルを示す等角図である。
【図６Ｆ】[0041]図６Ｂのノズルを示す端面図である。
【図６Ｇ】[0042]図６ＦのセクションＧＧに沿う断面図である。
【図７】[0043]図７Ａは、実施形態による二部品押出機先端部を示す等角図である。 [0044]図７Ｂは、図７Ａの二部品押出機先端部を示す分解図である。 [0045]図７Ｃは、図７Ａの二部品押出機先端部の先端部キャップを示す等角図である。 [0046]図７Ｄは、図７Ａの二部品押出機先端部を示す側面図である。 [0047]図７Ｅは、図７Ａの二部品押出機先端部を示す正面図である。 [0048]図７Ｆは、図７ＥのセクションＨＨに沿う断面図である。
【図８】[0049]側方装着の実施形態を示す分解図である。
【図９】[0050]図９Ａは、後方装着の実施形態を示す等角図である。 [0051]図９Ｂは、図９Ａの後方装着の実施形態を示す別の等角図である。
【図１０】[0052]ピストルグリップを備える実施形態を示す等角図である。
【図１１】[0053]図１１Ａは、実施形態による損傷セクションを有する膝関節軟骨のセクションを示す図である。 [0054]図１１Ｂは、損傷セクションを切除した状態の膝関節軟骨を示す図である。 [0055]図１１Ｃは、膝関節軟骨を治療するために切除されたセクションの中に生体材料をプリンティングするバイオペンの実施形態を示す図である。
【図１２Ａ】[0056]後方ヒンジを備える実施形態を示す第１の等角図である。
【図１２Ｂ】[0057]図１２Ａに示される実施形態を示す第２の等角図である。
【図１２Ｃ】[0058]図１２Ａに示される実施形態を示す分解図である。
【図１２Ｄ】[0059]上側ハウジングが取り外された状態の図１２Ａに示される実施形態を示す上面図である。
【図１２Ｅ】[0060]図１２Ａに示される実施形態を示す側面図である。
【図１２Ｆ】[0061]図１２Ａに示される実施形態を示す底面図である。
【図１２Ｇ】[0062]図１２Ａに示される実施形態を示す正面図である。
【図１２Ｈ】[0063]図１２ＤのセクションＳＳに沿う断面図である。
【図１２Ｉ】[0064]頂部カバーが開いている状態の、図１２Ａに示される実施形態を示す側面図である。
【図１２Ｊ】[0065]下側ハウジングが取り外された状態の、図１２Ａに示される実施形態を示す底面図である。
【図１２Ｋ】[0066]図１２ＤのセクションＹＹに沿う断面図である。
【図１２Ｌ】[0067]図１２ＤのセクションＺＺに沿う断面図である。
【図１２Ｍ】[0068]図１２Ａに示される実施形態のユーザインターフェースを示す概略図である。
【図１３Ａ】[0069]図１２Ａに示される実施形態内のノズル組立体を示す側面図である。
【図１３Ｂ】[0070]図１２Ａに示される実施形態内のノズル組立体を示す別の側面図である。
【図１３Ｃ】[0071]図１２Ａに示される実施形態内のノズル組立体を示す端面図である。
【図１３Ｄ】[0072]図１２Ａに示される実施形態内のノズル組立体を示す等角図である。
【図１３Ｅ】[0073]図１２Ａに示される実施形態内のノズル組立体を示す上面図である。
【図１３Ｆ】図１３ＥのセクションＡＡに沿う、ノズル組立体を示す断面図である。
【図１４Ａ】[0074]実施形態によるトリプルバレル同心シリンジ組立体（ｔｒｉｐｌｅ  ｂａｒｒｅｌ  ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ  ｓｙｒｉｎｇｅ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）を示す第１の等角図である。
【図１４Ｂ】[0075]図１４Ａのトリプルバレル同心シリンジ組立体を示す第２の等角図である。
【図１４Ｃ】[0076]図１４Ａのトリプルバレル同心シリンジ組立体を示す分解図である。
【図１４Ｄ】[0077]図１４Ａのトリプルバレル同心シリンジ組立体を示す上面図である。
【図１４Ｅ】[0078]図１４ＤのセクションＡＡに沿う断面図である。
【図１４Ｆ】[0079]図１４Ａのトリプルバレル同心シリンジ組立体を示す側面図である。
【図１４Ｇ】[0080]図１４ＧのセクションＢＢに沿う断面図である。
【図１４Ｈ】[0081]図１４Ａのトリプルバレルシリンジ組立体を示す正面図である。
【図１４Ｉ】[0082]図１４Ａのトリプルバレルシリンジ組立体を示す背面図である。
【図１４Ｊ】[0083]図１４Ｅのノズル組立体を示す拡大図である。
【図１４Ｋ】[0084]図１４Ｇのノズル組立体を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[0085]以下の記述では、複数の図を通して同様の参照符号が同様のまたは対応する部品を示す。
【００１２】
[0086]本発明の一般的な実施形態によると、手持ち式３Ｄプリンティング装置が、少なくとも１つのアパーチャを備える同時押出先端部と、第１の試薬容器の近位端から送り出される第１の試薬を受け取って第１の試薬を先端部内の少なくとも１つのアパーチャから外へ誘導するための第１の導管、および第２の試薬容器の近位端から送り出される第２の試薬を受け取って第２の試薬を先端部内の少なくとも１つのアパーチャから外へ誘導するための第２の導管と、を備える、ハウジングの遠位端に接続されるノズルを有する。これは、２つの試薬がノズル先端部から押し出される前に例えば混合したりなどして接触させられる、ことを意味する。
【００１３】
[0087]一実施形態で、手持ち式３Ｄプリンティング装置が、同軸構成であるコアアパーチャおよび環状アパーチャと、第１の試薬容器の近位端から送り出される第１の試薬を受け取って第１の試薬を先端部内のコアアパーチャから外へ誘導するための第１の導管、および第２の試薬容器（９）の近位端から送り出される第２の試薬を受け取って第２の試薬を先端部内の環状アパーチャから外へ誘導するための第２の導管と、を備えるノズルを有する。図１Ａを参照すると、放射線硬化試薬組成物を押し出して硬化させるための手持ち式３Ｄプリンティング装置の実施形態が示されている。この手持ち式３Ｄプリンティング装置をバイオペンと称する。手持ち式３Ｄプリンティング装置１またはバイオペンが、ノズル２、およびハウジングを備える。ノズルが近位端を画定し、ハウジングが遠位端を画定する。図１Ａに示される実施形態では、ハウジングが、ハンドグリップ３および後方ハウジング４から形成される。開始／停止（すなわち、オン／オフ）ボタン３２がハンドグリップ上に設けられ、この実施形態では、ユーザインターフェース５１が速度制御ノブを備える。しかし、いくつかの実施形態では、速度が固定され得、このような事例では速度制御ノブが排除される。
【００１４】
[0088]図１Ｂは図１Ａの手持ち式３Ｄプリンティング装置の分解等角図であり、図１Ｃ、１Ｄ、および１Ｅは、分解上面図、分解側面図、および分解端面図である。後でより詳細に説明されるように、手持ち式３Ｄプリンティング装置またはバイオペンが第１の試薬容器支持構成３５（図３Ａを参照されたい）を備え、第１の試薬容器支持構成３５が、使用時、第１の幹細胞支持試薬を収容する第１の試薬容器８を受けて支持する。手持ち式３Ｄプリンティング装置またはバイオペンが第２の試薬容器支持構成３５（図３Ａを参照されたい）をさらに備え、第２の試薬容器支持構成３５が、使用時、光硬化試薬を収容する第２の試薬容器９を受けて支持する。この実施形態では、これらがハンドグリップ内に位置する。この実施形態では、装置の長さが約１７５ｍｍであり、後方ハウジングが一辺３０ｍｍの概略正方形であり、重量が１００グラム未満であり、それにより片手で容易に保持して動作させることが可能となる。装置の他のサイズおよび重量も本発明に包含される。一実施形態では、装置が右利きの人のために特別に設計され、対して別の実施形態では、装置が左利きの人のために特別に設計される。別法として、装置は両手利き用としても設計され得る。
【００１５】
[0089]後方ハウジング４は上側セクション４１および下側セクション４２の形態であり、アルカリバッテリー、リチウムイオンバッテリー、または他のバッテリー（例えば、３つのＡＡＡのアルカリバッテリー、または任意の他の数のバッテリー）などの、電源６と、第１の試薬容器８の遠位端８１の中まで第１の試薬ピストン８４を駆動するようにおよび第２の試薬容器９の遠位端９１の中まで第２の試薬ピストン９４を駆動するように構成される電気ドライブトレイン構成７と、を収容する。電子制御回路５が、第１の試薬容器８および第２の試薬容器９からの試薬の押し出しを制御するために電気ドライブトレイン構成７を制御するのに使用される。
【００１６】
[0090]ノズル２の実施形態が図２Ａ〜２Ｈに示される。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、および２Ｄは、それぞれ、上面等角図、側面等角図、および端面等角図である。ノズル２が、ノズルをハウジング／ハンドグリップ３の遠位端に接続するのを可能にするための保持リブを備える遠位端を備えるマニホルドハウジング２１を備える。ノズルが、近位端のところで、コアアパーチャ２３および環状アパーチャ２５を同軸構成で備える同時押出先端部２２を備える。この実施形態では、光源２４がノズルの上またはノズルの中に設置され、先端部２２からの押し出しの直前または直後に試薬を硬化させるために電子制御回路５によって制御される。図２Ａから２Ｄおよび２Ｇに示される実施形態では、光源２４が、先端部から試薬が押し出された後で試薬に対して照射を行うためにノズルの近位端上に設置されるＵＶ  ＬＥＤである。一実施形態では、光源がレンズをさらに備え、例えば、先端部から１〜３ｍｍ、１〜５ｍｍ、または１〜１０ｍｍなどで、先端部の端部のところのゾーン内に光の焦点を合わせる。試薬を硬化させるのに適する他の光源が可能となり得る。導管２２２がＬＥＤケーブルのために設けられる。この実施形態では、ＬＥＤ２４がノズルの下側に位置し（つまり、オン／オフボタン３３の反対側）、導管２２２が上側に設けられる。これにより、ＵＶ光が下側に誘導されることと、導管２２２およびノズル２が使用者の方に戻る発光を部分的に遮蔽または阻害することと、が保証される。他の実施形態では、さらに、ガードが、患者または操作者に対して望ましくない形で露出されるのを低減するためにその方向の発光を最小にするかまたは制御するのに使用され得る。ＵＶ光源が、２００〜４２０ｎｍまたは３００〜４２０ｎｍなどといったように、１００〜４２０ｎｍからの波長の放射線を発生させることができる。一実施形態では、波長が３５０〜４２０ｎｍである。光源は、焦点調整光学構成要素（ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｏｐｔｉｃｓ）（レンズなど）と、発光方向を阻害および制御するためのガードまたはシールドとを備える、ＵＶ  ＬＥＤまたはＵＶレーザダイオードであってよい。他の実施形態では、デバイスが、異なる硬化波長（必ずしも、ＵＶ波長ではない）を有する異なる材料と共に使用されてもよく、この事例では、光源が硬化波長に適合するように選択される。他の実施形態では、光源が装置から排除されてもよく、押し出される材料が、別個の離れたところにある光源または外部光源および外部光ガイドを使用して硬化され得る。このような外部光源は、上で言及した光源の群から選択されてよい。
【００１７】
[0091]ノズル２が、第１の試薬容器８の近位端から送り出される第１の試薬を受け取って第１の試薬を先端部２２内のコアアパーチャ２３から外へ誘導する第１の導管を備えるマニホルドハウジング２１を備える。第２の導管２６が、第２の試薬容器９の近位端から送り出される第２の試薬を受け取って第２の試薬を先端部２２の環状アパーチャ２５から外へ誘導する。このようにして、試薬が同軸のビード材料として押し出され、ここでは、第１の試薬がコア材料を形成し、第２の試薬がシェル材料を形成し、シェル材料がコア材料を囲んで、保護および支持する。第１の試薬材料またはコア試薬材料が幹細胞を含むことができ、ヒドロゲルまたはペーストとして媒体を支持する。第２の試薬材料またはシェル試薬材料が、通常、コア材料を保護して構造的に支持する役割を有するということに合致する別の組成物を有することになり、幹細胞を含んでもまたは含まなくてもよい。第２の試薬材料がヒドロゲルまたはペーストとして提供され得る。ヒドロゲルは、ヒアルロン酸、無水メタクリル酸、アガロース、メチルセルロース、またはゼラチンなどから構成されてよい。
【００１８】
[0092]この実施形態のノズルはプラスチック射出成形を利用する製造に適している。ノズルの実施形態の内部構造が図２Ｅから２Ｈにより詳細に示される。図２Ｅが、成形後かつコアチューブ２３およびマニホルドプラグ２２４の挿入前のノズルの図２ＣのセクションＡＡに沿う断面図であり、図２Ｇが、コアチューブおよびマニホルドプラグの挿入後の最終的な形態の図２ＣのセクションＡＡに沿う別の断面図である。同軸先端部２２の構成が、図２Ｅの特徴Ｆに沿う断面図である図２Ｆと、図２Ｇの特徴Ｈに沿う断面図である図２Ｈとにさらに示される。
【００１９】
[0093]図２Ｅの実施形態に示されるように、マニホルドハウジング２１が、第１のまたはコア試薬容器８の近位端８３を受けるための第１のキャビティ２８と、第２のまたはシェル試薬容器９の近位端９３を受けるための第２のキャビティ２９とを備える。図２Ｆにさらに詳細に示される第１の導管２２３が第１のキャビティ２８からマニホルド２６まで延在し、第２の導管２２６が第２のキャビティ２９からマニホルド２６まで延在する。第１のチューブまたはシールドチューブ２５がマニホルド２６から先端部２２まで延在し、第１の導管２２３より大きい直径を有する。図２Ｅおよび２Ｇで分かるように、マニホルド２６は初期状態ではマニホルドハウジング２１の外側壁に対して開いており（ノズルの内部を成形するのを可能にする）、したがって、マニホルド２６を密閉するためのマニホルドプラグ２２４が提供される。同軸の同時押出先端部２２が、コアチューブ（または、チューブ状の中空皮下針）２３を第１のチューブまたはシールドチューブ２５の中に挿入してさらにマニホルド２６を通して第１の導管２２３を介して第１のキャビティ２８の中まで挿入することにより、形成される。第１の導管２２３が、導管２６の中への第１の試薬の漏洩を防止することを目的として厳密で確実な嵌合を保証するためにコアチューブ２３の外径と同等の直径を有するように寸法決定される。図２Ｆが、コアチューブ２３の挿入後のノズル２２を示す。使用中、第１の試薬またはコア試薬がコアチューブ２３内に位置してコアチューブ２３から押し出され、第２の試薬またはシェル試薬が、コアチューブ２３の外側表面と第１のチューブ２５の内側壁との間の環状の隙間の中を流れる。第１の導管２２３が第１のチューブ２５の中にコアチューブ２３を位置させて中央に配置するように機能し、それにより同軸の押し出しを保証する。
【００２０】
[0094]この実施形態では、光源２４は、先端部からの押し出し後に試薬を硬化させるためにノズルの外側に設置されるＵＶ  ＬＥＤである。図２Ｅおよび２Ｇに示されるように、導管２２２が、ＬＥＤに電力を供給するケーブルのために提供される。別の実施形態では、ＵＶ光源が、先端部からの押し出しの直前においてマニホルド２６内にあるときに第２の試薬（シールド試薬）に対して照射を行うために、マニホルド２６の内側に位置してよい。この実施形態では、マニホルドプラグ２２４が、通常マニホルドプラグ２２４がその中に位置するところの開口部を通して挿入されるＬＥＤに置き換えられる。この手法では、先端部２２から外への光の漏洩を最小にしてＵＶ光の放射線が実質的にノズル２の内部に閉じ込められることから、使用者または患者の放射線露出が制限または防止される。
【００２１】
[0095]ノズル２の別の実施形態が図６Ａから６Ｇ、および７Ａから７Ｆに示されている。図６Ａは、別の実施形態による手持ち式３Ｄプリンティング装置のノズルの等角図である。この実施形態では、光導体２２５が、ノズル２内に位置する内部光源（例えば、ＵＶ  ＬＥＤ）から延在する。これにより、先端部２２から試薬が押し出されるとき、光を試薬上まで誘導することが可能となる。図６Ｂから６Ｄが、チューブ状の２つの同軸の皮下針から形成される押出先端部を備えるノズル２の別の実施形態の、等角図、端面図、および断面図（図６ＣのセクションＤＤに沿う）を示す。この実施形態では、ノズルハウジング２１が、同時押出先端部２２を有さないように、プラスチック射出成形を利用して形成される。同時押出先端部２２が、マニホルド２６に到達するまで、ノズルの近位端内に形成される管状アパーチャの中にシェルチューブ２５を最初に挿入し、次いで第１の導管２２８に係合されるまでシェルチューブ２５の内部にコアチューブ２３を挿入することにより、形成される。別法として、挿入の順序は逆であってもよく、つまりコアチューブ２３が最初にシェルチューブ２５の内部に挿入され、同軸チューブがノズルハウジング２１の近位端の中に挿入される。
【００２２】
[0096]図６Ｅから６Ｇが、直接に形成される同軸の同時押出先端部２２を備えるノズル２の別の実施形態の、等角図、端面図、および断面図（図６ＦのセクションＧＧに沿う）を示す。この実施形態は上の実施形態とは異なり、先端部２２を形成するために、形成されたシェルチューブ２５の中にコアチューブ２３を挿入する必要がない。この実施形態では、第１の導管２２８が先端部２２まで直接に繋がっており、つまり、第１の導管２２８の近位端がコアチューブ２３を形成する。同様に、第２の導管２２９が先端部２２まで直接に繋がっており、コアチューブ２３（２２８）を同軸の形で囲むように形成される。この同時押出先端部は射出成形を利用して作ることがより困難であるが、別法として３Ｄプリンティングされ得る。
【００２３】
[0097]図７Ａから７Ｆが、二部品押出機先端部の実施形態を示す。図７Ａが等角図であり、図７Ｂが分解図であり、図７Ｃが先端部キャップ２７１の等角図であり、図７Ｄが側面図であり、図７Ｅが正面図であり、図７Ｆが図７ＥのセクションＨＨの断面図である。この実施形態では、二部品押出機先端部が、一体にクリップ留めされる先端部キャップ２７１および先端部後部２７２を備える。先端部後部２７２が、シール２７４を受けているシール凹部２７６を備える。回路基板５からの光導体２２５が、先端部後部内の後方アパーチャ２７７、および先端部キャップ２７１の前方アパーチャ２７５を通過し、その結果、光導体２４２の先端部が、先端部２２から押し出される材料の上まで誘導され得る。内部において、皮下チューブ２３が、先端部後部２７２の前方をチャンバ２８の中まで延在する皮下支持構造２７８の中に挿入される。先端部キャップ２７１がキャビティ２９からシェル試薬を受け取るためのチャンネル２２９を備え、このチャンネルが、やはり皮下支持構造２７８および皮下チューブを受ける前方キャビティ２７３まで繋がっている。皮下チューブ２３の周りにクリアランスが設けられ、それによりシェル試薬が幹細胞試薬と共に先端部から流れ出ることが可能となる。
【００２４】
[0098]ハンドグリップ部分３が図３Ａで詳細に示されており、図３Ｂおよび３Ｃが第１の試薬容器８および第２の試薬容器９の等角図である。ハンドグリップ部分３がヒンジ部分３６を備えるハウジング３１を備え、それによりハウジングを上方に開けることが可能となり（ショットガンのように）、第１の試薬容器８および第２の試薬容器９を受けて装着する。別法として、ヒンジ部分が排除されてもよく、このセクションが開けられたままであってもよい。試薬容器８および９の各々が、テーパ状の近位端８３、９３と、遠位端のところにあるフランジ８１、９１と、を備える円筒形チューブ８２、９２として形成される。試薬ピストン８４および９４が遠位端のところに位置し、試薬容器の近位端の外側へ試薬を押すのを可能にする。第１のフランジ８１が第１のプロフィール形状を有し、この実施形態では長方形形状であり、第２のフランジ９１が第１のプロフィール形状とは異なる第２のプロフィール形状を有し、この実施形態ではひし形状のプロフィール形状である。ハンドグリップが、第１の試薬容器の第１のプロフィール形状８１に適合する第１の切欠部分と、第２の試薬容器の第２のプロフィール形状９１に適合する第２の切欠部分とを備える、試薬容器支持構成（または、インターフェース）３５を備える。これにより、第１および第２の試薬容器をハンドグリップ（および、ノズル２）の中に正確に装着するのを保証するための誤操作防止インターフェースが作られ、それにより第１の試薬がコアチューブ２３に送られることおよび第２の試薬９がシールドチューブ２５に送られることが保証される。他の実施形態では、赤色のシリンジが赤色の孔またはフランジの中にある、および緑色のシリンジが緑色の孔またはフランジの中にある、などの、カラーマッチングスキームが利用されてもよい。一実施形態では、試薬容器が、ルアースリップシリンジなどの修正されたシリンジボディである。試薬容器の容積は通常、０．５ｃｃ〜５ｃｃの範囲内にある。
【００２５】
[0099]ハンドグリップ３の主要な細長いボディが、第１の試薬容器内の第１の試薬を視認するための第１の視認用アパーチャ３８と、第２の試薬容器内の第２の試薬を視認するための第２の視認用アパーチャ３９とをさらに備える。このようにして、使用者が、各試薬容器内にどの程度の試薬が使用されて、または残っているのかを見ることができる。アパーチャ３４が、アパーチャ３４の中または下方に嵌合されて電子制御基板５（および、電源６）に接続されるトグルスイッチ（または、アクチュエータ）３３に係合される開始／停止（または、オン／オフ）ボタン３４を提供する。
【００２６】
[00100]反対側のハウジング４１、４２上に位置する適合する保持用タブ４４および保持用突出部４５を介して後方ハウジング４を形成するために一体にクリップ留めされる上側セクション４１および下側セクション４２の等角図である図４Ａおよび４Ｂに、上側ハウジングがより詳細に示されている。ハウジングが電子制御回路５および電源６を封入することができる。この実施形態では、電子制御回路５が、マイクロコントローラおよび付随の電子部品を備える印刷回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ）を備える。上側ハウジング４１が、ＰＣＢを支持するための内部支持体４６をさらに備える。電子制御回路５へ電力が電源６によって提供される。いくつかの実施形態では、電子制御回路が電圧・電流調整機能を提供することができる。一実施形態では、電源モジュール６が一対のＡＡバッテリーである。別の実施形態では、電源モジュール６が３つのＡＡＡバッテリーである。このようなバッテリーは比較的安価であり、長い保管寿命を有し、製造中に設置され得、保管時にも装置内に残され、このように長い保管寿命により装置の保管寿命も延び、一方で、使用前に試薬容器を嵌合することのみが必要であることからセットアップ時間が最小となる。他の実施形態では、リチウムポリマー（ＬｉＰｏ）または他の種類の充電式バッテリーなどの、他のバッテリーテクノロジーが提供されもよい。これらはより高価である傾向があり、いくらかの程度の追加の準備時間を必要とする。例えば、充電式ＬｉＰｏバッテリーは通常、半分充電された状態で供給され、使用前に充電される必要があり、再充電回路が必要であることを理由としてその使用に追加のコストがかかる。
【００２７】
[00101]ハウジング４がドライブトレイン構成７をさらに収容し、ドライブトレイン構成７が、第１の試薬容器８の遠位端８１までまたは遠位端８１から試薬ピストン８４を駆動するように、および第２の試薬容器９の遠位端までまたは遠位端９１から第２の試薬ピストン９４を駆動するように、構成される。図５Ａおよび５Ｂが、実施形態によるドライブトレイン構成の組立等角図および分解等角図である。この実施形態では、電気ドライブトレイン構成７が、第１および第２のＤＣステッパモータ駆動装置７５、第１および第２のねじジャッキ７３、ならびにジャッキスパーギア７４の形態のギアセットを備え、それにより各ステッパモータ７５からそれぞれのねじジャッキ７３までトルクを伝達する。図５Ｃ、５Ｄ、５Ｅの各々が、図５Ａのドライブトレイン構成内の、ねじジャッキ７３、ジャッキスパーギア７４、およびステッパモータ７５の等角図を示す。図５Ｇ、５Ｈ、および５Ｉが、駆動クレードル７１の等角図、上面図、および端面図を示し、図５Ｆが駆動キャップ７２の等角図を示す。駆動クレードル７１が、試薬容器のフランジ８１および９１に係合されるための試薬保持ばね７７を近位側の面上に備える。別の実施形態が後方ハウジング上に位置するばね７７を有する。駆動クレードル７１の遠位端が、ステッパモータ７５を支持して受ける２つのステッパモータ支持体を備える（図５Ｈを参照されたい）。加えて、駆動クレードル７１のボディが、ジャッキスパーギアを受けるためのジャッキスパー（ｊａｃｋ  ｓｐｕｒ）用凹部を備え、これが、ねじジャッキ７３のロックを防止したり回転を防止したりする回転防止ガイド（または、突出部）を備える切欠部を備える。駆動キャップ７２が、ドライブトレインを一体にロックするために、ねじジャッキおよびジャッキスパーギアの近位端の上に着座する。
【００２８】
[00102]ドライブトレイン構成７が電子制御回路５によって制御され、それにより、ステッパモータの速度を制御することにより第１の試薬容器８および第２の試薬容器９からの試薬の押し出しを制御する。電子制御回路５によるステッパモータの起動がジャッキスパーギアの回転を駆動し、それによりねじジャッキを前方に駆動し、それにより試薬ピストン８４および９４を遠位側の位置から近位側の位置まで駆動し、試薬容器８および９の近位端（ノズルの端部）からの試薬の押し出しを引き起こす。使用前にパージ操作の開始が実施され得、それにより先端部を通る流れが開始され、外科オペレーションに対しての準備が整う。
【００２９】
[00103]マイクロコントローラが、オン／オフスイッチ３２の状態を監視するための埋込みソフトウェアを備え、検出される状態変化の変化に基づいてステッパモータの速度（およびひいては、押出速度）を制御する。一定の（固定される）押出速度の単純なオン／オフの実施形態の場合、マイクロコントローラが各ステッパモータのための固定される速度を記憶する（周波数、電圧レベルまたは電流レベルとして記憶され得る）。速度は各ステッパモータで等しくてもよく、このような事例では、試薬が等しい速度で押し出され、あるいは各ステッパモータで異なる速度が使用されてもよく、このような事例では、試薬が異なる速度で押し出される。このような選択は、試薬の材料特性または化学的特性、あるいは所望の用途、に応じて決定される。いくつかの実施形態では、第１および第２の試薬の押し出しの速度が、共通のモータによって駆動される２つのねじジャッキ７３を用いて機械的に固定される比である。
【００３０】
[00104]いくつかの実施形態では、使用者が、ノブ、１つまたは複数のボタン、あるいは押出速度を使用者が設定するかまたは変化させるのを可能にする他の速度制御アクチュエータなどの、ユーザインターフェース５１を介して押出速度または流量を制御することができる。図４Ａに示される実施形態では、アパーチャが上側セクション内に設けられ、それにより速度制御ノブ５１がＰＣＢ５から上側セクションを通って突出することが可能となる。これらの実施形態では、ノブまたはボタンが複数の所定の位置（例えば、２つ、３つ、または４つの位置）またはデジタル状態を有することができ、ここでは各位置が、例えば高速／低速（２つの状態）、または高速／中速／低速（３つの状態）などの、異なる速度に対応する。この実施形態では、マイクロコントローラが各状態において各モータ（試薬）のための所定の速度を記憶し、選択される状態に対応する記憶される速度でステッパモータを制御する。これにより、特定の外科的用途のニーズに適合するように予め構成され得る制限される速度制御が使用者にとって可能となる（例えば、１つの手技において多様なステップが多様な速度を利用することができる）。所定の速度の決定は較正プロセスを介して達成され得る。速度を調整することの別法としてまたはそれに加えて、混合比を変更するのにユーザ入力が利用され得る。
【００３１】
[00105]いくつかの実施形態では、例えば、研究での使用または専門的な外科的用途のために、所定の範囲にわたる多様な速度制御（つまり、連続的または半連続的）が所望される可能性がある。これは、ノブの角度が所定の範囲にわたる速度に対応するような、アナログの速度制御ノブの形態であってよいか（例えば、加減抵抗器）、またはデジタルシステムであってもよく、ここでは、所定の円弧を通る回転（または、角度ステップ）が検出され、固定の速度ステップ変化に対応しており、回転角度が、最大の限界値と最小の限界値との間の変化の方向を画定する（増加または減少）。加えて、いくつかの実施形態では、第１および第２の試薬（ならびに、第１および第２のステッパモータ）の押し出しの速度が独立して制御可能である。これは２つの速度制御アクチュエータを提供することを介するものであってよいか、またはノブおよびボタンなどのアクチュエータの組み合わせを提供することを介するものであってよく、例えば、ボタンがいずれかの試薬を選択するのを可能にすることができ、ノブが速度を選択するのを可能にする。別法として、ボタンまたは複数のボタンが、予め設定される速度または押出比率を選択するのに使用され得る。
【００３２】
[00106]いくつかの実施形態では、試薬の粘性が温度依存であり、したがって、いくつかの実施形態では、ペルチェセルシステムなどの加熱要素およびセンサが例えばハンドグリップの中に提供され、電子制御回路５が、挿入された試薬容器８および９を加熱して所定の温度で温度を維持するのに使用される。また、温度の制御は、粘性の制御を可能にすることにより速度制御の形態としても利用され得る（あるいは、速度制御との組み合わせ）。別法として、１つまたは複数の温度センサが含まれてよく、制御システムが、試薬の一貫性のある適用または混合を保証することを目的として温度における粘性または混合速度の変化を補償するために試薬のうちの一方または両方の試薬の押出速度（例えば、ステッパモータの速度）を変化させることができる。これは較正データに基づくものであってよい。
【００３３】
[00107]一実施形態では、試薬のための所望の速度制御または流量設定が試薬容器上にコード化され、したがって、ハンドブリップの中に挿入されるときに、センサがコード化された速度制御または流量設定を読み取るかまたは検出し、この情報をマイクロコントローラに送信する。次いで、マイクロコントローラがこの情報を使用して、対応するステップモータの速度を設定することができる。いくつかの実施形態では、コード化される値がマイクロコントローラが直接に使用することができる電圧レベルまたは電流レベルであってよいか、あるいはマイクロコントローラが、各々にコードを関連付けさせる所定の速度／制御値のセットを記憶することができ、したがって試薬容器上のコードを読み取ることにより、マイクロコントローラが適切な速度設定を検索することができる。コード化は、スイッチに係合されるフランジ上の所定のロケーション内にある突起などの物理的なコード化であってよいか、または、ハンドグリップハウジング内の光センサによってスキャンされて読み取られる試薬上の印刷されるバーコードまたは同様のコードであってもよい。
【００３４】
[00108]一実施形態では、本発明のバイオペン装置にバッテリーが予め装着されており、バイオペン装置が使い捨ての装置として無菌容器の中で提供される。使用時に無菌容器が開けられ、試薬容器８および９がデバイスの中に装着される。オペレーションが完了すると、デバイス全体が廃棄される。安価で持続的なＡＡ（Ａ）バッテリーを使用することで、および固定される速度／押出速度（つまり、単純な電子回路）および射出成形テクニックを使用する構成により、デバイスのコストが低く維持され得、一方で長い保管寿命も実現される（バッテリーの保管寿命に大きく依存する）。別の実施形態では、バイオペンが使い捨てであり、加えて限定的な速度制御も可能にする（つまり、２つ、３つ、または４つの速度）。つまり、装置が無菌状態で供給され、試薬が使用中に充填および再充填され得（無菌状態を維持しながら）、使用後に装置が廃棄される。
【００３５】
[00109]別の実施形態では、バイオペンが再使用可能および消毒可能であるか、使い捨て部品および消毒可能部品から構成されるか、または消毒可能（操作者に接触する）と非殺菌（操作者から隔離される）との間でセグメント化され得る。一実施形態では、ノズル２およびハンドグリップ３（つまり、患者および操作者に接触する部品）が後方ハウジング４から分離可能であり、ノズル２またはハンドグリップ３が使い捨てであるか、または放射線または加圧滅菌器を使用して消毒され、エレクトロニクス、機械的構成要素、およびバッテリーを収容する後方ハウジングが、アルコールスワブまたはバス（７０〜８５％エタノール）を使用して消毒される。この事例では、バッテリーが、使用の合間で、交換および／または再充填される。加えて、試薬が使用中に充填および再充填され得る（無菌状態を維持しながら）。
【００３６】
[00110]一実施形態では、埋込みソフトウェアが、リローディングまたはエラー検出などの追加の機能を実施する。これには、空の試薬容器状態を検出すること（または、ねじジャッキが完全に延在していること）が含まれてよく、この事例では、押し出しが停止され、使用者が試薬を交換するように警告される。同様に、ソフトウェアが、試薬を変えるための使用者からの入力を検出して、光源を自動で消して、再充填を可能にするためにピストンアクチュエータを後退させることができる。また、ソフトウェアが、デバイスの動作の準備を整えるために初期パージを制御するのに使用され得る。また、ソフトウェアが駆動構成または先端部を通る流れを監視することができ、押し出しのエラーを検出することができ（例えば、押出機が遮断されているかまたは先端部が遮断されている）、このような事例ではオペレーションが停止され、使用者が警告される。また、ソフトウェアが光源の不具合を検出することができ、このような事例では、押し出しが停止され、使用者が警告される。また、ソフトウェアが低いバッテリー電圧を検出することができ、使用者に警告することができる。ハウジング上に位置する外部から視認可能であり、エラー状態の検出時にオンにされるかまたは閃光を発する１つまたは複数のＬＥＤを使用して、使用者が警告され得る。一実施形態では、電子制御回路が、装置を無線制御するのを可能にするために無線通信チップを備える。ソフトウェアが、視認可能なＬＥＤを使用することの代わりに、音響信号をオンにすることにより上記のタスクを実施することもできる。一実施形態では、音響信号と光信号との組み合わせが使用され得る。
【００３７】
[00111]試薬ピストン８４および９４を駆動するのに他の変形形態が使用されてもよい。例えば、ドライブトレイン構成が、ウォームギア、ラック、およびガイドを備えるステッパモータ駆動装置、または主ねじ／ねじジャッキガイドを備えるリニアステッパモータ駆動装置を備えることができる。一実施形態では、ブラシ付きＤＣモータが、ねじジャッキ、ねじジャッキガイド、および８０〜３００：１の範囲の比で大幅に低減される速度でモータからねじジャッキにトルクを伝達するためのダブルウォーム減速ギアセット、ならびにモータ速度を管理するためにモータシャフトの感知を容易にするための備えるウォームギア、と共に使用される。一実施形態では、ドライブトレインが、ねじジャッキと、ねじジャッキガイドと、モータからねじジャッキにトルクを伝達するためのギアセットとを備える、ブラシレスＤＣモータ駆動装置である。
【００３８】
[00112]他の実施形態が、図８で分解等角図で示される側方装着の実施形態、図９Ａおよび９Ｂで等角図で示される後方装着の実施形態を含む。図８に示される側方装着の実施形態が、ハンドグリップハウジング８３１と、バッテリーおよびＰＣＢ板５を収容する後方グリップハウジング８４１とを備える。この実施形態は標準的な１ｍｌのシリンジ８および９を使用し、駆動構成が、ねじジャッキシャフト７３を受けるねじ切りされたアパーチャ８４６を備えるプランジャアクチュエータ８４０を備える。プランジャアクチュエータ８４０が、シリンジプランジャ８５および９５のプランジャ（または、ピストン）ストップを押すためのアクチュエータプレート８４８と、回転防止構造部８４７とをさらに備え、回転防止構造部８４７がこの事例では、後方ハウジング８４１内に位置する回転防止スロット４７内で受けられるフランジである。これにより、ねじジャッキの回転時にプランジャアクチュエータが回転することが防止されることが保証され、したがってアクチュエータプレートがねじジャックに沿って軸方向に移動し（ねじ切りされたアパーチャ８４６内のねじ山を介する）、したがってシリンジ内でピストンを押し込むかまたは後退させる。モータ保持プレート８７２が、ハンドグリップハウジング８３１と後方グリップハウジング８４１との連結部のところに位置する。図９Ａおよび９Ｂに示される後方装着の実施形態は、標準的な１ｍｌのシリンジを受けるように構成される別の実施形態である。この実施形態では、単一のハウジング９４０が、シリンジ試薬容器８および９を収容するハンドグリップ部分９３１と、駆動組立体７、シリンジプランジャ８５および９５、およびハウジング９４０の後部に位置するＰＣＢ５を収容する（接合される）後方ハウジング部分９４１と、を備える。この構成は、ねじジャッキ７３上に位置するプランジャアクチュエータ８４０を備える、図８に示される構成と同じ駆動構成を使用する。プランジャストップ８６および９６が遠位側のロケーション９８６および近位側のロケーション９９６に示される。図１０が別の実施形態を示しており、ここでは、ハウジングが、主要なハウジングボディ４から概略垂直に延在するピストルグリップ４８をさらに有する。
【００３９】
[00113]図１２Ａから１２Ｍが、シリンジの頂部側装着を可能にする後方ヒンジを備えるバイオペン装置１の別の実施形態を示す。図１２Ａおよび１２Ｂが等角図を示しており、図１２Ｅ、１２Ｆ、および１２Ｇが、バイオペン装置の、側面図、底面図、および正面図を示しており、図１２Ｉが、頂部カバーが開けられて後方にめくられている状態の、側面図を示している。図１２Ｄが、上側ハウジング（頂部カバー）４１が取り外された状態の上面図を示しており、図１２Ｊが図１２Ａに示される実施形態の底面図であり、ここでは、下側ハウジング（下側カバー）４２が取り外されている。図１２Ｈ、１２Ｋ、および１２Ｌが、それぞれ、図１２ＤのセクションＳＳ、ＹＹ、およびＺＺに沿う断面図である。
【００４０】
[00114]これらの実施形態から分かるように、装置がフレーム１０を備え、フレーム１０がさらに、ノズル組立体２と、キャビティ１８、１９内にある試薬容器８および９（図示せず）と、駆動組立体７と、制御モジュール５と、電源６とを支持する。ハウジングがフレームを囲み、上側ハウジング４１、下側ハウジング４２、および後方モータカバー７１４を備える。この文脈では、上側、下側、前方または近位側、および後方または遠位側、などの相対的なロケーションは、使用者によって保持されるときのノズル先端部を基準とするものである。上側ハウジング４１がクレードル形状を有し、内部表面上にクリップを備え、それによりハウジング１０を下側ハウジング４２の中でクリップ留めすることが可能となる。ノズル組立体２が上側ハウジング４１および下側ハウジング４２の近位端（または、前方側の端部）の前方に突出する。下側ハウジング４２がヒンジ３６を使用して後方モータカバー７１４に接続され、ヒンジ３６が図１２Ｊに示されるように上側ハウジング４１が上側および後方にヒンジ式に動くのを可能にする。この実施形態では、上側ハウジング４１の上側端部を下側ハウジング４２と同じレベルにするポイントまでの開放角度でヒンジ式に動くことが可能である。この開放は、試薬容器を容易に交換するのを可能にするために少なくとも９０°であるべきである。また、上側ハウジングが２７０°の角度で開くことも可能であり、この場合、使用者が、上側ハウジングの上側端部を下側に向けた状態で自分の手でバイオペンを有する。一実施形態では、上側ハウジングが、９０°から２７０°で、めくられ得る。例えば、開放角度は、９０°、１００°、１１０°、１２０°、１３０°、１４０°、１５０°、１６０°、１７０°、１８０°、１９０°、２００°、２１０°、２２０°、２３０°、２４０°、２５０°、２６０°、または２７０°、あるいは任意の他の角度であってよい。ラッチ３７が下側ハウジング４２の内部上側表面上に形成され、上側ハウジングを閉位置で保持するために上側ハウジングの内部に係合される。他の実施形態では、ヒンジがハウジングの後方部分に位置し、それにより上側ハウジング構成要素４１を少なくとも９０°めくることが可能となり、それにより試薬容器を装着するのを可能にするために内部にアクセスすることが可能となる。いくつかの実施形態では、非生体適合性の材料および構成要素が、機械的に密閉されるエンクロージャにより、動作環境から分離される。いくつかの実施形態では、上側ハウジング４１（または、ハウジングの上側部分）が透明であり、それにより試薬容器およびアクチュエータを視認することが可能である。いくつかの実施形態では、フレーム１０および上側ハウジング４１（または、ハウジングの上側部分）が、試薬を正確な位置に配置するためのレタリング文字を有するようにエンボス加工される。
【００４１】
[00115]ハウジングは使用者の手がバイオペン装置を快適に保持するのを可能にするように成形され、ここでは、上側ハウジング４１が手のひらの近くにある隆起部と、ハンドグリップ部分３の指先領域の近くにある窪みとを備える。開始／停止ボタン３２が下側ハウジング４２の近位側に位置し、アクチュエータ３３に係合され、それにより使用者がバイオペンからの材料の押し出しを制御することが可能となる。開始／停止ボタンは下側ハウジング４２の側部にある押し出しボタンとして形成される。一実施形態では、図１２Ｍに示されるユーザインターフェース５１がバイオペンの下側ハウジング４２（保持されるときは下側）に位置する。
【００４２】
[00116]駆動組立体が、フレーム１０の後方壁１７内のアパーチャを通過してジャッキスパーギア７４内で終端する２つのねじジャッキ（シャフト）を備え、これがリテーナ７１２によって定位置で保持され、リテーナ７１２がねじ４９を介してフレーム１０および後方モータカバー７１４に設置される。リテーナ７１２がステッパモータ７９をさらに支持する。プランジャアクチュエータ８４０がねじジャッキ上に設置され、その結果、ねじジャッキが回転することでプランジャアクチュエータ８４０が前方（または、後方）に移動し、それによりシリンジのプランジャ（前方部分またはハンドグリップ部分に位置する）を駆動し、それにより材料を押し出す。
【００４３】
[00117]この実施形態では、電源が、ＰＣＢ回路基板の上方の、フレーム１０の下側のバッテリーコンパートメント内に位置する３つの１．５Ｖ  ＡＡＡタイプのバッテリーを備え、ＰＣＢ回路基板上には、ユーザインターフェースの信号に反応するためのおよび装置の動作を制御するための、マイクロプロセッサおよび電源回路を含めた制御エレクトロニクスが設置される。ワイヤ６３がフレーム１０の下側のＰＣＢから開始／停止ボタン３２まで延びており、ワイヤ６５がＰＣＢからステッパモータ７５まで延びており、押し出しを制御する。ＵＶ  ＬＥＤ２４０がＰＣＢの頂部表面上に設置され、光導体２４２がＵＶ光をノズル２の先端部まで誘導し、それにより、押出材料を硬化させるためのＵＶ光源２４を提供する。図１２Ｊが、光導体経路２４２およびＰＣＢ５の下側を示すために下側ハウジング４２が取り外された状態の底面図であり、ＰＣＢ５が、ユーザインターフェース５１を介するユーザ入力を受信するアクチュエータ５２、およびユーザインターフェース５１に対して状態を示すためのＬＥＤを備える。
【００４４】
[00118]ユーザインターフェースが、第１および第２の試薬容器から試薬の押出速度を使用者が制御するのを可能にするように、および少なくとも２つの動作モード（例えば、手動および自動）の間で選択を行うように、構成される。図１２Ｍの実施形態で示されるように、ユーザインターフェース５１が、オン／オフ電力ボタン５３と、バッテリーインジケータ（例えば、良好な電力は緑色であり、低電力は赤色である）５４と、デバイスの最新の速度を示すためのおよび押出速度を使用者により設定するのを可能にするための、一連のランプ（または、ランプセグメント）として提供され得る速度インジケータ５５と、を備える。設定制御ボタン５６が、例えば動作モードの所定のセットのうちの１つの動作モードなどの、動作モードを使用者が選択するのを可能にする。ユーザインターフェースが、パージコアインジケータランプ５７およびパージシェルインジケータランプ５８、ならびに硬化モードライト５９（例えば、押出材料が硬化しているときにＵＶランプがオンであり、および／またはポストイルミネーション（ｐｏｓｔ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）である場合）をさらに備える。ユーザ入力および信号不具合を確認するのに可聴ビープ（６５ｄＢＡ）が使用され得る。インジケータＬＥＤがＰＣＢ上に設置され、ユーザインターフェース５１上の付随のインジケータを直接に明るくすることができるか、または光をユーザインターフェース５１まで誘導するために光導体を使用することができる。
【００４５】
[00119]一実施形態では、「オン」状態が、少なくとも１つの点灯光の存在によって示される。バイオペン装置が、点灯光を時計回りまたは反時計回りにサイクルさせて終了に達すると開始位置に戻るようにサイクルさせるように、構成され得る。初期設定の構成は、パージシェル位置から時計回りにサイクルすることである。
初期設定では、
硬化ランプがパージ中に明るくされない。
硬化ランプが、フル電力の任意のパターンおよび／またはパーセンテージ（工場で設定される）へと構成可能である硬化前を容易にするために、押し出し中に低電力のオン状態となる。
光が、点灯のみのモードにおいて任意の構成可能なパーセンテージまたはパターン（工場で設定される）で適用される。アクティブである他の機能がない。
硬化用光が、光の線量／材料の硬化を制御するのを容易にするために限定される時間で明るくされる。
他の実施形態では、硬化用ランプが押し出し中に断続的に適用され得、それにより押出材料内に所望の機械的特性を作る。
【００４６】
[00120]図１３Ａから１３Ｆが、この実施形態のノズル組立体２の種々の図を示す。図１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、および１３Ｅが、２つの側面図、上面図、端面図、等角図、および上面図を示し、図１３Ｆが図１３ＥのセクションＡＡに沿うノズル組立体の断面図である。この実施形態では、ノズル組立体２がキャップ部分２７１およびノズル部分２７２で形成される。
【００４７】
[00121]キャップ部分２７１およびノズル部分２７２の両方が、公差を高レベルにするように制御する能力を有するような射出成形プロセスを利用して形成されるように設計される。キャップ２７１が成形されてツール内のアンダーカットから剥ぎ取られ、この間、依然として高温であり周囲のクリップ保持構造部２７４を形成することが可能である。ノズル部分２７２が単一のオペレーションで皮下チューブ２３の上に成形される。成形中にチューブを定位置で保持するのには特別な工具類が必要である。ノズル部分２７２がフレーム１０との機械的インターフェースを形成し、ルアースリップインターフェースを介してシリンジを密閉する。
【００４８】
[00122]キャップ部分２７１がノズル部分２７２上にあるクリップ／締まり嵌めであり、定位置に押し込まれると密な流体シールを形成し、それにより追加の密閉手法の必要性を排除する。キャップ部分２７１が、シリンジから皮下チューブ２３の周りの同心リング２３０までシェル材料を案内する流体マニホルド２２９をさらに形成し、それにより同軸押出を成す。他の実施形態では、ノズル組立体がｏリングを用いて密閉されて１つまたは複数のねじを用いて留められる。
【００４９】
[00123]ノズル組立体（２）がハウジングと一体化され得、つまり永久的に固定され、その結果、ノズル組立体（２）はバイオペンから取り外され得ない。一実施形態では、ノズル組立体（２）がハウジングから取り外し可能であり、ハウジングに取り付け可能である。これにより、バイオペンを使用しなければならないときの用途に応じて、多様な種類のノズル組立体（２）をバイオペンに取り付けることが可能となる。例えば、ノズル組立体（２）を交換することにより、コアアパーチャ（２３）を通して押し出される第１の試薬および環状アパーチャ（２５）を通して押し出される第２の試薬などの、多様な混合システムを有することが可能となり、また一方で、ノズル組立体（２）を交換することにより、第１の試薬が環状アパーチャ（２５）を通して押し出され得、第２の試薬がコアアパーチャ（２３）を通して押し出され得る。また、ノズル組立体を交換することが可能であることにより、不具合のあるノズル組立体または詰まったノズル組立体を交換するのを可能にすることができる。
【００５０】
[00124]ノズル組立体２はフレーム１０に対しての別個の組立体の実施例であり、それにより、ダメージを受けた場合につまりデバイスのレベルに応じてノズル組立体を変えるのを可能にし、別の用途のためにノズル組立体の設計を改良するのを可能にする。別の構成が、並列の押し出し、異なる幾何学的形状、異なる長さのノズル、異なる直径のノズル、異なる幾何学的比率、などを含むことができる。ノズル部分２７２の後部が後部ショルダを備え、後部ショルダが、図１２Ｌに示されるように、キャップ部分２７１の遠位端を備えるキャビティを作り、このキャビティの中で、上側ハウジング４１および下側ハウジング４２の近位端ならびにフレーム１０の近位端が受けられ、それによりノズル組立体２を定位置で固定する。ノズル部分２７２の上側に位置する、後方に延在する平坦な突出部２３４が、上側ハウジング４１の下側に形成されるクリップのための保持表面として機能する。
【００５１】
[00125]上記の実施形態で説明されるバイオペンは、追加の試薬容器を有するように、およびこれらの追加の試薬を同時押し出しするように、さらに修正され得る。これらの実施形態では、上で説明した試薬支持構成および電気ドライブトレイン構成が、追加の各試薬ピストンを追加の試薬容器の遠位端まで駆動するようにさらに構成され、ノズルが、追加の各試薬容器の近位端から送り出される追加の試薬を受け取って第１および第２の試薬と共に追加の各試薬を同時押し出しするように、さらに構成される。このような実施形態では、バイオペンが、各試薬容器の遠位端のところに、独自のプロフィール形状を有するフランジを備えることができ、各試薬容器支持構成が、独自のプロフィール形状に適合する切欠部分を備えることができる。図１４Ａから１４Ｊが、トリプルバレル同心シリンジ組立体１００の別の実施形態を示す。この実施形態は三重の軸方向のビード材料を配置するのを容易にし、任意の所望の数の同軸要素に直接的に適合される。図１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｄ、１４Ｆ、１４Ｈ、および１４Ｉが、第１の等角図、第２の等角図、上面図、側面図、正面図、および背面図を示しており、対して図１４Ｃが分解図を示しており、図１４Ｅおよび１４Ｇが、図１４Ｄおよび図１４ＧのそれぞれのセクションＡＡおよびＢＢに沿う断面図を示す。この実施形態では、ノズル１２０がシリンジ１３０にインターフェース接続されるトリプル同心チューブ構成であり、それにより、ステッパモータ１７０によって駆動されるねじジャッキ１５０上に設置されるプランジャアクチュエータ１６０によって駆動されるプランジャ１４０を介して、中央のビード材料を同軸構成で用いて、押し出す。この実施形態では、３つのシリンジ（１３１、１３２、１３３）の各々が、別個に制御される等しい駆動組立体によって駆動される（つまり、シリンジ１３１およびプランジャ１４１がステッパモータ１７１によって駆動されるねじジャッキ１５１上でプランジャアクチュエータ１６１によって駆動され、シリンジ１３２およびプランジャ１４２がステッパモータ１７２によって駆動されるねじジャッキ１５２上のプランジャアクチュエータ１６２によって駆動され、シリンジ１３３およびプランジャ１４３がステッパモータ１７３によって駆動されるねじジャッキ１５３上のプランジャアクチュエータ１６３によって駆動される）。この実施形態では、３つの独立するシリンジおよび駆動組立体の各々が、同一平面内で、並列するように配置されるかまたは積み重ねられる。図１４Ｄおよび１４Ｉに示されるように、中央のジャッキスパーギアおよびモータ１７３のロケーションが隣接するジャッキスパーギアを基準として長手方向に（つまり、遠位側に）オフセットされ、それによりトリプルシリンジ組立体の横幅が縮小される。
【００５２】
[00126]この実施形態では、中央シリンジ１３３がコア材料を供給し、２つの最も外側のシリンジ１３１および１３２（各々が中央シリンジに隣接する）がそれぞれ外側のおよび中間のシェル材料を供給する。図１４Ｊおよび１４Ｋが図１４Ｅおよび１４Ｇのノズル組立体の拡大図であり、それぞれが垂直断面を示す。２つの材料の実施形態の場合と同様に、供給チューブ（先端部２１）が同心皮下チューブ１２１、１２２、１２３で形成され、オーバーモールドされるノズル内にある。ノズル組立体１２０が、一体にオーバーモールドされる外側チューブ１２１を備える外側キャップ１２４、一体にオーバーモールドされる中間チューブ１２２を備える中間マニホルド１２６、および一体にオーバーモールドされるコアチューブ１２３を備えるノズルベースマニホルド１２８、ならびに中央コアシリンジ１３３と、中間シリンジ１３２と、外側シリンジ１３１とをそれぞれ受けるための３つの受けキャビティ、を備える。
【００５３】
[00127]チューブ１２１、１２２、および１２３は、入れ子状になるのを可能にするように、および三重の軸方向の（または、Ｎ個の）ビード押出材料の構成を可能にするように、サイズ決定される。この積み重ねられる組立体は、同軸のアライメントを維持するために入れ子状の各チューブの間に３つの細いワイヤを備えるダイプレートを使用する。例えば、分解図１４Ｃならびに断面図１４Ｊおよび１４Ｋに示されるように、キャップダイプレート１２５がキャップマニホルド１２４の内側（遠位側）に位置して、中間チューブ１２２および外側チューブ１２１から離間される間隔を置くガイドワイヤ１８５を受け、同様に、中間ダイプレート１２７が中間マニホルド１２６の内側（遠位側）に位置し、コアチューブ１２３および中間チューブ１２２から離間される間隔を置くガイドワイヤ１８７を受ける。別の実施形態では、チューブが同軸の配置を容易にするためにｔｒｉｌｏｂｕｌａｒプロフィールを有することができる。別の実施形態では、チューブが、チューブに一体化される追加的に製造される位置決めの構造部を有することができる。
【００５４】
[00128]キャップ１２４、中間マニホルド１２６、およびノズルベースマニホルド１２８が、積み重ねられるとき、それぞれのチューブおよび密閉面までの流体マニホルドを形成する。分解図１４Ｃならびに断面図１４Ｊおよび１４Ｋに示されるように、キャップマニホルド１２４が、外側シリンジ１３１から繋がっている（ノズルベースマニホルド１２８内のアパーチャを介して）キャップマニホルド１２４の内側（近位側）に位置する外側チャンネル１８１を備え、中間マニホルド１２６が中間シリンジ１３２から繋がっている（ノズルベース１２８内のアパーチャを介する）中間マニホルド１２６の内側（近位側）に位置する中間チャンネル１８２を備える。追加のシーリング材、接着剤、またはガスケットがいくつかの実施形態で適用されてもよい。
【００５５】
[00129]他の実施形態では、本システムが、Ｎ個のビード材料を押し出すために追加のシリンジ組立体を加えるように延長されてもよく、つまり、４つ、５つ、６つ、７つ、またはそれ以上のシリンジを使用してもよい。一般に、Ｎ個の材料ならびにＮ個の付随のシリンジおよび駆動組立体が使用され得、ここでは、Ｎは整数であり、例えば１から１０などである。他の実施形態では、中心軸の周りにシリンジおよび駆動装置構成を分布させて（例えば、０°、１２０°、および２４０°）、ノズル１２０内のマニホルド（または、流体供給チャンネル）を再設計するなどの、他の幾何学的レイアウトが使用されてもよい。
【００５６】
[00130]したがって、本発明は、一般に、放射線硬化試薬組成物を押し出すのに使用され得る。放射線硬化試薬組成物が、例えばバイオペンの一部分である光源を使用するなどといったように、手持ち式３Ｄプリンティング装置を使用することによって追加的に硬化され得る。一実施形態では、光源が外部光源であってよい。
【００５７】
[00131]手持ち式３Ｄプリンティング装置またはバイオペンの実施形態には、複数の外科的使用および研究での使用がある。例えば、バイオペンは、哺乳動物の身体の異常を治療するのに使用される。このような異常は、限定しないが、組織異常または骨欠損である可能性がある。一実施形態では、治療が、軟骨または角膜組織などの自己修復することができない生物物質に関連する。このような用途では、バイオペンが、組織再生または骨再生のために、ダメージを受けたエリアに３Ｄ生体細胞を直接にライティングするのに使用され得る。例えば、軟骨は自己修復することができず、身体的活動、摩耗、外傷、または変性状態を介してダメージを受ける可能性がある。適切な幹細胞を充填されたバイオペンがｉｎ−ｓｉｔｕ治療を実施するのに使用され得る。現在の外科的介入は有効性が限定的である。また、皮膚または骨などの修復することができる細胞の種類に対してもバイオペンを使用することが可能である。このような事例では、バイオペンが、修復プロセスを補助するためにダメージを受けた組織に生体細胞を直接にプリンティングまたはライティングするのに使用され得る。例えば、骨折において、あるは骨成長に刺激を与えるための脊椎固定術などの他の骨の手術において、骨の幹細胞および骨形成因子がプリンティングされ得る。同様に、ケラチン細胞または他の皮膚細胞が、皮膚修復に刺激を与えるためにおよび瘢痕組織形成を最小にするために、切り傷、擦り傷、または熱傷の上に直接にプリンティングされ得る。
【００５８】
[00132]図１１Ａから１１Ｃが、軟骨細胞の列（ｃｈｏｎｄｒｏｃｙｔｅ  ｌｉｎｅａｇｅ）に沿って分化するための、培養された幹細胞を充填されたバイオペンを使用する例示の治療プロセスを示す。例えば、適切な成長因子を用いて培養される場合の脂肪の幹細胞は、軟骨細胞の中へと分化するように誘導され得る。図１１Ａが損傷セクション１２０を有する膝関節軟骨１１０のセクションを示す。外科医が、任意選択で、図１１Ｂに示されるように、損傷組織を除去するためにセクション１３０を切除することができ、その場合、図１１Ｃに示されるように、バイオペンが、切除セクション１３０の中に生体材料１４０を直接にプリンティングするのに使用され得る。このような事例では、外科医が、ｉｎ−ｓｉｔｕ治療を成すことにおいてセクション１３０を完全に塞ぐまで、切除セクション１３０を跨るように連続する隣接する線を引く。
【００５９】
[00133]一実施形態では、手持ち式３Ｄプリンティング装置またはバイオペンがロボットまたはロボットアームに設置され得る。
【００６０】
[00134]この手持ち式３Ｄプリンティング装置またはバイオペンの実施形態は複数の利点を有する。１つには、バイオペンが大量生産テクニックおよびプロセスを利用する高コスト効率の生産に適するということがある。例えば、ノズル、ハンドグリップ、およびハウジングが、熱可塑性物質および／または熱硬化性ポリマーを使用する射出成形などの高スループットのテクニックを利用して安価に製造され得る。具体的には、ノズルは材料の一貫性のある流れを保証するように注意深く設計されているが、やはり安価で容易な構築に適している。加えて、このシステムの特徴が、マイクロ制御の電子（ＤＣ）ねじジャッキ（ｍｉｃｒｏ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  （ＤＣ）  ｊａｃｋ  ｓｃｒｅｗ）を使用する駆動システムを使用することにより、信頼性を向上させる。加えて、一貫性のある流量を保証することを目的として試薬容器の温度を厳密に制御するのにマイクロコントローラが使用され得る。この装置は内部電源を特徴的に有するオールインワンユニットであり、手に容易にフィットするように人間工学的に設計され、それにより使用者に高い運動の自由度を与え、使いやすくする。この装置は、適切なベイの中に各試薬が充填されるのを（および、適切なベイの中にのみ各試薬が充填され得るようにするのを）保証することを目的として多様な形状の充填ベイを備えるヒンジ式の開放部分を使用することにより、容易で絶対に安全な試薬充填を可能にするように設計される。一実施形態では、バイオペンが、使用者による制御を一切必要とすることなく（オン／オフの制御は除く）一定の速度で特定の試薬を供給する単一目的の使い捨てアイテムとして高コスト効率で製造され得る。他の実施形態では、試薬の押し出しを使用者がより制御するのを可能にするバイオペンのために、より洗練された制御システムが組み込まれてもよい。
【００６１】
[00135]本明細書および以下の特許請求の範囲を通して、文脈において特に別の意味が必要ではない限りにおいて、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」および「ｉｎｃｌｕｄｅ」という単語、ならびに「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」および「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」などの変化形は、記述される整数または整数のグループを含むことを暗に意味するが、他の整数または整数のグループを一切排除するものではない、ということを理解されたい。
【００６２】
[00136]本明細書におけるいかなる従来技術の参照も、このような従来技術が普及している一般的な知識の一部を形成しているという任意の形態の示唆を認めるものではなく、またそのようなものとして解釈されるべきでもない。
【００６３】
[00137]本開示がその使用において説明される特定の用途のみに限定されないことを当業者であれば認識するであろう。さらに、本開示は、本明細書で説明または描写される特定の要素および／または特徴に関して、その好適な実施形態のみに限定されない。本開示が開示される実施形態のみに限定されず、以下の特許請求の範囲に記載されて定義される範囲から逸脱することなく、多数の再構成、修正、および置換が可能である、ことを認識されたい。したがって、やはり本発明の範囲内にあるような、本明細書で説明される構成に対しての他の変形形態および修正形態も存在し得る、ことが認識されよう。
【符号の説明】
【００６４】
１  バイオペン
２  ノズル
３  ハンドグリップ
４  後方ハウジング（試薬およびバッテリー）
５  制御モジュール
６  電源
７  ドライブトレイン組立体
８  コア試薬容器（第１の容器）
９  シェル試薬容器（第２の容器）
１０  フレーム
１１  ノズル支持体
１６  端部停止部
１７  モータプレート受け表面
１８  コア試薬容器のためのキャビティ
１９  シェル試薬容器のためのキャビティ
２０  ノズル組立体
２１  マニホルドハウジング
２２  先端部
２３  コアアパーチャ
２４  ＵＶ光源
２５  環状アパーチャ
２６  マニホルド（シェル導管）
２７  保持リブ
２８  第１の（コア）試薬容器のノズルを受けるためのキャビティ
２９  第２の（シェル）試薬容器のノズルを受けるためのキャビティ
３１  ハンドグリップハウジング
３２  開始ボタン（カバー）
３３  開始ボタンアクチュエータ
３４  開始ボタンのためのアクチュエータ
３５  試薬容器支持構成
３６  ヒンジ
３７  カバーのためのラッチ
３８  第１の試薬容器のための視認用アパーチャ
３９  第２の試薬容器のための視認用アパーチャ
４１  リアハウジング−上側セクション
４２  リアハウジング−下側セクション
４３  速度制御ノブのための、上側セクション内にあるアパーチャ
４４  保持タブ
４５  保持突出部
４６  内部支持体
４７  回転防止スロット
４８  ピストルグリップ
５１  ユーザインターフェース
５２  アクチュエータ
５３  電力ボタン
５４  バッテリーインジケータ
５５  速度インジケータ
５６  設定制御装置
５７  パージコアインジケータ
５８  パージシェルインジケータ
５９  ＵＶランプのオン−硬化モード
６１  バッテリー
６２  配線網
６３  配線網
６４  テープ
６５  配線網
７１  駆動クレードル
７２  駆動キャップ
７３  ねじジャッキ
７４  ジャッキスパーギア
７５  ステッパモータ
７６  回転防止ガイド
７７  試薬保持ばね
７８  ステッパモータ支持体
７９  ジャッキスパー用凹部
８１  後方停止部−長方形、フランジ
８２  円筒形試薬容器
８３  試薬ノズル
８４  第１の試薬ピストン
８５  シリンジプランジャ
９１  後方停止部−テーパ状
９２  円筒形試薬容器
９３  試薬ノズル
９４  シリンジプランジャ
１００  トリプル同心シリンジ
１２０  ノズル
１２１  外側チューブ
１２２  中間チューブ
１２３  コアチューブ
１２４  キャップマニホルド
１２５  シール
１２６  中間マニホルド
１２７  シール
１２８  ノズルベース
１３１、１３２、１３３  シリンジ
１４１、１４２、１４３  プランジャ、試薬ピストン
１５１、１５２、１５３  ねじジャッキ
１６１、１６２、１６３  プランジャアクチュエータ
１７１、１７２、１７３  ステッパモータ
２２２  ＬＥＤケーブルのための導管
２２３  導管
２２４  マニホルドプラグ
２２５  光導体
２２６  導管
２２８  導管
２２９  導管
２３１  後部ショルダ
２３２  後方支持突出部
２４０  ＵＶ  ＬＥＤ
２４２  光導体
２４４  光導体支持体
２７０  先端部キャップ
２７１  先端部２１のキャップ部分
２７２  先端部２１の後方部分
２７３  皮下支持先端部のためのキャビティ
２７４  シール
２７５  光導体のための前方アパーチャ
２７６  シール凹部
２７７  光導体のための後方アパーチャ
２７８  皮下支持先端部
２７９  凹部
７１１  回転防止モータ設置部
７１２  保持プレート
７１３  駆動シャフトシール
７１４  モータカバー
８３１  ヘッドグリップハウジング
８４０  プランジャアクチュエータ
８４１  後方ハウジング部分
８４７  回転防止構造部
８４８  アクチュエータアーム
８７２  モータ保持プレート
９３１  ハンドグリップハウジング
９４１  後方ハウジング部分
９４８、９４９  アクチュエータアーム
９８１  シリンジフランジ
９８６  プランジャの遠位側ロケーション
９９２  シリンジフランジ
９９６  プランジャの近位側ロケーション
【図１Ａ】
2020512213.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
2020512213.tif 000005
【図１Ｄ−１Ｅ】
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【図２Ａ】
2020512213.tif 000007
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2020512213.tif 000020
【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
2020512213.tif 000023
【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
2020512213.tif 000026
【図５Ｈ】
2020512213.tif 000027
【図５Ｉ】
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【図６Ａ】
2020512213.tif 000029
【図６Ｂ】
2020512213.tif 000030
【図６Ｃ】
2020512213.tif 000031
【図６Ｄ】
2020512213.tif 000032
【図６Ｅ】
2020512213.tif 000033
【図６Ｆ】
2020512213.tif 000034
【図６Ｇ】
2020512213.tif 000035
【図７Ａ】
2020512213.tif 000036
【図７Ｂ】
2020512213.tif 000037
【図７Ｃ】
2020512213.tif 000038
【図７Ｄ】
2020512213.tif 000039
【図７Ｅ】
2020512213.tif 000040
【図７Ｆ】
2020512213.tif 000041
【図８】
2020512213.tif 000042
【図９Ａ】
2020512213.tif 000043
【図９Ｂ】
2020512213.tif 000044
【図１０】
2020512213.tif 000045
【図１１Ａ】
2020512213.tif 000046
【図１１Ｂ】
2020512213.tif 000047
【図１１Ｃ】
2020512213.tif 000048
【図１２Ａ】
2020512213.tif 000049
【図１２Ｂ】
2020512213.tif 000050
【図１２Ｃ】
2020512213.tif 000051
【図１２Ｄ】
2020512213.tif 000052
【図１２Ｅ】
2020512213.tif 000053
【図１２Ｆ】
2020512213.tif 000054
【図１２Ｇ】
2020512213.tif 000055
【図１２Ｈ】
2020512213.tif 000056
【図１２Ｉ】
2020512213.tif 000057
【図１２Ｊ】
2020512213.tif 000058
【図１２Ｋ】
2020512213.tif 000059
【図１２Ｌ】
2020512213.tif 000060
【図１２Ｍ】
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【図１３Ａ】
2020512213.tif 000062
【図１３Ｂ】
2020512213.tif 000063
【図１３Ｃ】
2020512213.tif 000064
【図１３Ｄ】
2020512213.tif 000065
【図１３Ｅ】
2020512213.tif 000066
【図１３Ｆ】
2020512213.tif 000067
【図１４Ａ】
2020512213.tif 000068
【図１４Ｂ】
2020512213.tif 000069
【図１４Ｃ】
2020512213.tif 000070
【図１４Ｄ】
2020512213.tif 000071
【図１４Ｅ】
2020512213.tif 000072
【図１４Ｆ】
2020512213.tif 000073
【図１４Ｇ】
2020512213.tif 000074
【図１４Ｈ】
2020512213.tif 000075
【図１４Ｉ】
2020512213.tif 000076
【図１４Ｊ】
2020512213.tif 000077
【図１４Ｋ】
2020512213.tif 000078
【国際調査報告】
2020512213.tif 000079
2020512213.tif 000080
2020512213.tif 000081