(57)【要約】  本開示は、ベースユニット（２）を含む３Ｄバイオプリンタ（１）に関する。ベースユニット（２）は、少なくとも１つのツールヘッド（４）の取り付けのために構成された支持体（３）と、少なくとも１つのツールヘッド（４）が取り付けられているときに、このツールヘッド（４）とデータ通信するための通信インタフェース部分（５）と、さらにこの通信インタフェース部分（５）を介して少なくとも１つのツールヘッドのツールヘッド処理要素（８）と通信するように構成されたベースユニット処理要素（７）とを有する。本開示はさらに、３Ｄバイオプリンタツールヘッドに関する。本開示はさらに、構造物をバイオプリンティングする方法に関する。
2020503881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースユニット（２）を含む３Ｄバイオプリンタ（１）であって、
前記ベースユニット（２）は、
少なくとも１つのツールヘッド（４）の取り付けのために構成された支持体（３）と、
前記少なくとも１つのツールヘッド（４）が取り付けられているときに、前記ツールヘッド（４）とデータ通信するための通信インタフェース部分（５）と、
前記通信インタフェース部分（５）を介して前記少なくとも１つのツールヘッドのツールヘッド処理要素（８）と通信するように構成されたベースユニット処理要素（７）と、
を有する３Ｄバイオプリンタ（１）。
【請求項２】
前記支持体（３）は、少なくとも１つの交換可能なツールヘッドの取り付けのために構成された支持体部分を有する、
請求項１記載の３Ｄバイオプリンタ（１）。
【請求項３】
前記ベースユニット処理要素（７）は、前記交換可能なツールヘッドが取り付けられているときに、前記通信インタフェース部分（５）を介して、前記少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた特性に関する情報を、前記少なくとも１つの交換可能なツールヘッドの前記ツールヘッド処理要素から取得するように構成されている、
請求項２記載の３Ｄバイオプリンタ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた前記特性は、前記交換可能なツールヘッドのプリンティング技術などアクチュエータのタイプに関する情報を含み、前記情報によって、前記交換可能なツールヘッドは、空気圧式押し出しツールヘッド、シリンジポンプツールヘッド、インクジェットツールヘッド、高温押し出しツールヘッド、材料除去用ツールヘッドおよび／または硬化ツールヘッドであると定義可能である、
請求項３記載の３Ｄバイオプリンタ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた前記特性は、前記ツールヘッドのセンサ技術に関する情報を含み、前記情報によって、前記ツールヘッドは、カメラツールヘッド、探査ツールヘッドおよび／または３Ｄスキャニングツールヘッドであると定義可能である、
請求項３または４記載の３Ｄバイオプリンタ。
【請求項６】
前記ベースユニット処理要素（７）は、前記交換可能なツールヘッドの前記特性に関して前記通信インタフェース部分を介して取得された前記情報に基づき、前記少なくとも１つの交換可能なツールヘッドを制御するための制御信号を取得し、前記制御信号を前記通信インタフェース部分に供給するように構成されている、
請求項３から５までのいずれか１項記載の３Ｄバイオプリンタ。
【請求項７】
前記３Ｄバイオプリンタ（１）は、さらに、前記少なくとも１つのツールヘッド（４）を含み、前記少なくとも１つのツールヘッド（４）は、前記ツールヘッド処理要素（８）と、前記ベースユニット（２）の前記通信インタフェース部分（５）に接続可能な通信インタフェース部分（６）と、を有する、
請求項１から６までのいずれか１項記載の３Ｄバイオプリンタ（１）。
【請求項８】
前記ツールヘッドのうち少なくとも１つのツールヘッドの前記ツールヘッド処理要素は、前記ツールヘッドの動作を少なくとも部分的に制御するように構成されている、
請求項７記載の３Ｄバイオプリンタ（１）。
【請求項９】
前記３Ｄバイオプリンタは、さらに、加圧ガスを前記少なくとも１つのツールヘッドに供給するための加圧ガスインタフェース部分および／または光を前記少なくとも１つのツールヘッドに伝達するための光インタフェース部分を含む、
請求項１から８までのいずれか１項記載の３Ｄバイオプリンタ。
【請求項１０】
前記３Ｄバイオプリンタは、さらに、プリンティングスペース内の空気などのガスを排気するための排気部（９）を含み、前記排気部（９）を前記少なくとも１つのツールヘッドにおいて具現化可能である、
請求項１から９までのいずれか１項記載の３Ｄバイオプリンタ。
【請求項１１】
前記ベースユニット処理要素（７）は、ガスの排気を制御するように構成されている、
請求項１０記載の３Ｄバイオプリンタ。
【請求項１２】
組織の修復または交換など動物または人間の体内への移植、局所塗布、美容の用途、薬剤テスト、創薬の用途から選択された用途のうちのいずれかにおける使用に適した、または疾患モデルとして適した、
もしくは製薬、医療、化学、パーソナルケア、スキンケアまたは美容の業界、あるいは３Ｄバイオプリントされた構造物を使用可能な他の任意の業界におけるその他の研究、調査または開発の目的に適した、
構造物のプリンティングにおいて使用するための、
請求項１から１１までのいずれか１項記載の３Ｄバイオプリンタ。
【請求項１３】
３Ｄバイオプリンタシステム（１’）であって、前記３Ｄバイオプリンタシステム（１’）は、ベースユニット（２）と複数のツールヘッドから成るセット（１０）とを有し、
前記ベースユニット（２）は、
ツールヘッド（４’、４”、４”’）の取り付けに構成された支持体（３）と、
前記ツールヘッド（４’、４”、４”’）が取り付けられているときに前記ツールヘッド（４’、４”、４”’）と通信するための通信インタフェース部分（５）と、
前記通信インタフェース部分（５）を介して前記ツールヘッド（４’、４”、４”’）と通信するように構成されたベースユニット処理要素（７）と、
を含み、
ツールヘッド（４’、４”、４”’）各々は、前記ベースユニット（２）の前記通信インタフェース部分（５）に接続可能な通信インタフェース部分（６’、６”、６”’）を有する、
３Ｄバイオプリンタシステム（１’）。
【請求項１４】
前記ツールヘッドのうち少なくとも１つのツールヘッドは、ツールヘッド処理要素（８’、８”、８”’）を含み、前記ツールヘッド処理要素は、前記ベースユニット処理要素（７）と通信するように構成されている、
請求項１３記載の３Ｄバイオプリンタシステム。
【請求項１５】
３Ｄバイオプリンタツールヘッド（４；４’、４”、４”’）であって、前記ツールヘッドは、３Ｄバイオプリンタの機械的インタフェース部分に接続可能であり、
ツールヘッド処理要素（８；８’、８”、８”’）と、
前記３Ｄバイオプリンタの通信インタフェース部分に接続可能な通信インタフェース部分（６；６’、６”、６”’）と、
を有する３Ｄバイオプリンタツールヘッド（４；４’、４”、４”’）。
【請求項１６】
前記ツールヘッド処理要素は、少なくとも１つの前記ツールヘッドに関連付けられた特性に関する情報を記憶するように構成されている、
請求項１５記載の３Ｄバイオプリンタツールヘッド（４；４’、４”、４”’）。
【請求項１７】
少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた前記特性は、前記交換可能なツールヘッドのプリンティング技術などアクチュエータのタイプに関する情報を含み、前記情報によって、前記交換可能なツールヘッドは、空気圧式押し出しツールヘッド、シリンジポンプツールヘッド、インクジェットツールヘッド、高温押し出しツールヘッド、材料除去用ツールヘッドおよび／または硬化ツールヘッドであると定義可能である、
請求項１６記載の３Ｄバイオプリンタツールヘッド（４；４’、４”、４”’）。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた前記特性は、前記ツールヘッドのセンサ技術に関する情報を含み、前記情報によって、前記ツールヘッドは、カメラツールヘッド、探査ツールヘッドおよび／または３Ｄスキャニングツールヘッドであると定義可能である、
請求項１６または１７記載の３Ｄバイオプリンタツールヘッド（４；４’、４”、４”’）。
【請求項１９】
前記ツールヘッド処理要素は、押し出し制御および／または押し出し材料温度制御および／または押し出し材料粘度制御および／またはガス供給制御などの動作を、少なくとも部分的に制御するように構成されている、
請求項１５から１８までのいずれか１項記載の３Ｄバイオプリンタツールヘッド。
【請求項２０】
前記ツールヘッド処理要素は、前記ツールヘッドに配置されたまたは前記ツールヘッド内に一体化されたセンサにより取得された情報に基づき、かつ／または、前記通信インタフェース部分（６；６’、６”、６”’）を介して受け取られた情報に基づき、前記ツールヘッドの動作を少なくとも部分的に制御するように構成されている、
請求項１９記載の３Ｄバイオプリンタツールヘッド。
【請求項２１】
前記ツールヘッド処理要素は、粘度および／または温度など材料特性に関する情報に基づき、かつ／または、押し出しに使用されるノズルの直径に関する情報に基づき、ツールヘッドの動作を少なくとも部分的に制御するように構成されている、
請求項１９または２０記載の３Ｄバイオプリンタツールヘッド。
【請求項２２】
前記ツールヘッド処理要素は、押し出し材料温度および／または押し出し材料レベルおよび／または押し出し材料粘度および／または周囲光の監視および／または排気ガスの監視など、動作を少なくとも部分的に監視するように構成されており、かつ／または、
前記ツールヘッド処理要素は、データ収集を実施し、前記通信インタフェース部分（６；６’、６”、６”’）を介して動作の監視を報告するように構成されており、かつ／または、
前記ツールヘッド処理要素は、エラーの検出を実施し、前記通信インタフェース部分（６；６’、６”、６”’）を介して前記エラーを報告するように構成されている、
請求項１５から２１までのいずれか１項記載のバイオプリンタツールヘッド。
【請求項２３】
構造物をバイオプリンティングする方法であって、
前記方法は、所望の特性を有するバイオプリンタツールヘッドを選択するステップ（Ｓ２）を含み、
前記バイオプリンタツールヘッドは、前記バイオプリンタツールヘッドの特性に関する情報を記憶するツールヘッド処理要素を有することができ、
前記バイオプリンタツールヘッドは、バイオプリンタのベースユニットの機械的インタフェース部分に接続可能であり、
前記バイオプリンタツールヘッドは、前記バイオプリンタの前記ベースユニットの通信インタフェース部分に接続可能な通信インタフェース部分を有しており、
前記方法は、
選択された前記バイオプリンタツールヘッドを、前記インタフェース部分を用いて前記バイオプリンタの前記ベースユニットに、機械的にかつ通信可能に接続するステップ（Ｓ３）と、
前記バイオプリンタのベースユニット処理要素または前記ツールヘッドの前記ツールヘッド処理要素にアクティベーション信号を供給することによって、構造物のプリンティングをアクティベートするステップ（Ｓ４）と、
を含み、
前記ステップ（Ｓ４）に応じて、前記ツールヘッド処理要素により記憶されたまたはユーザインタフェースを用いて手動で入力された、前記バイオプリンタツールヘッドの前記特性に関する情報に基づき、プリンティングを実施する、
構造物をバイオプリンティングする方法。
【請求項２４】
前記方法は、さらに、プリントすべき前記構造物の特性に関する情報を、前記ベースユニット処理要素または前記ツールヘッド処理要素に供給するステップ（Ｓ１）を含み、前記構造物の特性に関する前記情報に基づいてプリンティングも実施する、
請求項２３記載の構造物をバイオプリンティングする方法。
【請求項２５】
前記構造物のプリンティングを、前記ツールヘッドからバイオインクを押し出すことにより実施する、
請求項２３または２４記載の構造物をバイオプリンティングする方法。
【請求項２６】
バイオインクの押し出し後、前記構造物に硬化を施し（Ｓ５）、前記硬化は例えば、ＵＶ光、可視光またはレーザ光による硬化などの光硬化、または、溶液による硬化、または、熱に基づく硬化である、
請求項２５記載の構造物をバイオプリンティングする方法。
【請求項２７】
請求項２３から２６までのいずれか１項記載の方法によって製造された、３Ｄバイオプリントされた構造物であって、
前記構造物は、バイオインク材料によって形成され、前記バイオインク材料は、液体、半固体または固体の組成あるいはこれらの組み合わせを含む、
３Ｄバイオプリントされた構造物。
【請求項２８】
前記バイオインク材料は生体細胞を含む、
請求項２７記載の３Ｄバイオプリントされた構造物。
【請求項２９】
ベースユニット（２）を含む３Ｄバイオプリンタ（１）であって、
前記ベースユニット（２）は、
少なくとも１つの交換可能なツールヘッド（４）の取り付けのために構成された支持体（３）と、
前記少なくとも１つのツールヘッド（４）が取り付けられているときに、前記ツールヘッド（４）と通信するための通信インタフェース部分（５）と、
前記通信インタフェース部分（５）を介して前記少なくとも１つのツールヘッドと通信するように構成されたベースユニット処理要素（７）と、
を有する３Ｄバイオプリンタ（１）。
【請求項３０】
ベースユニット（２）を含む３Ｄバイオプリンタ（１）であって、
前記ベースユニット（２）は、
少なくとも１つのツールヘッド（４）の取り付けのために構成された支持体（３）と、
前記少なくとも１つのツールヘッド（４）と通信するための通信インタフェース部分（５）と、
前記少なくとも１つのツールヘッドにおいて具現化可能である、プリンティングスペース内の空気などのガスを排気するための排気部（９）と、
前記通信インタフェース部分（５）を介して前記少なくとも１つのツールヘッドと通信するように構成され、かつ、前記排気部（９）を制御するように構成された、ベースユニット処理要素（７）と、
を有する３Ｄバイオプリンタ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、少なくとも１つのツールヘッドを取り付けるための支持体を有するベースユニットを含む３Ｄバイオプリンタに関する。
【０００２】
本開示はさらに、構造物をバイオプリンティングする方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
積層製造技術であるバイオプリンティングは、細胞、生体材料および生体分子の配置を空間的に制御するその能力に対して、相当に注目されてきた。それゆえバイオプリンティングによって、組織および臓器の再生、基礎研究、ならびに薬剤スクリーニングの将来に対し、無限の可能性がもたらされる。３Ｄバイオプリンタは、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動しながら材料を分配することができ、これによって複雑なストラクチャをボトムアップで作り上げることができる。しかもこの技術を、患者の医療画像を用いてＣＡＤ／ＣＡＭ技術と組み合わせることができるため、この技術によって、標的組織または標的臓器に特有の生体模倣型３Ｄストラクチャの生体製造が可能となる。細胞運命プロセスを左右する良好なプリント適性および生理活性特性を有するヒドロゲルバイオインクの開発は、将来有望なこの技術を診療所に転用するのに役立つであろう。天然ポリマーをベースとするヒドロゲルは、それらの好都合な生体適合特性で知られており、細胞カプセル化のために魅力的な生体材料である。それらのヒドロゲルによって、生物学的に関連のある化学的および物理的なシグナルを伴う水性の３Ｄ環境がもたらされ、これによって天然の細胞外マトリックス環境が模倣される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の１つの課題は、公知の３Ｄバイオプリンタよりも改善された３Ｄバイオプリンタを手に入れることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、３Ｄバイオプリンタに関する。この３Ｄバイオプリンタはベースユニットを含み、このベースユニットは、少なくとも１つのツールヘッドの取り付けのために構成された支持体と、少なくとも１つのツールヘッドが取り付けられているときに、このツールヘッドとデータ通信するための通信インタフェース部分と、さらにこの通信インタフェース部分を介して少なくとも１つのツールヘッドのツールヘッド処理要素と通信するように構成されたベースユニット処理要素（７）とを含む。
【０００６】
ツールヘッド処理要素は、記憶能力を有することができる。ツールヘッド処理要素は、アナログデータまたはデジタルデータを送信および／または受信することができる。ツールヘッド処理要素は、計算を実施するための処理能力を有することもできる。よって、ツールヘッドはインテリジェンスを有する。
【０００７】
よって、ツールヘッドがツールヘッド処理要素を有するときには、そのツールヘッドに関する手動によるユーザ入力の必要性を低減または排除することができる。想定される回避／低減可能な煩わしい手動ユーザ入力には例えば、ツールヘッドのタイプ、寸法および他の特性が含まれる。これによって、３Ｄバイオプリンタがいっそう容易にかついっそう迅速に使用されるようになる。他方、これによって、ツールヘッドに関する誤った情報が手動で入力されるリスクが排除される。
【０００８】
さらにツールヘッド処理要素は、例えば、ツールヘッド自体によって取得された、あるいはツールヘッドに取り付けられた、またはツールヘッドに関連付けられたセンサによって取得された、ツールヘッドに関するデータを収集することができる。この場合、ツールヘッド処理要素を、収集されたデータを３Ｄバイオプリンタに適したフォーマットに成形するように、かつそのデータを適切なフォーマットで３Ｄバイオプリンタの通信インタフェース部分に送信するように、構成することができる。ツールヘッドを置き換えなければならない場合、これによって３Ｄバイオプリンタとツールヘッドとの一体化が容易になる。これは特に、交換可能なツールヘッドにとって有利である。
【０００９】
さらに、ツールヘッド処理要素が処理能力を有するならば、ツールヘッド処理要素を、この処理要素のツールヘッドの動作を、または他のツールヘッドなど別の機器の動作を、かつ／またはガスの排気を、少なくとも部分的に制御するように構成することができる。ツールヘッドのところでこの機能を有することにより得られる１つの利点は、アップデートされたツールヘッドが３Ｄバイオプリンタに取り付けられたときに、３Ｄバイオプリンタ内のソフトウェアを修正してアップデートしなくてよい、ということである。
【００１０】
この解決手段によれば、ベースユニット処理要素がマスタとして動作可能であり、ツールヘッド処理要素がスレーブとして動作可能であり、さらにこの逆に動作可能である。
【００１１】
種々の実施形態によれば、支持体は、少なくとも１つの交換可能なツールヘッドの取り付けのために構成された支持体部分を含む。
【００１２】
これによれば、３Ｄバイオプリンタは著しくフレキシブルになり、３Ｄバイオプリンタの動作の効率性を高めることができる。例えばユーザは、３Ｄバイオプリンタの外部でツールヘッドを準備することができ、この準備には例えば、材料の充填および／または針の選択を含めることができる。このようにすれば、目下使用されているツールヘッドを、目下使用されているものと置き換えることができる。
【００１３】
これによれば、材料の充填および／または針の変更など時間のかかる動きのために、バイオプリンタを停止させる必要がない。その代わりに、目下使用されているツールヘッドを準備したものと置き換えるために、短期間の停止を行えばよい。別の選択肢として、目下使用されているツールヘッドを、プリンティングしているときに交換することができる。例えば、支持体が複数のツールヘッドを取り付けるように構成されているならば、プリントしながら交換を簡単に実施することができる。
【００１４】
新たなツールヘッドの検出を、３Ｄバイオプリンタによって自動的に行うことができ、またはこれをユーザによってセットすることができる。
【００１５】
ユーザは、ツールを使用して、またはツールを使用せずに、ツールヘッドを挿入する、または取り外すことができる。別の選択肢として、３Ｄバイオプリンタ自体によって、ツールヘッドを挿入する、かつ／または取り外すことができる。
【００１６】
ツールヘッドの接続のために、１つまたは複数のステップが必要とされる可能性がある。例えばこのステップには、ナットの挿入および／またはケーブルの接続および／またはガス供給部の接続を含めることができる。
【００１７】
３Ｄバイオプリンタを、どのツールヘッドを使用するのが望ましいのかに関する情報を、さらに場合によってはそれをどのように準備するのが望ましいのかに関する情報も、表示するように構成することもできる。
【００１８】
３Ｄバイオプリンタを、１つまたは複数の交換可能なツールヘッドを、１つまたは複数の交換不可能なツールヘッドを伴って、または伴わずに、使用するように構成することができる。
【００１９】
種々の実施形態によれば、ベースユニット処理要素は、交換可能なツールヘッドが取り付けられているときに、通信インタフェース部分を介して、少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた特性に関する情報を、少なくとも１つの交換可能なツールヘッドのツールヘッド処理要素から取得するように構成されている。
【００２０】
少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた特性は、交換可能なツールヘッドのプリンティング技術など、アクチュエータのタイプに関する情報を含むことができる。この情報によって、交換可能なツールヘッドは空気圧式押し出しツールヘッド、シリンジポンプツールヘッド、インクジェットツールヘッド、高温押し出しツールヘッド、材料除去用ツールヘッドおよび／または硬化ツールヘッドである、と定義することができる。材料除去用ツールヘッドを、ナイフおよび／またはレーザツールヘッドおよび／またはミリングツールヘッドおよび／またはドリリングツールヘッドとすることができる。硬化ツールヘッドを、ＵＶ光、可視光またはレーザ光などの光硬化ツールヘッドとすることができる。硬化ツールヘッドを、溶液または熱に基づく硬化ツールヘッドなど、他の任意のタイプの硬化ツールヘッドとすることができる。この情報によって、少なくとも１つの交換可能なツールヘッドはバイオエレクトロ噴霧ツールヘッドである、と定義することができる。
【００２１】
少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた特性は、ツールヘッドのセンサ技術に関する情報を含むことができ、この情報によって、ツールヘッドはカメラツールヘッド、探査ツールヘッドおよび／または３Ｄスキャニングツールヘッドである、と定義することができる。
【００２２】
種々の実施形態によれば、ベースユニット処理要素は、交換可能なツールヘッドの特性に関して通信インタフェース部分を介して取得された情報に基づき、少なくとも１つの交換可能なツールヘッドを制御するための制御信号を取得し、この制御信号を通信インタフェース部分に供給するように構成されている。
【００２３】
種々の実施形態によれば、上述のように定義された３Ｄバイオプリンタ（１）はさらに、前述のツールヘッド処理要素（８）と、ベースユニット（２）の通信インタフェース部分（５）に接続可能な通信インタフェース部分（６）とを有する、前述の少なくとも１つのツールヘッドを含む。この場合、ツールヘッドのうち少なくとも１つのツールヘッドのツールヘッド処理要素を、前述のツールヘッドの動作を少なくとも部分的に制御するように構成することができる。
【００２４】
種々の実施形態によれば、３Ｄバイオプリンタはさらに、加圧ガスを少なくとも１つのツールヘッドに供給するための加圧ガスインタフェース部分および／または光を少なくとも１つのツールヘッドに伝達するための光インタフェース部分を含む。
【００２５】
種々の実施形態によれば、３Ｄバイオプリンタはさらに、プリンティングスペース内の空気などのガスを排気するための排気部を含む。この排気部を、少なくとも１つのツールヘッドにおいて具現化することができる。
【００２６】
ベースユニット処理要素（７）は、種々の実施形態によれば、ガスの排気を制御するように構成されている。
【００２７】
本開示はさらに、以下のために適した構造物のプリンティングにおいて使用するための、上述のように定義された３Ｄバイオプリンタに関する。すなわちこの構造物は、組織の修復または交換など動物または人間の体内への移植、局所塗布、美容の用途、創薬、薬剤テストの用途から選択された用途のうちのいずれか１つなどのように、３Ｄバイオプリントされた構造物を使用することのできる任意の用途における使用に適しており、または疾患モデルとして適しており、もしくは製薬、医療、化学、パーソナルケア、スキンケアまたは美容の業界、あるいは３Ｄバイオプリントされた構造物を使用することのできる他の任意の業界における様々な研究、調査または開発の目的など、他の目的のために適している。プリントされた構造物は、適切な固体、半固体または液体のバイオインク材料を含み、さらに用途に応じて生体細胞を含むかもしれないし、含んでいないかもしれない。
【００２８】
本開示はさらに、３Ｄバイオプリンタシステムに関する。この３Ｄバイオプリンタシステムは、ツールヘッドの取り付けに構成された支持体と、ツールヘッドが取り付けられているときに、このツールヘッドと通信するための通信インタフェースと、この通信インタフェース（５）を介してツールヘッドと通信するように構成されたベースユニット処理要素とを含む、ベースユニットと、ベースユニットの通信インタフェース部分に接続可能な通信インタフェース部分をツールヘッド各々が有する、複数のツールヘッドから成るセットとを含む。
【００２９】
ツールヘッドのうちの少なくとも１つは、ツールヘッド処理要素を含むことができる。ツールヘッド処理要素を、ベースユニット処理要素と通信するように構成することができる。
【００３０】
本開示はさらに、３Ｄバイオプリンタツールヘッドに関する。この３Ｄバイオプリンタツールヘッドは、３Ｄバイオプリンタの機械的インタフェース部分に接続可能である。３Ｄバイオプリンタツールヘッドはさらに、ツールヘッド処理要素と、３Ｄバイオプリンタの通信インタフェース部分に接続可能な通信インタフェース部分とを含む。
【００３１】
３Ｄバイオプリンタツールヘッドのツールヘッド処理要素を、少なくとも１つのツールヘッドに関連付けられた特性に関する情報を記憶するように構成することができる。
【００３２】
少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた特性は、交換可能なツールヘッドのプリンティング技術など、アクチュエータのタイプに関する情報を含むことができる。この情報によって、交換可能なツールヘッドは空気圧式押し出しツールヘッド、シリンジポンプツールヘッド、インクジェットツールヘッド、高温押し出しツールヘッド、材料除去用ツールヘッドおよび／または硬化ツールヘッドである、と定義することができる。この情報によって、少なくとも１つの交換可能なツールヘッドはバイオエレクトロ噴霧ツールヘッドである、と定義することができる。
【００３３】
少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた特性は、ツールヘッドのセンサ技術に関する情報を含むことができ、この情報によって、ツールヘッドはカメラツールヘッド、探査ツールヘッドおよび／または３Ｄスキャニングツールヘッドである、と定義することができる。
【００３４】
ツールヘッド処理要素を、押し出し制御および／または押し出し材料温度制御および／または押し出し材料粘度制御および／またはガス供給制御などの動作を、少なくとも部分的に制御するように構成することができる。
【００３５】
ツールヘッド処理要素を、ツールヘッドに配置された、またはツールヘッド内に一体化されたセンサにより取得された情報に基づき、かつ／または通信インタフェース部分を介して受け取られた情報に基づき、ツールヘッドの動作を少なくとも部分的に制御するように構成することができる。
【００３６】
ツールヘッド処理要素を、粘度および／または温度など材料特性に関する情報に基づき、かつ／または押し出しに使用されるノズルの直径に関する情報に基づき、ツールヘッドの動作を少なくとも部分的に制御するように構成することができる。
【００３７】
ツールヘッドのツールヘッド処理要素を、押し出し材料温度および／または押し出し材料レベルおよび／または押し出し材料粘度および／または周囲光の監視および／または排気ガスの監視など、動作を少なくとも部分的に監視するように構成することができ、かつ／またはこの場合にツールヘッド処理要素は、データ収集を実施し、通信インタフェース部分を介して動作の監視を報告するように構成されており、かつ／またはこの場合にツールヘッド処理要素は、エラーの検出を実施し、通信インタフェース部分を介してこのエラーを報告するように構成されている。
【００３８】
本開示はさらに、構造物をバイオプリンティングする方法に関する。この方法は以下のステップを含む、すなわち、
所望の特性を有するバイオプリンタツールヘッドを選択するステップと、
ただしバイオプリンタツールヘッドは、このバイオプリンタツールヘッドの特性に関する情報を記憶するツールヘッド処理要素を有することができ、
バイオプリンタツールヘッドは、バイオプリンタのベースユニットの機械的インタフェース部分に接続可能であり、
バイオプリンタツールヘッドは、バイオプリンタのベースユニットの通信インタフェース部分に接続可能な通信インタフェース部分を有しており、
選択されたバイオプリンタツールヘッドを、インタフェース部分を用いてバイオプリンタのベースユニットに、機械的にかつ通信可能に接続するステップと、
バイオプリンタのベースユニット処理要素またはツールヘッドのツールヘッド処理要素にアクティベーション信号を供給することによって、構造物のプリンティングをアクティベートするステップと
を含み、このステップに応じて、ツールヘッド処理要素により記憶された、またはユーザインタフェースを用いて手動で入力された、バイオプリンタツールヘッドの特性に関する情報に基づき、プリンティングを実施する。
【００３９】
種々の実施形態によれば、この方法はさらに、プリントすべき構造物の特性に関する情報を、ベースユニット処理要素またはツールヘッド処理要素に供給するステップを含み、この場合、構造物の特性に関する情報に基づいてプリンティングも実施する。
【００４０】
この方法の種々の実施形態によれば、構造物のプリンティングを、ツールヘッドからバイオインクを押し出すことにより実施する。
【００４１】
種々の実施形態によれば、構造物をバイオプリンティングする方法は、バイオインクの押し出し後、構造物にＵＶ硬化などの硬化を施すステップを含む。
【００４２】
本開示はさらに、上述のように定義された方法によって製造された、３Ｄバイオプリントされた構造物に関する。この構造物は、バイオインク材料によって形成され、バイオインク材料は、液体、半固体または固体の組成、あるいはこれらの組み合わせを含む。バイオインク材料を多くの異なるタイプのものとすることができ、例えばアルギン酸塩ベース、ゼラチンベース、コラーゲンベース、シリカベース、セルロースベース、ポリカプロラクトンおよび／またはポリ乳酸のバイオインクおよび／または熱可塑性材料を用いることができる。
【００４３】
種々の実施形態によれば、バイオインク材料は生体細胞を含む。
【００４４】
本発明のバイオプリンタによりもたらされる３Ｄバイオプリントされた構造物は典型的には、ロバストで安定したストラクチャであり、これは生体適合性があり、一部の用途のために、脈管化させられた状態となる能力を有する。
【００４５】
本開示はさらに、以下のようなベースユニットを含む３Ｄバイオプリンタに関する。すなわちこのベースユニットは、少なくとも１つの交換可能なツールヘッドの取り付けのために構成された支持体と、少なくとも１つのツールヘッドが取り付けられているときに、このツールヘッドと通信するための通信インタフェース部分と、さらにこの通信インタフェース部分を介して少なくとも１つのツールヘッドと通信するように構成されたベースユニット処理要素とを有する。
【００４６】
本開示はさらに、以下のようなベースユニットを含む３Ｄバイオプリンタに関する。すなわちこのベースユニットは、少なくとも１つのツールヘッドの取り付けのために構成された支持体と、少なくとも１つのツールヘッドと通信するための通信インタフェース部分（５）と、少なくとも１つのツールヘッドにおいて具現化可能である、プリンティングスペース内の空気などのガスを排気するための排気部と、さらに上述の通信インタフェース部分を介して少なくとも１つのツールヘッドと通信するように構成された、かつ排気部を制御するように構成された、ベースユニット処理要素とを有する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１の例による３Ｄバイオプリンタを概略的に開示した図である。
【図２】第２の例による３Ｄバイオプリンタシステムを概略的に開示した図である。
【図３】例えば、図１または図５に関連して開示されている３Ｄバイオプリンタ、または図２に関連して開示されている３Ｄプリンタシステムについての、システム概要図である。
【図４】構造物をバイオプリンティングする方法の一例を概略的に開示したフローチャートである。
【図５】第３の例による３Ｄバイオプリンタを概略的に開示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
積層製造技術であるバイオプリンティングは、細胞、生体材料および生体分子の配置を空間的に制御するその能力に対して、相当に注目されてきた。それゆえバイオプリンティングによって、組織および臓器の再生、基礎研究、ならびに薬剤スクリーニングの将来に対し、無限の可能性がもたらされる。
【００４９】
３Ｄバイオプリンタは、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動しながら材料を分配することができる。これによって複雑なストラクチャをボトムアップで作り上げることができる。しかもこの技術を、患者の医療画像を用いてＣＡＤ／ＣＡＭ技術と組み合わせることができるため、この技術によって、標的組織または標的臓器に特有の生体模倣型３Ｄストラクチャの生体製造が可能となる。プレバイオプリンティングプロセスにおいて、３Ｄバイオプリンタにより使用するためのモデルが生成される。さらに、使用したい材料が選択される。バイオプリンティングのために使用される一般的な技術は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）および磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）である。レイヤバイレイヤアプローチでプリントするために、画像に対し断層撮影的な再構成を実施することができる。いまや２Ｄとなった画像を、プリンタによって使用することができる。
【００５０】
図１には、３Ｄバイオプリンタ１の一例が開示されている。３Ｄバイオプリンタを、３次元で作り上げられる生体組織の製造のために使用することができる。この３Ｄバイオプリンタ１を、組織の修復または交換など動物または人間の体内への移植、局所塗布、美容の用途および薬剤テストの用途から選択された用途のうちのいずれかにおいて使用するために適した構造物のプリンティングにおいて、使用することができる。
【００５１】
３Ｄバイオプリンタ１はベースユニット２を含む。ベースユニット２は、少なくとも１つのツールヘッド４の取り付けのために構成された支持体３を含む。１つの例によれば、支持体３は、複数のツールヘッド４を収容するように構成されている。
【００５２】
１つの例によれば、支持体３は、少なくとも１つの交換可能なツールヘッド４の取り付けのために構成されている。この場合、１つまたは複数の交換可能なツールヘッドを取り外して、１つまたは複数の別のツールヘッドと置き換えることができる。１つの例によれば、支持体３は、少なくとも１つの交換不可能なツールヘッドの取り付けのために構成されている。１つの例によれば、支持体を、少なくとも１つの交換可能なツールヘッドと、少なくとも１つの交換不可能なツールヘッド４と、の取り付けのために適合させることができる。
【００５３】
支持体３が少なくとも１つの交換可能なツールヘッドの取り付けのために構成されている例によれば、３Ｄバイオプリンタが著しくフレキシブルになり、さらに３Ｄバイオプリンタの動作の効率性を高めることができる。例えばユーザは、３Ｄバイオプリンタの外部でツールヘッドを準備することができ、この場合、準備には例えば、材料の充填および／または針の選択を含めることができる。このようにすれば、目下使用されているツールヘッドを、目下使用されているものと置き換えることができる。
【００５４】
これによれば、材料の充填および／または針の変更など時間のかかる動きのために、バイオプリンタを停止させる必要がない。その代わりに、目下使用されているツールヘッドを準備したものと置き換えるために、短期間の停止を行えばよい。別の選択肢として、目下使用されているツールヘッドを、プリンティングしているときに交換することができる。例えば、支持体３が複数のツールヘッドを取り付けるように構成されているならば、プリントしながら交換を簡単に実施することができる。
【００５５】
ユーザは、ツールを使用して、またはツールを使用せずに、ツールヘッドを挿入する、または取り外すことができる。別の選択肢として、３Ｄバイオプリンタ自体によって、ツールヘッドを自動的に挿入する、かつ／または取り外すことができる。
【００５６】
ツールヘッドの接続のために、１つまたは複数のステップが必要とされる可能性がある。例えばこのステップには、ナットの挿入および／またはケーブルの接続および／またはガス供給部の接続が含まれる。
【００５７】
少なくとも１つのツールヘッド４は、少なくとも１つのアクチュエーティングツールヘッドおよび／または少なくとも１つのセンサツールヘッドを含むことができる。アクチュエーティングツールヘッドに、１つまたは複数のセンサを設けてもよい。アクチュエーティングツールヘッドの例には、空気圧式押し出しツールヘッド、シリンジポンプツールヘッド、インクジェットツールヘッド、高温押し出しツールヘッド、材料除去用ツールヘッド、硬化ツールヘッドおよび／またはバイオエレクトロ噴霧ツールヘッドが含まれる。材料除去用ツールヘッドは、ナイフおよび／またはレーザツールヘッドおよび／またはミリングツールヘッドおよび／またはドリリングツールヘッドを含むことができる。硬化ツールヘッドは、硬化ＵＶツールヘッドおよび／または可視光硬化ツールヘッドおよび／またはレーザ光硬化ツールヘッドを含むことができる。アクチュエーティングツールヘッドの他の例には、空気などのガスを排気するための排気ガスツールヘッドが含まれる。
【００５８】
センシングツールヘッドの例には、カメラツールヘッド、探査ツールヘッドおよび／または３Ｄスキャニングツールヘッドが含まれる。
【００５９】
ベースユニット２はさらに、少なくとも１つのツールヘッドが取り付けられているときに、このツールヘッドと通信するための通信インタフェース部分５を含む。この通信は、ツールヘッドの制御のための制御信号の通信を含むことができる。さらにこの通信は、ツールヘッドからのセンサ信号の通信を含むことができる。ベースユニットとツールヘッドとの間で通信することのできる情報については、あとでさらに詳しく論じることにする。
【００６０】
ツールヘッド４は、ベースユニット（２）の通信インタフェース部分（５）に接続可能な対応する通信インタフェース部分（６）を含む。ツールヘッド４は、ツールヘッド処理要素８を含むこともできる。
【００６１】
通信インタフェース部分５、６を、アナログ通信および／またはデジタル通信のために構成することができる。通信インタフェース部分は、有線インタフェースまたは非接触インタフェース（非有線インタフェース）を形成することができる。通信インタフェースは例えば、電気的インタフェースおよび／または光インタフェースおよび／またはオーディオインタフェースおよび／または無線インタフェースを含むことができる。インタフェース部分を介した通信を、任意の通信プロトコルに従って実施することができる。
【００６２】
ベースユニット２はさらに、ベースユニット処理要素７を含む。ベースユニット処理要素を、上述の通信インタフェース部分５、６を介して少なくとも１つのツールヘッド４のツールヘッド処理要素８と通信するように、適合させることができる。１つの択一的な例によれば、ツールヘッドには、ベースユニット処理要素と通信するように構成されたツールヘッド処理要素は設けられていない。
【００６３】
ベースユニット処理要素７および設けられているならばツールヘッド処理要素８は、記憶能力を有する。ベースユニット処理要素７および設けられているならばツールヘッド処理要素８は、アナログデータまたはデジタルデータを送信および／または受信することができる。ベースユニット処理要素７およびツールヘッド処理要素８のうち少なくとも一方は、計算を実施するための処理能力を有する。
【００６４】
ツールヘッド４がツールヘッド処理要素８を有するならば、そのツールヘッドのために手動でユーザが入力する必要性を低減または排除することができる。想定される回避／低減可能な煩わしい手動ユーザ入力には例えば、ツールヘッドのタイプ、寸法および他の特性が含まれる。これによって、３Ｄバイオプリンタがいっそう容易にかついっそう迅速に使用されるようになる。ツールヘッドに関するデータの自動的な取り出しによってさらに、ツールヘッドに関する誤った情報が手動で入力されるリスクが排除される。
【００６５】
ツールヘッドがデータ記憶能力を有するこの例によれば、少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた特性に関する情報を記憶するために、ツールヘッド処理要素を構成することができる。少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた特性は、交換可能なツールヘッドのプリンティング技術など、アクチュエータのタイプに関する情報を含むことができる。この情報によって、交換可能なツールヘッドは空気圧式押し出しツールヘッド、シリンジポンプツールヘッド、インクジェットツールヘッド、高温押し出しツールヘッド、材料除去用ツールヘッド、硬化ツールヘッドおよび／またはバイオエレクトロ噴霧ツールヘッドである、と定義することができる。この情報によって、交換可能な材料除去用ツールヘッドをナイフ、レーザツールヘッド、ミリングツールヘッドおよび／またはドリリングツールヘッドとする、と定義することができる。さらにこの情報によって、交換可能な硬化ツールヘッドを硬化ＵＶツールヘッド、可視光硬化ツールヘッド、またはレーザ光硬化ツールヘッドとすることができる、と定義することができる。
【００６６】
少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた特性は、ツールヘッドのセンサ技術に関する情報を含むことができ、この情報によって、ツールヘッドはカメラツールヘッド、探査ツールヘッドおよび／または３Ｄスキャニングツールヘッドである、と定義することができる。
【００６７】
ベースユニット処理要素を、交換可能なツールヘッドが取り付けられているときに、通信インタフェース部分を介して、少なくとも１つの交換可能なツールヘッドに関連付けられた特性に関する情報を、少なくとも１つの交換可能なツールヘッドのツールヘッド処理要素から取得するように構成することができる。
【００６８】
ツールヘッド処理要素８は、それが設けられているならば、例えば、ツールヘッド自体によって取得された、あるいはツールヘッド内に一体化された、ツールヘッドに取り付けられた、かつ／またはツールヘッドに関連付けられたセンサによって取得された、ツールヘッドに関するデータを収集するように構成することができる。この場合、ツールヘッド処理要素を、収集されたデータを３Ｄバイオプリンタに適したフォーマットに成形するように、すなわちベースユニット２との通信のために設定されたプロトコルに従って成形するように、構成することができる。ツールヘッド処理要素をさらに、データを適切なフォーマットで３Ｄバイオプリンタの通信インタフェース部分に送信するように、構成することができる。これによって、３Ｄバイオプリンタのベースユニット２とツールヘッドとの一体化が容易になる。これは特に、交換可能なツールヘッドにとって有利である。
【００６９】
ベースユニット２とツールヘッド４の少なくとも１つの双方が処理能力を有する場合には、ツールヘッドの動作制御のための処理を、１つまたは複数のツールヘッド処理要素８またはベースユニット処理要素７のいずれかによって実施することができる。１つの択一的な例によれば、ベースユニットプロセッサ７と、１つまたは複数のツールヘッド処理要素８のうち少なくとも１つのツールヘッド処理要素の双方の処理能力が、ツールヘッドの動作制御のために使用される。この例によれば、ベースユニット処理要素７、またはツールヘッド処理要素８のうち少なくとも１つのツールヘッド処理要素のいずれかが、マスタプロセッサとして動作し、１つまたは複数の他方のプロセッサがスレーブプロセッサとして動作し、またはこの逆に動作する。
【００７０】
したがってベースユニット処理要素および／またはツールヘッド処理要素は、交換可能なツールヘッドの特性に関する情報に基づき、少なくとも１つの交換可能なツールヘッドを制御するための制御信号を取得し、ツールヘッドを制御するためにこの制御信号をツールヘッドに供給するように構成されている。
【００７１】
よって、１つまたは複数のツールヘッド処理要素８は、１つの例によれば、この処理要素のツールヘッドの動作を、または他のツールヘッドなど別の機器の動作を、かつ／またはガスの排気を、少なくとも部分的に制御するために用いられる処理能力を有することができる。１つまたは複数のツールヘッド処理要素８のところでこの機能を具現化することにより得られる１つの利点は、アップデートされたツールヘッドが３Ｄバイオプリンタに取り付けられたときに、ベースユニット２内のソフトウェアを修正してアップデートしなくてもよいことであり、または少なくとも僅かなアップデートだけしか必要とされないことである。かくして既存の３Ｄバイオプリンタを、ベースユニットのソフトウェアを実質的に修正することなく、新たなツールヘッド技術によってアップグレードすることができる。
【００７２】
ベースユニット処理要素および／または１つまたは複数のツールヘッド処理要素を、押し出し制御および／または押し出し材料温度制御および／または押し出し材料粘度制御および／またはガス供給制御などの動作を、少なくとも部分的に制御するように構成することができる。
【００７３】
ベースユニット処理要素および／または１つまたは複数のツールヘッド処理要素を、ツールヘッドに配置された、またはツールヘッド内に一体化されたセンサにより取得された情報に基づき、かつ／または通信インタフェース部分を介して受け取られた情報に基づき、ツールヘッドの動作を少なくとも部分的に制御するように構成することができる。
【００７４】
ベースユニット処理要素および／または１つまたは複数のツールヘッド処理要素を、粘度および／または温度などの材料特性に関する情報に基づき、かつ／または押し出しに使用されるノズルの直径に関する情報に基づき、ツールヘッドの動作を少なくとも部分的に制御するように構成することができる。
【００７５】
ツールヘッドのツールヘッド処理要素および／またはベースユニット処理要素を、押し出し材料温度および／または押し出し材料レベルおよび／または押し出し材料粘度および／または周囲光の監視および／または排気ガスの監視など、動作を少なくとも部分的に監視するように構成することができ、かつ／またはこの場合にツールヘッド処理要素は、データ収集を実施し、通信インタフェース部分を介して動作の監視を報告するように構成されており、かつ／またはこの場合にツールヘッド処理要素は、エラーの検出を実施し、通信インタフェース部分を介してこのエラーを報告するように構成されている。
【００７６】
３Ｄバイオプリンタはさらに、図示の例によれば、プリンティングスペース内の空気などのガスを排気するための任意選択的な排気部９を含む。これについては、図５に関連してさらに詳しく説明する。
【００７７】
排気部９を、少なくとも１つのツールヘッドにおいて具現化することができる。この場合、３Ｄバイオプリンタ１は、加圧ガスを少なくとも１つのツールヘッドに供給するために、加圧ガスインタフェース部分（図示せず）を含むことができる。
【００７８】
ベースユニット処理要素（７）または１つのツールヘッド処理要素は、１つの例によれば、ガスの排気を制御するように構成されている。これについては、図５に関連してさらに詳しく説明する。
【００７９】
３Ｄバイオプリンタ１は、光を少なくとも１つのツールヘッドに伝達するために、光インタフェース部分を含むことができる。
【００８０】
さらに３Ｄバイオプリンタ１は、ユーザ入力および／または情報表示のために構成されたユーザインタフェース２１を有する。
【００８１】
さらに３Ｄバイオプリンタ１は、成形すべき構造物が載置される受容面２０を有する。
【００８２】
図２には、３Ｄバイオプリンタシステム１’の一例が開示されている。図１に関連して開示されているように、３Ｄバイオプリンタシステムは、少なくとも１つのツールヘッド４’、４”、４”’の取り付けに構成された支持体３を含むベースユニット２を含む。ベースユニット２はさらに、ツールヘッドが取り付けられているときに、このツールヘッドと通信するための通信インタフェース部分５を含む。ベースユニットはさらに、上述の通信インタフェース５を介して少なくとも１つのツールヘッドと通信するように構成された、ベースユニット処理要素７を含む。
【００８３】
３Ｄバイオプリンタシステム１’はさらに、ツールヘッド４’、４”、４”’から成るセット１０を含む。各ツールヘッドは、ベースユニット２の通信インタフェース部分５に接続可能な通信インタフェース部分６’、６”、６”’を有する。
【００８４】
ツールヘッドのうちの少なくとも１つは、ツールヘッド処理要素８’、８”、８”’を含むことができる。ツールヘッド処理要素は、ベースユニット処理要素と通信するように構成されている。
【００８５】
この図に関連して開示されている３Ｄバイオプリンタシステム１’は、図１、図３および図４ならびに図５に関連して開示されている付加的な特徴のうちの１つまたは複数を有することができる。
【００８６】
図３には、３Ｄバイオプリンティングのためのシステムのシステム概要の一例が開示されている。このシステムは、３Ｄバイオプリンタ部分１を含む。３Ｄバイオプリンタ部分は、ベースユニット処理要素７を含む。ベースユニット処理要素７を、他の図面に関連して述べたように設計することができる。３Ｄバイオプリンタ部分は、ユーザインタフェース２１を含むこともできる。ユーザインタフェース２１を、他の図面に関連して述べたように設計することができる。
【００８７】
３Ｄバイオプリンタ部分１は、１つまたは複数のベースユニットのアクチュエータまたはセンサ１１を有することもできる。ベースユニットのアクチュエータまたはセンサ１１は、３Ｄプリンティングを実施するためのポジショニングシステムを含むことができる。３Ｄバイオプリンタにおいて使用するためのポジショニングシステムは、当該技術分野において知られており、本明細書で詳しくは説明しない。一般的に述べると、ポジショニングシステムによって、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動しながら材料を分配することができる。ベースユニットのアクチュエータまたはセンサ１１は、他の図面に関連して本明細書に開示されているように、加圧ガス供給システムを含むことができる。ベースユニットのアクチュエータまたはセンサ１１は、温度センサおよび／または土台加熱／冷却部および／または室内湿度制御部および／または室内温度制御部および／または光制御部および／または滅菌制御部、を含むことができる。
【００８８】
このシステムは、他の図面に関連して述べた通信インタフェースも含む。さらにバイオプリンタの支持体部分３は、図示の例によれば、ベースユニットの機械的インタフェース１３と共に形成されており、ツールヘッド４’、４”には、対応する機械的ツールヘッドインタフェース１４’、１４”が設けられている。
【００８９】
ツールヘッド４’、４”はさらに、ツールヘッド処理要素８’、８”を含む。ツールヘッド処理要素８’、８”を、他の図面に関連して述べたように設計することができる。ツールヘッド４’、４”はさらに、ツールヘッドのアクチュエータまたはセンサ１２’、１２”を含む。ツールヘッドのアクチュエータまたはセンサ１２’、１２”は、ツールヘッド処理要素８’、８”またはベースユニット処理要素７によって制御される。これについては、他の図面に関連してこれまでに述べてきた。
【００９０】
図４には、構造物をバイオプリンティングする方法４０が示されている。この方法は、所望の特性を有するツールヘッドを選択するステップＳ２を含む。バイオプリンタツールヘッドは、バイオプリンタツールヘッドの特性に関する情報を記憶するツールヘッド処理要素を有することができる。バイオプリンタツールヘッドは、バイオプリンタのベースユニットの機械的インタフェース部分に接続可能である。バイオプリンタツールヘッドは、バイオプリンタのベースユニットの通信インタフェース部分に接続可能な通信インタフェース部分を有する。３Ｄバイオプリンタを、どのツールヘッドを使用するのが望ましいのかに関する情報を、さらに場合によってはそれをどのように準備するのが望ましいのかに関する情報も、表示するように、または他の何らかの手法で呈示するように、構成することもできる。つまりこの例によれば、３Ｄプリンタは、判定支援を提供するように構成されている。３Ｄバイオプリンタを、プリントすべき１つまたは複数の構造物またはプリントされる１つまたは複数の構造物の動作および／または特性に関する１つまたは複数の状態パラメータに基づき、判定支援を提供するように構成することができる。プリントすべき１つまたは複数の構造物の１つまたは複数の状態パラメータおよび／または特性を、ベースユニット処理要素および／または１つまたは複数のツールヘッド処理要素において得ることができる。
【００９１】
次のステップＳ３において、選択されたバイオプリンタツールヘッドが、インタフェース部分によって機械的にかつ通信可能に、バイオプリンタのベースユニットに接続される。このステップを、手動または自動のいずれかで実施することができる。
【００９２】
次のステップＳ４において、アクティベーション信号をバイオプリンタのベースユニット処理要素またはツールヘッドの処理要素に供給することによって、接続されたツールヘッドによる構造物のプリンティングがアクティベートされる。次いで、処理要素によって記憶された、またはユーザインタフェースを用いて手動で入力された、バイオプリンタツールヘッドの特性に関する情報に基づき、プリンティングが実施される。構造物のプリンティングを、ツールヘッドからバイオインクを押し出すことによって実施することができる。新たなプリントヘッドの検出を、３Ｄバイオプリンタによって自動的に行うことができ、またはこれをユーザによってセットすることができる。プリンティングを、３Ｄバイオプリンタによって手動でまたは自動的にアクティベートすることができる。
【００９３】
この方法はさらに、プリンティングがアクティベートされる前に、プリントすべき構造物の特性に関する情報を、ベースユニット処理要素または処理要素に供給するステップＳ１を含むことができる。次いで、構造物の特性に関する情報に基づき、プリンティングを実施することもできる。図示の例によれば、このステップは、ツールヘッドの選択前に実施される。これによって得られる利点とは、ツールヘッドの選択における判定支援および／またはツールヘッドの選択を提供することができる、という点にある。
【００９４】
構造物をバイオプリンティングする方法はさらに、バイオインクの押し出し後に構造物に硬化を施すステップＳ５を含むことができる。このステップにおいて、ツールヘッドのうちの１つを用いることができる。このステップを、手動でまたは自動的に開始することができる。硬化を、ＵＶ光、可視光またはレーザ光などの光硬化とすることができる。溶液による硬化または熱に基づく硬化など、他の任意の方法を用いて硬化を実施することができる。
【００９５】
上述のように定義された方法により製造された３Ｄバイオプリントされた構造物を、バイオインク材料によって形成することができ、この場合、バイオインク材料は、液体、半固体または固体の組成、あるいはこれらの組み合わせを含む。バイオインクは、生体細胞を含むことができる。
【００９６】
図５には、３Ｄバイオプリンタ１”の一例が開示されている。３Ｄバイオプリンタ１”は、少なくとも１つのツールヘッド４の取り付けのために構成された支持体３を有するベースユニット２を含む。ベースユニット２はさらに、少なくとも１つのツールヘッドと通信するための通信インタフェース部分５を含む。３Ｄバイオプリンタ１”はさらに、プリンティングスペース内の空気などのガスを排気するための排気部９を含む。図示の例によれば、排気部９はベースユニット２に取り付けられている。ただし排気部を、その代わりに例えば、少なくとも１つのツールヘッドにおいて具現化することができる。排気部は、ガス供給装置（図示せず）に接続されている。このことは例えば実際の運用においては、排気部９を、ポンプ、アキュムレータおよびデジタルまたはアナログで制御される圧力レギュレータを含むガス供給装置に接続することによって達成される。デジタルで制御され監視されるポンプを用いた場合、ポンプの使用量を、特定のバイオプリントのために使用されるべき空気量に適合させることができる。これによってポンプの使用を減らすことができる。さらにこれによって、いっそう静かな動作が達成される、という利点が得られる。
【００９７】
１つの例によれば、ガス供給装置は３Ｄバイオプリンタ１”内に収容されている。ユーザは、空気などの加圧ガスを供給する必要がない。これによって、３Ｄバイオプリンタ装置をいっそう持ち運びやすく簡単に使うことができるようになる。
【００９８】
３Ｄバイオプリンタ１”はさらに、排気部を制御するように構成された制御または処理要素を含む。この場合、ベースユニット処理要素を、特定のプリントに関連付けられた必要条件または要求に基づき、供給装置を制御するように適合させることができる。したがって制御または処理要素は、手動で入力する必要なく、状況に合わせて排気ガスの使用を適合させるように構成されている。制御または処理要素を、周囲温度および／または周囲湿度および／または押し出し材料温度および／または押し出し材料粘度および／または押し出し材料の他の特性に関するデータなど、センサデータにも基づいて、排気部を制御するように構成することができる。
【００９９】
図示の例によれば、ベースユニット処理要素７は、ベースユニットのところに配置されている。このようにすればベースユニット処理要素を、排気部９を制御するように構成することができる。ただし、排気部を制御する制御または処理要素を、制御のための通信があるかぎり、いかなる場所にも形成することができる。例えば制御または処理要素を、ツールヘッド処理要素のところで少なくとも部分的に作動させることができる。
【０１００】
図示の例の場合、ベースユニット処理要素７および／または設けられているならば１つまたは複数のツールヘッド処理要素はさらに、少なくとも１つのツールヘッドの動作を制御するように構成されている。この図に関連して開示されている３Ｄバイオプリンタ１”は、図１、図２、図３および図４に関連して開示されている付加的な特徴のうちの１つまたは複数を有することができる。
【０１０１】
適用例−細胞蓄積バイオインクをバイオプリンティングして耳状の格子ストラクチャを形成する
ＭＲＩスキャンから再構成された人間の耳の３Ｄモデルを、バイオプリンティング実験のために使用した。耳のモデルのＳＴＬ（STereoLithographyステレオリソグラフィ）ファイルを、スライシングソフトウェアＳｌｉｃ３ｒにおいて処理した。最初に、このモデルをオリジナルサイズの３５％にスケーリングし、耳のモデルの理論上の気孔率を５０％に設定し、３Ｄバイオプリンタ用のＧコードファイルを生成した。２つの異なるバイオインクおよび細胞型を同時に使用して、複雑な３Ｄストラクチャを構築するために、このバイオプリンタは、２系統の空気圧駆動型押し出し機を装備している。さらにこのバイオプリンタは、光硬化性のバイオインクを架橋させるために、ＵＶ硬化システム（例えば３６５ｎｍおよび４０５ｎｍの波長）も搭載している。軟骨細胞を付着させたＮＦＣ−Ａヒドロゲル構造物を、空気圧駆動式押し出し機を用いて、人間の耳の形状にバイオプリンティングした。バイオプリンティング後、細胞蓄積ヒドロゲル構造物をただちに、１００ｍＭのＣａＣｌ２水溶液によって１０分間にわたり架橋させ、その後、洗浄し、標準培地条件（３７℃、５％のＣＯ２、および９５％の相対湿度）の培地において培養した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2020503881.tif 000009