(57)【要約】  生体材料から３Ｄ構造を作製するシステム及び方法が提供される。前記システムは、上部アームと、肘関節によって上部アームに接続される下部アームとを備える、デュアルアームアセンブリを有するプリンタアセンブリを備える。使い捨て式障壁は、外部環境及び前記プリンタアセンブリの構成要素に対して、印刷面を封止する。前記上部アーム及び下部アームは、前記障壁の入口に挿通されて、前記印刷面から隔絶される。前記下部アームには押出システムが設けられ、前記押出システムは、生体材料を前記印刷面に堆積するアクチュエータ駆動式注入器を備える。前記生体材料は前記印刷面に堆積され、３Ｄ製作が無菌環境で行われる。【選択図】図１Ｆ
2020523216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリンタハウジングに接続されたアームアセンブリと；
前記アームアセンブリに接続された堆積先端部が、印刷面の上方で材料を堆積するように構成された印刷面と；
前記印刷面を囲む障壁であって、前記印刷面を前記アームアセンブリから隔絶するように構成される前記障壁と
を備えるプリンタシステム。
【請求項２】
前記堆積先端部と連通する弁をさらに備え、
前記弁は、通路を介する前記堆積先端部への生体材料の移動を許可するように構成されている、
請求項１に記載のプリンタシステム。
【請求項３】
前記障壁は、複数の取付点において、前記プリンタハウジングに接続するように構成された使い捨て式スリーブを備える、
請求項１に記載のプリンタシステム。
【請求項４】
前記障壁は、複数のポートを備え、
前記複数のポートの少なくとも１つは、生体材料が前記堆積先端部に流れるように、前記堆積先端部と連通する通路への前記生体材料の進入を許可し、
前記複数のポートの少なくとも１つは、前記障壁の内部に無菌空気の導入を許可する
請求項１に記載のプリンタシステム。
【請求項５】
前記障壁に形成された入口をさらに備え、
前記入口は、少なくとも前記堆積先端部を受けるように構成され、
前記印刷面は、使い捨て式の印刷ベッドの上部に配置される
請求項１に記載のプリンタシステム。
【請求項６】
前記印刷面が台上に形成され、前記台は、
スカート部分と；
前記台の高さを調整するように構成されたモータと
を備える、請求項１に記載のプリンタシステム。
【請求項７】
注入器をさらに備え、前記弁が前記注入器の第１側部において、前記注入器に取り付けられており、
前記弁は、前記堆積先端部と前記注入器との間に配置される
請求項２に記載のプリンタシステム。
【請求項８】
前記弁の位置は、前記障壁を貫通することなく調整可能である
請求項２に記載のプリンタシステム。
【請求項９】
１つ以上の構造を作製するプリンタアセンブリを備える印刷システムを使用する方法であって、
使い捨て式障壁を前記プリンタアセンブリに取り付けることと；
印刷面に堆積する生体材料を用意することと；
前記プリンタアセンブリに連結された堆積先端部に、前記生体材料を供給することと；
前記堆積先端部によって、前記生体材料を前記印刷面に堆積すること
を含み、
ここで前記印刷面は、前記使い捨て式障壁の内部に封止される、方法。
【請求項１０】
前記使い捨て式障壁を貫通することなく、前記使い捨て式障壁の内部に配置された弁を開くこと、をさらに含む、
請求項９に記載の印刷システムを使用する方法。
【請求項１１】
前記印刷面に堆積する生体材料を用意することが、前記使い捨て式障壁が前記プリンタアセンブリに取り付けられた後に、実施されることであり、
前記使い捨て式障壁は、１つ以上の取付点において、前記プリンタアセンブリに取り付けられる、
請求項９に記載の印刷システムを使用する方法。
【請求項１２】
前記使い捨て式障壁を大気圧に加圧することと；
前記印刷面への印刷中に、前記使い捨て式障壁の内部に前記大気圧に維持すること
をさらに含む、請求項９に記載の印刷システムを使用する方法。
【請求項１３】
押出機の一端に前記堆積先端部を取り付けることであって、前記押出機にはプランジャが設けられている；及び
アクチュエータを作動して前記プランジャを駆動し、前記生体材料を前記堆積先端部に送ること
をさらに含む、請求項９に記載の印刷システムを使用する方法。
【請求項１４】
前記プリンタアセンブリを前記使い捨て式障壁の内部に封止することと；
前記印刷面への前記生体材料の堆積後、前記印刷面から前記堆積した生体材料を取り除くことと；
前記堆積した材料の取り除いた後、前記使い捨て式障壁及び前記堆積先端部を取り除くこと
をさらに含む、請求項９に記載の印刷システムを使用する方法。
【請求項１５】
第１モータによって駆動されるように構成された第１アームと、第２モータによって駆動されるように構成された第２アームと、印刷面に材料を堆積するように構成された堆積先端部を含む押出システムとを備えるアームアセンブリと；
前記第１モータ又は前記第２モータの少なくとも一方が、カプラーを介して回転するように構成された主ネジと；
前記主ネジに沿って移動し、前記第１アームと連通したリンク機構を回転するように構成された主スクリューナットと、
を備えるプリンタシステムであって、
ここで少なくとも前記第１モータ、前記第２モータ、前記主ネジ及び前記主スクリューナットが、外部環境から隔絶されるように収容されている、プリンタシステム。
【請求項１６】
前記第１アームは、第１軸の周囲を回転するように構成された上部アームであり、
前記第２アームは、第２軸の周囲を回転するように構成された下部アームであり、
前記リンク機構は、前記下部アームを前記上部アームに接続する
請求項１５に記載のプリンタシステム。
【請求項１７】
前記押出システムは、
生体材料を前記堆積先端部に送るように構成された注入器と；
アクチュエータを係合するように構成されたプランジャと
をさらに備え、
前記主ネジは、少なくとも第１プーリによって回転し、前記アクチュエータを前記下部アームの内外に移動するように構成された
請求項１５に記載のプリンタシステム。
【請求項１８】
前記堆積先端部を前記アームアセンブリ、主ネジ及び主スクリューナットから離す障壁をさらに備える
請求項１５に記載のプリンタシステム。
【請求項１９】
前記印刷面が上昇した台に設けられ、前記上昇した台の高さは調整可能であり、
前記上昇した台はシャーシに搭載され、前記印刷面と前記シャーシとの間のスカート部分は、伸びる又は縮むように、かつ、前記印刷面を前記シャーシから離すように構成され、前記シャーシはハウジングに収容されている
請求項１５に記載のプリンタシステム。
【請求項２０】
前記印刷面の下方に少なくとも１つのプーリが配置され、前記プーリはネジを回転して、前記上昇した台に取り付けられる駆動ブロックに挿通される、請求項１９に記載のプリンタシステム。
【請求項２１】
接触アセンブリであって、弾性部材に配置されたパッドと、少なくとも２つの接触部とを備え、ここで前記パッドへの圧力の検出に応じて、前記少なくとも２つの接触部の間に回路が確立される、接触アセンブリと；
前記台を支持するように構成された複数のガイドピンと；
前記複数のガイドピンのうち、それぞれのガイドピンを収容する複数のブッシュと
をさらに備える、請求項１５に記載のプリンタシステム。
【請求項２２】
容器への材料の進入を制御するように構成された弁に前記容器を取り付けることと；
前記容器に堆積先端部を取り付けることと；
前記弁及び堆積先端部と組み立てられた前記容器を保持具の内部に固定することと；
前記保持具及び印刷プラットフォームを使い捨て式障壁内に配置すること
を含む、無菌プリンタの組み立て方法。
【請求項２３】
前記堆積先端部と連通する前記容器が前記使い捨て式障壁に挿通された後に、前記使い捨て式障壁の蓋を閉塞すること、
をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記使い捨て式障壁をプリンタシャーシの上に設置すること
をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記印刷プラットフォームを前記プリンタシャーシ上に整列することと；
前記使い捨て式障壁を膨張すること、
をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年５月２５日に出願された、米国特許仮出願第６２／５１１２９２号明細書からの優先権を主張し、その内容を参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本技術は、概して、生体材料を印刷する印刷システムと、かかるシステムを介する印刷方法に関する。具体的には、本技術は、生体材料の３Ｄ構造を作製する、コラーゲン含有３Ｄ印刷バイオゲル等の生体材料の印刷システム及び印刷方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
３Ｄ印刷技術の多くは、例えば、組織工学では用いられない各種の無機物又は有機物の印刷に適用される。組織工学の実施にあたっては、無菌状態での構造作製が重要である。例えば、添加剤製造システム等の既存の３Ｄ製造システムは、効果的な無菌清浄が不可能な部品を有する。また、既存の印刷システムは、長期に及ぶ設定時間を要し、印刷構成に亘って複雑な動きを有する機械的アセンブリにより、効果的な無菌清浄の妨げになるだけでなく、プリンタ性能を抑制する形態を有する。
【０００４】
本技術はこれら及び他の欠陥を解決する。
【発明の概要】
【０００５】
少なくとも一実施形態において、プリンタシステムは、プリンタハウジングに接続されたアームアセンブリと、前記アームアセンブリに接続された堆積先端部が、印刷面の上方で材料を堆積するように構成された印刷面と、前記印刷面を囲む障壁であって、前記印刷面を前記アームアセンブリから隔絶するように構成された前記障壁とを備える。さらに、少なくとも一実施形態において、確実なレベルの無菌性が達成される。また、前記プリンタシステムは、容易に洗浄され得る１つ以上の構成要素を備え、これによって交差汚染のリスクをさらに軽減する。
【０００６】
別の実施形態において、１つ以上の構造を作製するプリンタアセンブリを備える印刷システムを使用する方法は、使い捨て式障壁を前記プリンタアセンブリに取り付けることと、印刷面に堆積する生体材料を用意することと、前記プリンタアセンブリに連結された堆積先端部に、前記生体材料を供給することと、前記堆積先端部によって、前記生体材料を前記印刷面に堆積することを含み、ここで前記印刷面は、前記使い捨て式障壁の内部に封止される。
【０００７】
さらに別の実施形態において、プリンタシステムは、第１モータによって駆動されるように構成された第１アームと、第２モータによって駆動されるように構成された第２アームと、印刷面に材料を堆積するように構成された堆積先端部を含む押出システムとを備えるアームアセンブリと；前記第１モータ又は前記第２モータの少なくとも一方が、カプラーを介して回転するように構成された主ネジと；前記主ネジに沿って移動し、前記第１アームと連通したリンク機構を回転するように構成された主スクリューナットとを備え、ここで少なくとも前記第１モータ、前記第２モータ、前記主ネジ及び前記主スクリューナットが、外部環境から隔絶されるように収容されている。
【０００８】
さらに少なくとも１つの実施形態において、無菌プリンタの組み立て方法は、容器への材料の進入を制御するように構成された弁に前記容器を取り付けることと、前記容器に堆積先端部を取り付けることと、前記弁及び堆積先端部が組み立てられた前記容器を保持具の内部に固定することと、前記保持具及び印刷プラットフォームを使い捨て式障壁内に配置することとを含む。
【０００９】
図面の簡単な説明
１つ以上の実施形態の詳細は、添付の図面及び以下の説明に記載される。本開示のその他の特徴、態様及び利点は、説明、図面及び特許請求の範囲によって明らかになる。図面において、同様の符号が複数の図面に亘って同様の構成要素示すのに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】図１Ａは、一実施形態に係るシステムの斜視図である。
【００１１】
【図１Ｂ】図１Ｂは、一実施形態に係るシステムの上面図である。
【００１２】
【図１Ｃ】図１Ｃは、一実施形態に係るシステムの前面図である。
【００１３】
【図１Ｄ】図１Ｄは、一実施形態に係るシステムの側面図である。
【００１４】
【図１Ｅ】図１Ｅは、一実施形態に係るシステムの側面図である。
【００１５】
【図１Ｆ】図１Ｆは、図１Ｅに示す前記システムの斜視図である。
【００１６】
【図２Ａ】図２Ａは、一実施形態に係る、モータアセンブリ及び台を備えるシステムの一部分の側面斜視図である。
【００１７】
【図２Ｂ】図２Ｂは、一実施形態に係る、モータアセンブリ及び台を備えるシステムの一部分の前面斜視図である。
【００１８】
【図２Ｃ】図２Ｃは、一実施形態に係る、モータアセンブリ及び台を備えるシステムの一部分の断面図である。
【００１９】
【図２Ｄ】図２Ｄは、一実施形態に係る、モータアセンブリ及び台を備えるシステムの断面図である。
【００２０】
【図３Ａ】図３Ａは、一実施形態に係るシステムの一部分の上面図である。
【００２１】
【図３Ｂ】図３Ｂは、一実施形態に係るシステムの一部分の上面断面図である。
【００２２】
【図３Ｃ】図３Ｃは、一実施形態に係る、押出システムを備えるシステムの断面図である。
【００２３】
【図４Ａ】図４Ａは、一実施形態に係るシステムの一部分の露出図である。
【００２４】
【図４Ｂ】図４Ｂは、他の実施形態に係るシステムの一部分の露出図である。
【００２５】
【図４Ｃ】図４Ｃは、一実施形態に係る、複数の可動アームを備えるシステムの一部分の側面図である。
【００２６】
【図５Ａ】図５Ａは、一実施形態に係る、モータアームアセンブリの第１斜視図である。
【００２７】
【図５Ｂ】図５Ｂは、一実施形態に係る、モータアームアセンブリの第２斜視図である。
【００２８】
【図５Ｃ】図５Ｃは、一実施形態に係る、モータ駆動アセンブリを備えるシステムの一部分の第１露出図である。
【００２９】
【図５Ｄ】図５Ｄは、一実施形態に係る、モータ駆動アセンブリを備えるシステムの一部分の第２露出図である。
【００３０】
【図５Ｅ】図５Ｅは、一実施形態に係る下部アームモータ駆動の断面図である。
【００３１】
【図５Ｆ】図５Ｆは、一実施形態に係る、モータ駆動アセンブリを備えるシステムの一部分の斜視図である。
【００３２】
【図６Ａ】図６Ａは、一実施形態に係る、使い捨て式障壁を備えるシステムの一部分の斜視図である。
【００３３】
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに示す前記システムの一部分の詳細図である。
【００３４】
【図６Ｃ】図６Ｃは、一実施形態に係る、使い捨て式障壁を備えるシステムの一部分の上面図である。
【００３５】
【図６Ｄ】図６Ｄは、一実施形態に係る、使い捨て式障壁を備えるシステムの一部分の側面図である。
【００３６】
【図７】図７は、一実施形態に係る、印刷方法を説明するフロー図である。
【００３７】
幾つか又は全ての図面は、説明のための概略図であることが認められる。これら図面は、１つ以上の実施形態を説明するために設けられるが、特許請求の範囲を限定するために用いられるわけではないことを明確に理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、様々な実施形態について説明する。なお、特定の実施形態が、網羅的な説明又は本明細書にて論じられる広範な態様の限定を意図するものではない。特定の実施形態に関連して記載される一態様は、必ずしもその実施形態に限定されるものではなく、その他の実施形態にて実施され得る。
【００３９】
以下の用語は、本明細書全体に亘って用いられ、以下のように定義される。
【００４０】
本明細書及び特許請求の範囲で用いられるように、要素を説明する文脈において（特に、以下の特許請求の範囲の文脈において）、「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」等の単数冠詞並びに同様の指示対称は、本明細書にて別段の指示がない限り、又は文脈と明らかに矛盾する場合を除いて、単数形及び複数形をともに含むものと解釈される。本明細書における数値範囲の詳細な説明は、別段の指示がない限り、前記範囲内の各別個の値を個別に参照するための簡易な方法としての役割を果たすことだけを目的としており、各別個の値は、ここで詳細に記載されるが如く本明細書に援用される。本明細書に記載される全ての方法は、別段の指示がない限り、又は文脈と明らかに矛盾する場合を除いて、任意の適切な順番で実行可能である。本明細書に設けられる何れか又は全ての例又は例示的な表現（例えば、「〜などの」）は、単に、実施形態を良好に説明する意図で使用され、特に明記しない限り、特許請求の範囲を限定するものではない。本明細書中の何れの表現も、何れの非請求の要素が必須であることを示すと解釈してはならない。
【００４１】
本明細書にて詳しく説明する実施形態は、ここに具体的に開示されない１つ又は複数の要素や、１つ又は複数の限定事項が存在しない場合であっても、適切に実施されてよい。したがって、例えば、「備える（含む）（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「設ける（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」等の用語は広義に読み取るべきであり、限定されるものではない。また、本明細書にて用いられる用語及び表現は、説明のための用語として使用され、説明を限定するものではなく、かかる用語及び表現の使用において、図示又は説明した特徴の同等物又はそれらの一部分の除外を意図するものでなく、主張する技術範囲内において様々な変更が可能であることが認められる。また、「本質的に〜から成る」という語句は、詳細に説明されたそれら要素と、主張する技術の基本的かつ新規の特徴に著しく影響を及ぼすことのない、それら追加要素とを含むよう理解される。「〜から成る」という語句は、説明されない何れの要素も含まない。「〜を備える（含む）」という表現は、「〜を備える（含む）が、これに限定されない」を意味する。したがって、記載のない物質、添加剤、担体又は工程が存在してもよい。別段の定めがある場合を除き、「１つ」は、１つ以上を意味する。
【００４２】
別段の指示がない限り、明細書及び特許請求の範囲で用いられる、特性、パラメータ、条件等の量を表現する全ての数は、如何なる場合も、「約」という用語によって変更されると理解されたい。したがって、矛盾しない程度において、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載の数値パラメータは、近似値である。何れの数値パラメータも、報告される有効数値を考慮し、一般的な丸め技術を適用することによって、少なくとも解釈されるべきである。「約」という用語が、例えば、範囲を含む温度、時間、量及び濃度等の数字表示の前に用いられる場合、（＋）又は（―）１０％、５％又は１％の範囲で変動し得る近似値を示す。
【００４３】
当業者によって理解されるように、如何なる全ての目的、特に書面の説明を提供することに関して、本明細書にて開示する全範囲はまた、如何なる全ての考えられる部分範囲及びそれら部分範囲の組み合わせを包含する。列挙される如何なる範囲は、少なくとも等分、三等分、四等分、五等分、十等分等に分けられる同一の範囲を充分に説明し、また可能にすることを容易に認めることができる。非限定の例として、本明細書で論じる各範囲は、容易に下部３分の１、中部３分の１及び上部３分の１等に容易に分けることができる。また、当業者が理解するように、「以下の」、「少なくとも」、「〜より大きい」及び「未満の」等の全ての言葉には、説明した数値が含まれ、次いで、上記で論じた部分範囲に分割可能な範囲を参照する。そして、当業者が理解するように、範囲にはそれぞれ個別の部材が含まれる。
【００４４】
幾つかの実施形態において、用語「ゲル（ｇｅｌ）」は、非ニュートン流体及びビンガム塑性体を含むが、これに限定されない。
【００４５】
本明細書において、用語「粘度（ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）」とは、材料のせん断応力又は引張応力による緩やかな変形に対する抵抗をいう。
【００４６】
本明細書において、用語「せん断応力(shear stress)」又は「ずり減粘(shear-thinning)」とは、流動性又は非流動性の挙動及び流れに関連する材料のレオロジー的粘弾性特性をいう。せん断応力及びずり減粘には、粘着性材料のビンガム流動、塑性流動、擬似塑性、ダイラタンシー、チキソトロピー、レオペクシー等又は他の応力、及び／並びにひずみ特性に関する特性が含まれる。さらに、「ずり減粘」とは、増加傾向にあり（擬似塑性）、時間依存性（チキソトロピー性）であり、且つ降伏応力に関連する、見かけ粘度（せん断速度に対するせん断応力の割合）の低減をいい、流れの開始前に上回るべき応力として定義される（ビンガム塑性体及び汎用のビンガム塑性体）。Ｈａｒｒｉｓ，Ｊ．，＆Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ，Ｗ．Ｌ．，“Ｎｏｎ−Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ  Ｆｌｕｉｄ，”  ｐｐ．８５６−８５８  ｉｎ  Ｐａｒｋｅｒ、Ｓ．Ｐ．，ｅｄ．，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９９３を概して参照のこと。本技術における適当な粘度範囲には、静止状態の固体として１００００センチポアズ（ｃｐｓ）から約３００００センチポアズ、として３０００ｃｐｓから１００００ｃｐｓを含むがこれに限定されない。
【００４７】
本明細書において、用語「コラーゲン」とは、高い引張強度を有し、数多くの多細胞生物内に含まれている、結合組織の主要タンパク質をいう。
【００４８】
用語「生体材料」とは、天然源又は合成源由来の材料をいう。
【００４９】
用語「バイオインク」とは、生体材料由来のインクをいう。バイオインクにはヒドロゲルを含んでもよいが、これに限定されない。ヒドロゲルには、アルギン、アガロース、コラーゲン、キトサン、フィブリン、ヒアルロン酸、カラギーナン、ポリエチレン・オキシド、ポリプロピレン・オキシド、ポリエチレンオキシド−コ−ポリプロピレンオキシド、ヒドロキシプロピル・メチルセルロース、ポリ（プロプレン・エチレン・グリコールフマレート）、ポリ（エチレン・グリコール）−コ−ポリ（乳酸）、ポリ（ビニール・アルコール）、ＫＤＬＩ２オリゴペプチド、及びポリ（ｎ−イソプロピル・アクリルアミド）を含んでもよいが、これに限定されない。ヒドロゲルは、温度、ｐＨ、イオン強度、熱、光、又はカルシウム、マグネシウム、バリウム、コンドロイチン、硫酸塩及びトロンビン等の化学的架橋剤の追加を含むが、これに限定されない、環境変数の調整を通して、制御した架橋速度を有するのが好ましい。
【００５０】
コラーゲン系材料で形成されたバイオゲルよって、３Ｄ構造を作製してもよい。バイオゲル状組成物に用いられるコラーゲンの採取方法と、バイオゲル状組成物と、バイオゲル状組成物を用いた３Ｄ構造の作製方法と、３Ｄ印刷システムで用いられるバイオゲル状組成物の調合方法とは、２０１７年５月２５日出願のＰＣＴ番号ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０３４５８２及び代理人整理番号１１３０６６−０１０４の「３Ｄ  ＰＲＩＮＴＡＢＬＥ  ＢＩＯ  ＧＥＬ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＵＳＥ」に記載され、その内容は、背景情報及びこの出願にて定めた方法を参照することにより本明細書に援用される。
【００５１】
一態様において、生体材料を用いる印刷システムが本明細書に開示され、前記システムは、印刷面を封止する使い捨て式障壁と、複数の可動アームを備えるアセンブリとを備え、前記複数の可動アームは、押出システムを有するように構成された下部アームに連結された上部アームを備え、前記押出システムは、コラーゲン系生体材料を含むがこれに限定されない、生体材料を堆積させる注入器を備える。
【００５２】
一態様において、前記生体材料は、コラーゲン、中和剤及び細胞媒体を備えるバイオインクであってもよい。中和剤の例としては、例えば、弱酸を含む製剤が挙げられるが、これに限定されない。幾つかの実施形態において、前記細胞媒体は、表皮細胞、軟骨細胞及び軟骨を形成する他の細胞、マクロファージ、含脂肪細胞、真皮細胞、筋細胞、毛包、線維芽細胞、臓器細胞、骨芽細胞、骨細胞及び骨を形成する他の細胞、内皮細胞、粘膜細胞、胸膜細胞、外耳道細胞、鼓膜細胞、腹腔滲出細胞、シュワン細胞、角膜上皮細胞、歯肉上皮細胞、中枢神経系神経幹細胞又は気道上皮細胞を含むがこれに限定されない、生細胞を含んでもよい。
【００５３】
別の態様において、「単回使用」の障壁と、例えば、生体材料等の材料が堆積される、「単回使用」の印刷ベッドとを備えるプリンタアセンブリが本明細書に開示される。前記障壁及び／又は印刷ベッドは、使い捨て可能であり、少なくとも一実施形態において、汚染を回避するために単回使用の後に廃棄される。前記プリンタアセンブリは、前記使い捨て式障壁の腔部（入口）に挿入されることによって、前記使い捨て式障壁に被覆されるように構成された少なくとも１つの可動アームを含む、複数の可動アームを備える。
【００５４】
本明細書に開示のシステム及び方法では、材料を堆積させることによって、無菌状態で構造を作製できる。上述したように、典型的な添加剤製造システムは、効果的な無菌清浄が不可能な露出部品を有する。これに限定されない例として、かかる露出部品には、ベルト、プーリ、レール、軸受、主ネジ、モータ及び配線アセンブリが含まれてもよい。さらに、かかるシステムは、無菌清浄能力又は無菌処理について、例えば、米国食品医薬品局が定めた、製造管理及び品質管理に関する基準（ＧＭＰ）ガイドラインに準拠しない面を有しても良い。特に、かかるシステムは、密封不可能な滑り構成要素を有してもよい。さらに、印刷物とプリンタ自身との間には、障壁が設けられない。また、従来のプリンタは、長時間に及ぶ機械設定時間を要する数多くの構成要素を備え、これにより、生体材料を印刷用に調合した後の（例えば、コラーゲン、中和剤及び細胞媒体を混合した後の）印刷動作が遅延し得る。
【００５５】
それに対して、下記で説明するように、本開示の好ましい実施形態では、ＧＭＰガイドラインに準拠した無菌条件を実現し、可動印刷構成要素を保護障壁で被覆できる。少なくとも一実施形態において、前記プリンタシステムは、内部の空気が高性能（ＨＥＰＡ）フィルタを介して清浄される清浄フード内に設置されてもよい。少なくとも一実施形態において、前記清浄フードは、前記ＨＥＰＡフィルタを通して空気を清浄し、前記清浄空気の一部を下方に吹き込む。前記清浄空気は、下方に吹き込まれた空気の一部分が前記清浄フードに残留する一方で、別の一部分が前記清浄フードの前側開口部から排出されてもよいように、流れる。少なくとも一実施形態における前記印刷システムは、空気の層流を妨げることなく、前記清浄フード内に設けられてもよく、それにより無菌環境の悪化を回避する。少なくとも一実施形態において、清浄フードの代わりに、生物学的安全キャビネット（ＢＳＣ）を用いてもよい。
【００５６】
システム概要
図１Ａを参照し、一実施形態に係るシステムの斜視図を示す。前記システムは、ハウジング１０１と、生体材料が印刷先端部（堆積先端部）から堆積され得る、印刷ベッド又は台１１１とを備えるプリンタアセンブリであり、以下に詳細を説明する。台１１１の高さは、先端部高さ設定装置とも呼ばれてもよい先端部高さ機構１１０によって測定されてもよく、台１１１が堆積先端部に対してどこに位置するかを判定している。
【００５７】
図１Ｂは、一実施形態に係るシステムの上面図である。図１Ｂに示すように、上記台１１１は、上部アーム２２０と、下部アーム２３０とを備えるアームアセンブリである。上部アーム２２０及び下部アーム２３０は、上部アーム２２０に対する下部アーム２３０の動きを許可する肘関節２２１を含む、少なくとも１つの構成要素によって接続される。肘関節２２１は、異なる高さに位置し、同一平面状にない上部アーム２２０及び下部アーム２３０の間で旋回するように形成される。肘関節２２１によって、アーム２２０、２３０を折りたたむことができ、これによって運動範囲が広がる。
【００５８】
少なくとも一実施形態において、肘関節２２１は、下部アーム２３０を延ばし、台１１１上方の複数の位置を含む、複数の位置に配置可能なヒンジとして機能する。台１１１が、Ｚ軸に沿って移動するように構成された印刷ベッドである一方、上部アーム２２０及び下部アーム２３０は、Ｘ−Ｙ平面上を移動するように構成されている。幾つかの実施形態において、印刷ベッドは、例えば、ヒータ１０８によって温められる。少なくとも一実施形態において、台１１１は、円形又は楕円形の円盤から形成される。少なくとも一実施形態において、台１１１は、少なくとも三角状の部分と、半円状の部分とを備える。
【００５９】
図１Ｄは、一実施形態に係るシステムの側面図である。図１Ｄは、図１Ｂに示したものを含む構成要素を示す。特に、台１１１、下部アーム２３０及び上部アーム２２０は、段状又は千鳥状に配置されてもよい。すなわち、台１１１がハウジング１０１の水平方向における第１端の最も近傍に設けられ、ハウジング１０１の鉛直方向の底部の最も近傍に設けられてもよい。下部アーム２３０は、台１１１上方の中間位置に設けられてもよく、下部アーム２３０の少なくとも一端が、ハウジング１０１の第２端に比べて、水平方向で台１１１に近接するように位置してもよい。上部アーム２２０は、台１１１及び下部アーム２３０上方の位置に設けられてもよく、ハウジング１０１の第１端に比べて、水平方向においてハウジング１０１の第２端に近接して設けられてもよい。さらに、水平方向における上部アーム２２０とハウジング１０１の第２端との間において、上部アーム２２０の動きを規制する肩関節２１０が配置されてもよい。また、台１１１と下部アーム２３０との間において、プランジャ２４０を含む押出システム等の追加構成要素が配置されてもよい。プランジャ２４０には、以下に詳しく説明する、注入器２４５が設けられる。
【００６０】
図１Ｃは、一実施形態に係るシステムの前面図である。図１Ｃに示す実施形態において、上部アーム２２０、下部アーム２３０、肘関節２２１、先端部高さ設定装置１１０及び台１１１等の上述した構成要素を含むシステム構成要素は、障壁２８５に覆われ、障壁２８５の内部に封止され、外部環境から隔絶される。幾つかの実施形態において、障壁２８５の下部境界は、ハウジング１０１の一部分を囲む又はハウジング１０１を含むプリンタアセンブリを囲むように延びてもよい。幾つかの実施形態において、障壁２８５の下部境界は、ハウジング１０１の一部分の上面と一致してもよい。
【００６１】
直接的又は間接的に生体材料と接し得る構成要素と、かかる構成要素に近傍するか又は直接的若しくは間接的に接続される構成要素とが、障壁２８５に設けられることによって、外部環境から保護される。例えば、以下に詳細を説明する押出システムが、障壁２８５内に配置されてもよい。
【００６２】
図１Ｄ及び図１Ａ、１Ｂに示すシステムには、図１Ｃに示す障壁２８５が示されていない。しかしながら、幾つかの実施形態において、例えば、ハウジング１０１の最上面の上方に障壁２８５を設置し、障壁２８５の内部にプリンタアセンブリを包含するように、障壁２８５が設けられてもよいことを理解されたい。障壁２８５は、プリンタの使用後に交換される使い捨て式障壁であってもよい。例えば、所定数の３Ｄ構造を製作後、台１１１上の注入器の先端部からの所定量の生体材料の堆積後、若しくは所定長さの時間の経過後に、又は、代替的な要素若しくは上述したものを含むがこれに限定されない要素の組み合わせに基づいて、障壁２８５を交換してもよい。幾つかの実施形態において、障壁２８５は、生分解可能であってもよく、及び／又は再利用可能であってもよい。幾つかの実施形態において、障壁２８５は、単回使用後に廃棄されるが、例えば、清浄工程後に再利用されてもよい。したがって、障壁２８５は、障壁２８５の内部の被覆構成要素を外部環境から保護することができ、組織工学の実施を有し得る、３Ｄ生体材料の生成に繋がる無菌条件の創出を促進する。少なくとも一実施形態において、障壁２８５及びプリンタアセンブリの他の全てのポリマー成分が、ＵＳＰ  Ｃｌａｓｓ  ＶＩ及びＩＳＯ１０９９３基準に従う未使用プラスチック製であり、ガンマ線による滅菌に耐える。少なくとも一実施形態において、全ての材料（例えば、ポリマー及び非ポリマー材料）は、ＦＤＡに認可されている。少なくとも一実施形態において、障壁は、実質的に不浸透性であってもよい。障壁２８５は、障壁２８５の内容物を被覆するグローブ又はスリープとして形成されてもよい。
【００６３】
幾つかの実施形態において、障壁２８５は、先ず、構成要素を内部に設置した状態で封止され、その後、例えば、ガンマ線、加圧滅菌器、エチレンオキサイドガス、紫外線曝露、漂白剤等の滅菌作用を有する１つ以上の化学成分等を介して滅菌される。作製後、印刷後処理（例えば、定温放置）のために、印刷物が障壁２８５から取り除かれた後に、全ての品目を処分してもよい。コラーゲン、中和剤及び細胞媒体を含むインクを混合する前に、プリンタアームを障壁２８５と共に組み立ててもよい。少なくとも一実施形態において、混合前に実行される動作には、プリンタアセンブリの機械軸線の適切な位置合わせを行うための「誘導」と、障壁２８５の膨張と、プリンタアーム及びプリンタベッド上での障壁２８５の位置合わせと、障壁２８５のハウジングへの取り付けが含まれる。障壁２８５をハウジングに取り付けた後に、プリンタベッド上での３Ｄ構造の作製準備のため、プリンタベッド及び押出軸の位置合わせを行う。空の注入器を障壁内に配置し、栓の位置を調節することによって、印刷用の材料（例えば、生体材料）の流れを受ける。少なくとも一実施形態において、プリンタベッド及びプリンタアームの温度を均一化できる。具体的に、プリンタベッド１１１を印刷前に加熱する一方で、プリンタアームを冷却する。次に、生体材料を受けるために、以下で詳述するポートの準備を整える。
【００６４】
これによって、混合前にプリンタアセンブリが完全に組み立てられ得るので、インク混合後に組立工程を実施することによる時間ロスのリスクが軽減される。さらに、混合前にプリンタアセンブリが完成しているので、印刷面の熱平衡と注入器ハウジングの熱平衡とを実現できる。少なくとも一実施形態において、コラーゲン、細胞媒体及び中和剤は、追加の物理障壁を形成する使い捨て式筺体内に設けられてもよい。さらに、少なくとも一実施形態において、プリンタアセンブリは、複数のセンサを備えてもよく、複数のセンサには、１つ以上の（１）印刷ベッド又はプリンタアームの少なくとも一方に設けられ、システム温度を計測するサーミスタと、（２）障壁内の圧力を計測する圧力センサと、（３）印刷ベッド、プリンタアーム及び押出システムの何れか又は全ての変位を制限し、前述の何れか又は全ての構成要素を「誘導」することによって、所望位置にあることを保証する、例えばリミット・スイッチ等の、スイッチ及び／又は位置センサと、（４）システムの１つ以上のモータに関する閉ループフィードバックを提供する１つ以上のエンコーダと、（５）注入器の先端部及び栓の何れか又は両方の位置を検出し、正しい配列及び設置を確認するための複数の位置センサのうち、１つ以上が含まれる。さらに、少なくとも一実施形態において、冷却液の温度及び／又はレベルを測定する冷媒センサや、システム内部の気流を気流センサ等の追加のセンサが設けられてもよい。
【００６５】
少なくとも一実施形態において、生体材料は、本明細書の少なくとも一実施形態に係るプリンタアセンブリに提供された後、具体的には、注入器ハウジング２４１を制御温度に保つことによって、適切な温度に維持されてもよい。幾つかの実施形態において、生体材料は約−２０℃から約１５℃の温度に維持される。温度には、約−１５℃から約１０℃、約−１０℃から約１０℃、約−５℃から約１０℃、約０℃から約１０℃、約２℃から約８℃、約２℃から約６℃、約２℃から約５℃、約２℃から約４℃、約３℃から約６℃、約３℃から約５℃及びこれらの値の何れか２つの間又はこれらの値の何れか１つ未満の範囲が含まれてもよいが、これに限定されない。ある実施形態において、維持することには、約２℃、約３℃、約４℃、約５℃及び約６℃の温度と、これらの値の何れか２つの間又はこれらの値の何れか１つ未満の範囲を含んでもよいが、これに限定されない。一実施形態において、生体材料は約４℃の温度に維持される。少なくとも一つの好ましい実施形態において、冷却機構は、（１）熱電冷却システムと、（２）冷却された流体を伝熱ブロックに循環させるように構成された冷却回路との一方又は双方を備えてもよい。
【００６６】
図１Ｅは、ハウジング１０１の外周と一致する外周を有する、実質的に立方体又は直方体状の障壁２８５を示す側面図である。図１Ｅに示すように、障壁２８５は、入口部分ともいい、肩関節２１０、上部アーム２２０及び下部アーム２３０等のプリンタのアームアセンブリと、台１１１との間の障壁として作用する、入口２８９と共に設けられてもよい。これによって、上部アーム２２０及び下部アーム２３０等の典型的に配置又は交換されない構成要素が、台１１１上で作製される構造から隔絶される。共に、上部アーム２２０及び下部アーム２３０は、プリンタアセンブリのデュアルアームシステムを形成し、これによって注入器２４５の先端部の直線運動に変換される回転平面運動が可能になる。
【００６７】
図１Ｆは、図１Ｅに示す前記システムの斜視図であり、上部アーム２２０及び下部アーム２３０を被覆する入口２８９を含むことによって、アームアセンブリと注入器との間に障壁を設ける。例えば、上部アーム２２０及び下部アーム２３０のデュアルアームの動きが入口２８９内部で許可され、上部アーム２２０及び下部アーム２３０の動きの自由度が入口２８９によって抑制されることはない。したがって、入口２８９がプリンタアセンブリの動き又は押出能力を妨げることはない。さらに、入口２８９は、障壁２８５からの振動又は歪みを生じることなく、プリンタアセンブリを動作させることができる。入口２８９を備える障壁２８５は、印刷動作を実行するためにプリンタシステムが配置され得る、清浄フード内の空気の層流を妨害することもない。
【００６８】
シャーシ及び台
図２Ａは、一実施形態に係る、モータアセンブリ及び台を備えるシステムの一部分の側面斜視図である。図２Ａに示すように、台１１１は複数のガイドピン１１３の上方に上昇する。ガイドピン１１３は、構造支柱を設け、シャーシ１２０の上方に台１１１を上昇させる役目を果たす。さらに、ガイドピン１１３は、台１１１の回転を回避し、台１１１の高度及び鉛直方向の移動を維持する。少なくとも一実施形態において、ガイドピン１１３は、台１１１の回転を防ぎ、ベッド上の動きを直線状且つ水平に保つ。ガイドピン１１３は、ガイドピン１１３の周囲に同心円状に設けられたブッシュ１１４と共に配置されるように構成される。ブッシュ１１４は、シャーシ１２０に連結され、台１１１をシャーシ１２０に搭載する。さらに、中央のプラットフォーム２９４は、プラットフォーム２９４の裏面が台１１１の略中心に配置され、シャーシ１２０に連結される。中央のプラットフォーム２９４は、主ネジ１１６を収納する大きさの少なくとも１つの孔を備える。プラットフォーム２９４は、プーリ１１７を適所に保持する。モータ１０２は、駆動ベルト１１８に連結され、主ネジ１１６の駆動を達成することによって台１１１の高さを調整するように構成される。
【００６９】
図２Ｂは、一実施形態に係る、モータアセンブリ及び台を備えるシステムの一部分の前面斜視図である。図２Ｂに示すように、ハウジング１０１は、他の構成要素のうち、モータ１０２と、シャーシ１２０と、プラットフォーム２９４と、ブッシュ１１４と、ガイドピン１１３とを被覆する。図２Ａに示す構成要素に加えて、図２Ｂのシステムは、スカート１１２をさらに備える。スカート１１２は、蛇腹構造に形成されてもよく、台１１１の高さを調節するために、（例えば、スカート１１２の負荷に応じて、自身を折り畳む又は収縮させることによって）伸縮してもよい。スカート１１２は、清浄フード内部の無菌環境から前述の駆動構成要素をさらに隔絶する。さらに、スカート１１２は、台１１１とハウジング１０１との間に位置するように配置されてもよい。
【００７０】
図２Ｃは、一実施形態に係る、モータアセンブリ及び台を備えるシステムの一部分の断面図である。図２Ｃに示すように、スカート１１２は、スカート１１２の最縁部が台１１１の最縁部から外れるように構成されてもよい。スカート１１２は、複数の個別ひだを含んでもよい。さらに、スカート１１２のひだは、スカート１１２のひだの半径が台１１１の半径よりも大きく、スカート基部の半径よりも小さくなるように、ひだ自体よりも大径のスカート基部上方に着座してもよい。少なくとも一実施形態において、スカート１１２は、ポリマー、ゴム、シリコン、複合材料及び薄板金属を含むがこれに限定されない、１つ以上の柔軟な材料から成ってもよい。かかる例示的な柔軟な材料は、ＧＭＰ基準に従って無菌状態に清浄されてもよい。
【００７１】
図２Ｄは、一実施形態に係る、モータアセンブリ及び台を備えるシステムの断面図である。図２Ｃに示すように、ハウジング１０１は、例えば、図２Ｂにも示すように、水平方向においてシステムの第１端から第２端まで延びる。ハウジング１０１の第１端にモータ１０２が配置される。少なくとも一実施形態において、モータ１０２は、ブラシレスＤＣモータであるステップモータであってもよい。モータ１０２は、シャーシ１２０の上方に配置され、プーリ１１９に連結するよう構成される。ステップモータ１０２のプーリ１１９は、ベルト１１８の円周に沿う移動を支持するよう構成される。
【００７２】
図２Ｄを再び参照すると、ベルト１１８は、台１１１の移動制御に用いられる。特に、ベルト１１８は、第２プーリであって、主ネジ１１６を介して台１１１と連通している、プーリ１１７に連結される。主ネジ１１６は、シャーシ１２０に当接するように配置され、主ネジ１１６の下端において、軸受１１５（例えば、玉軸受）が主ネジ１１６の周囲に同心円状に配置されるように位置決めされる。主ネジ１１６の下端には、外側にネジ山が設けられてもよい。主ネジ１１６の下端と、主ネジ１１６の上端との間において、別の一組の軸受が、主ネジ１１６の左右両側に配置される。これらの軸受は、例えば、プーリ１１７の上面に当接するように置かれてもよい。さらに、主ネジ１１６の上端に、駆動ブロック１０６が置かれてもよい。駆動ブロック１０６の内側にはネジ山が設けられもよく、駆動ブロック１０６は、主ネジ１１６の回転運動を台１１の直線運動に変換する役目を果たす。軸受１１５は、主ネジ１１６の移動を規制する。軸受１１５は、主ネジ１１６及びプーリ１１７を保持するように構成されたプラットフォーム２９４の上下部分に配置された１つ以上の保持具１０７に設けられる。
【００７３】
図２Ｄを再び参照すると、ハウジング１０１の第２端において、ブッシュ１１４にはガイドピン１１３が設けられる。ブッシュ１１４は、ガイドピン１１３の基部の周囲に同心円状に配置される。ガイドピン１１３は、ブッシュ１１４から上方に突出しており、ブッシュ１１４の最上面上方に延びる。ガイドピン１１３は、ハウジング１０１の開口部を通過し、ハウジング１０１の面を越えて延び、台１１１に接触する。少なくとも一実施形態において、台１１１の下側には、ガイドピン１１３を受ける開口部が設けられてもよい。ガイドピン１１３の寸法は、ガイドピンの高さがスカート１１２の拡張時の高さよりも低くなるように設定される。
【００７４】
さらに、少なくとも一実施形態において、図２Ｄに示すように、台１１１の上面において、台１１１には１つ以上の吸着ポート２９２が設けられてもよい。例えば、各ポート２９２は、ホース２９３を受けるように構成された円筒状の孔であってもよい。ホース２９３は、ポート２９２近傍の台１１１の面に設けられた吸着板に嵌挿されてもよい。ホース２９３は、真空空間（負圧）を生成し、吸引により皿状部材又は別の要素を適所に保持するのに用いられてもよい。例えば、真空空間は、プラスチック、ガラス、金属、複合材料又はこれらの組み合わせ等で作製される印刷皿、シャーレ、組織培養皿、平坦材料又は容器を固定するように設置されてもよい。
【００７５】
さらに、少なくとも一実施形態において、上述したような皿状部材又は材料が、真空空間が無くとも台１１１に取り付けられてもよい。例えば、ある実施形態において、滅菌仮止接着剤を用いて、印刷皿、シャーレ又は組織培養皿等を印刷ベッドに取り付けてもよい。さらに別の実施形態において、静電気を用いて印刷皿を適所に保持してもよい。例えば、相反する静電気を台１１１と印刷皿とに印加することによって、印刷皿が適所に保持される。
【００７６】
また、少なくとも一実施形態において、主ネジ１１６とモータ１０２との間の台１１１の一部分において、台１１１の端部とスカート１１２との間に接触アセンブリが設けられてもよい。接触アセンブリは、バネ１０４の上方に配置されたパッド１０９を備える。バネ１０４は、Ｏリング等のシール部材１０３と、接触部１０５とが設けられた弾性部材である。パッド１０９は、例えば、パッド１０９の先端部２４７の負荷に応じて、注入器２４５の先端部２４７が押された際に、接触部１０５間の回路を完成させる「タッチオフ」パッド等の部材であってもよい。他の実施形態において、先端部２４７による接触を検出し、先端部２４７を「誘導」するパッド１０９の下方に、感圧式変換器を設けてもよい。かかるシステムは、先端部２４７が正しく位置決めされている、具体的には、先端部２４７の底部が、台１１１の上部に対して正しく位置決めされていることを確認してもよい。少なくとも一つの代替的な実施形態において、先端部２４７の高さを確認するために、プローブパッドが用いられない。むしろ、加圧下において、ベッド全体を指示された先端部高さ又は位置に移動してもよい。ベッド上の異なる点を確認することによって、水平面を描いてもよい。台１１１が傾斜する場合、（以下に詳述する）プリンタの制御装置を動作させる制御プログラムによって、この傾斜を補正できる。
【００７７】
さらに、少なくとも一実施形態において、システムは、堆積先端部２４７が印刷前に事前準備されているか否かを判定するよう構成される。特に、堆積先端部２４７が事前準備されているか否かを判定するために、ロードセルを用いてもよい。印刷ベッドに対する先端部２４７の高さを設定する際に用いられるのと同様の方法で、ロードセルをタッチオフすることによって、かかる判定を行ってもよい。具体的には、印刷材料（生体材料等）をロードセル上に堆積し、それによりロードセル自体に塊を置き、材料が先端部２４７に存在することを確認してもよい。
【００７８】
図２Ｄを再び参照すると、台１１１は、モータ１０２が配置されるハウジング１０１の一部分よりも低位置にあるハウジング１０１の一部分に位置する。このハウジング１０１の低位置部分の一部に沿って、スカート１１２がハウジング１０１と台１１１との間に設けられる。さらに、ヒータ１０８を設けてもよい。少なくとも一実施形態において、ヒータは、例えば、カートリッジヒータ、シリコンヒータ、セラミックヒータ又はカプトン（登録商標）（ポリイミド）ヒータ等であってもよい。ヒータは、印刷面を加熱し、印刷物の作製を促すための所望の条件を達成又は維持するように構成される。ある実施形態において、ヒータ１０８は、印刷ベッドを所望の温度範囲に維持するように構成される。ヒータ１０８は、例えば、生体材料のゲル化速度が最大になり得る温度に、印刷ベッドを維持するように構成されてもよい。温度範囲には、約２５℃から約３７℃、約２７℃から約３５℃、約３０℃から約３３℃及びこれらの値の何れか２つの間又はこれらの値の何れか１つ未満の範囲を含んでもよいが、これに限定されない。適切な温度範囲には、約２５℃、約２７℃、約３０℃、約３２℃、約３５℃、約３７℃及びこれらの値の何れか２つの間又はこれらの値の何れか１つ未満の範囲を含んでもよいが、これに限定されない。
【００７９】
押出システム
図３Ｃは、一実施形態に係る、押出システムを備えるシステムの断面図である。押出システムは、以下に記載する生体材料の流動方向を規制するための弁と共に、プランジャと、プランジャアクチュエータと、注入器の構成要素とを備える。押出システムには、下部アーム２３０が設けられる。図３Ｃに示すように、一組のプーリ２５７、２５８の他に、モータ２５５が設けられ、下部アーム２３０に接続された押出機の構成要素の移動を達成する。プーリ２５８は、モータ２５５とプーリ２５７との間に動力を伝達する、アクチュエータモータプーリである。プーリ２５７は、モータ２５５と主ネジ２４８との間に動力を伝達する、主ネジプーリである。モータ２５５によって駆動するベルトは、プーリ２５７、２５８を接続し、下部プーリ２５８は、外側にネジ山を有する主ネジ２４８を回転させる。モータ２５５は、（例えば、プログラム可能制御装置からの）信号に応じて主ネジ２４８を回転し、プランジャアクチュエータ２４９を介してプランジャ２４０を作動することによって、注入器２４５の移動を制御するように構成される。
【００８０】
押出システムは、プランジャ２４０と、生体材料を含み、生体材料を台１１１に堆積させるように構成された注入器２４５用の注入器ハウジング２４１と、弁２４２とを備える。注入器２４５は、ハウジング２４１に収まるプランジャ２４０を備える往復ポンプであってもよい。プランジャ２４０は、ハウジング２４１の内側に沿って行き戻りし、注入器が、ハウジング２４１の前（開口）端の吐出口を通じて生体材料を取り込み又は吐出可能にする。
【００８１】
システムの左下側に、注入器２４５の先端部２４７が位置決めされる。先端部２４７は、台１１１（図示せず）に生体材料を堆積するように構成される。先端部２４７は、適所に保持されてもよく、及び／又は先端部ロケータ２４６によって、所望の位置（例えば、台１１１上方の所定位置）に案内されてもよい。先端部ロケータ２４６は、先端部２４７の方向において、注入器ハウジング２４１から下方に突出するアームとして形成されてもよい。注入器ハウジング２４１は、主ネジ２４８の下方に配置される。
【００８２】
プランジャ２４０は、生体材料の注入後、カプラーを介してプランジャアクチュエータ２４９に噛合してもよい。アクチュエータ２４９は、Ｏリング２４３に隣接し、これに当接する。Ｏリング２４３は、振動を吸収する役目を果たし、内部プリンタ環境と無菌障壁環境との間のシールとして作用する。プランジャ２４０は、アクチュエータ２４９の下方に配置される。アクチュエータ２４９と、アクチュエータ２４９と注入器の間のカプラーとがアーム２２０、２３０に封止されない一方で、障壁２８５によって印刷物から隔絶される。さらに、先端部２４７と対向するプランジャ２４０の端部において、プランジャ２４０にはプランジャヘッド２４４が設けられる。プランジャヘッド２４４を押出機の軸に取り付けるために、カプラーが設けられる。
【００８３】
主ネジ２４８は、内部にネジ山を有するアクチュエータ２４９を駆動し、プランジャヘッド２４４に力を加える。したがって、主ネジ２４８とアクチュエータ２４９との間のネジ接続が確立される。このようにして、主ネジ２４８が回転することによって、プランジャアクチュエータ２４９が下部アーム２３０から入退出する。これによって、生体材料が弁２４２を通じて先端部２４７に送出されるように、プランジャ２４０が移動する。さらに、アクチュエータ２４９が注入器２４５を駆動して移動させるので、先端部２４７に集中する移動を達成させるための複数の構成要素が、注入器には設けられない。すなわち、押出システムは、注入器の軸線方向に分布する構成要素を備え、下部アーム２３０の端部に位置する塊を最小限に抑える。このシステムは、一端に先端部を有し、押出構成要素（例えば、先端部に積み重ねた複数の構成要素）を先端部に対して鉛直方向に配置した、鉛直押出ユニットとは対照的である。かかる鉛直システムは、典型的に、機械の回転軸から離れた箇所に塊の中心を延長することによって、システムの振動及び慣性を増加させる。
【００８４】
少なくとも一実施形態において、弁２４２は、液体（例えば、生体材料）の流れを規制して、先端部２４７への生体材料の流れを開始及び停止させる、三方活栓である。少なくとも一実施形態において、栓を手動で操作してもよい。さらに、１つ以上の位置センサと共に栓を使用し、印刷前に適切な配置を確認してもよい。
【００８５】
注入器２４５及びプランジャ２４０の一方又は双方を含むか、これを含まなくてもよい、様々な代替的な実施形態を実行してもよい。例えば、少なくとも一実施形態において、注入器２４５は、プランジャ２４０を設けることなく、流体（例えば、気体又は液体）によって加圧された生体材料を受けるように構成されてもよい。例えば、加圧流体（例えば、少なくとも一実施形態において、無菌空気又は非圧縮性緩衝媒体）が、堆積先端部２４７に近接する第２端とは反対側の、注入器２４５の第１端において、注入器２４５内に仕向けられてもよい。空圧が、注入器内部のピストンに反して作用し、これによって、ピストンは生体材料を下方に仕向け、堆積先端部２４７を通して生体材料を吐出する。少なくとも一実施形態において、注入器は、加圧流体が作用するエンドキャップに装着され、インクがノズルを介して吐出される。１つ以上の圧縮機ポンプを用いて、一定の速度又は変動する速度且つ閾値圧力を下回るように維持される圧力にて、流体を加圧してもよい。
【００８６】
さらに１つ以上の代替的な実施形態において、プリンタは１つ以上の注入器２４５を備える。例えば、少なくとも一実施形態において、上述した単一の注入器２４５同様に、２つ又は３つの注入器をアームに搭載してもよい。さらに、２つ以上の注入器２４５を互いに繋げてもよい。例えば、２つ以上の注入器２４５を接合し、共通の堆積先端部２４７から押し出してもよく、又は各注入器２４５がそれぞれ別個の先端部を有してもよい。さらに、主ネジ２４８のモータに、対応するプランジャ２４０を連結することによって、注入器が押し出されてもよい。また、ある実施形態において、１つ又は複数の注入器２４５が自身の主ネジモータによって押し出されてもよい。
【００８７】
さらにまた、少なくとも一実施形態において、好ましい押出機は、管又はホースを備えてもよく、注入器２４５を備えなくてもよい。少なくとも一実施形態において、管又はホースは、少なくとも障壁２８５外側の第１部分と、少なくとも障壁２８５内側の第２部分とに分割されてもよい。他の実施形態において、管又はホースは、連続する供給ラインであってもよい。例えば、管又はホースを１つ以上のグロメット、シールに及び／又はポート、例えば、障壁２８５の内部又は上部に設けられたポート３、９のポートに挿通してもよい。以下にさらに詳述するように、かかるポートは障壁２８５の外側から内部にかけて漏れが無いように連通する流体継手であってもよい。かかる実施形態において、管又はホースを加圧生体材料で満たし、直接的に加圧生体材料を堆積先端部２４７に供給する。管又はホースを通して堆積先端部に供給される生体材料は、リザーバから送出されてもよい。また、少なくとも一実施形態において、インクジェット材料の堆積物を用いて、基盤に生体材料を堆積してもよい。
【００８８】
さらに、少なくとも一実施形態において、弁２４２以外の弁又は弁２４２に追加された弁を、例えば、プランジャ２４０を有するように構成された注入器２４５と共に使用してもよく、及び／又はプランジャ２４０を有することなく、加圧生体材料を受けるように構成された注入器２４５と共に使用してもよく、及び／又は加圧生体材料で満たされた管もしくはホースと共に（注入器２４５を使用することなく）使用してもよい。かかる弁によって、堆積先端部２４７への生体材料の流れを制御できる。少なくとも一実施形態において、弁は、ピンチ弁、ボール弁、電磁弁、ダイヤフラム弁及びニードル弁のうちの何れか１つ又は複数であってもよい。
【００８９】
ある実施形態は、堆積が正しく行われたか、現在行われているかを検証する機構を含む。例えば、少なくとも一実施形態において、材料が堆積先端部２４７から意図する位置に堆積されたことを即時に検証してもよい。少なくとも一実施形態において、例えば、探り針、レーザ、ソナー信号、超音波信号、ステレオカメラ、及びＬＩＤＡＲの何れか１つ又は複数の検証装置を用いて検証してもよい。特に、シングルポイントレーザ、ラインレーザ、２Ｄレーザアレイ等のレーザを用いて、意図した方法で堆積が行われたか又は行われているか否かを判定してもよい。検証装置によって、先端部２４７からの材料の堆積によって形成された物の三次元走査が実行されてもよい。例えば、検証装置はラインレーザであってもよく、ラインレーザは、物体表面（例えば、三次元印刷物）の輪郭の検出及び測定するように構成される。
【００９０】
図示するが、これに限定されないものとして、例えば、検証装置は探り針であり、探り針にはプリンタと同一の駆動機構を採用してもよい。少なくとも一実施形態において、以下に詳述するアームアセンブリの下部アーム２３０に、検証装置を搭載してもよい。例えば、堆積中又は堆積直後に、検証を行ってもよい。無作為に検証を行い、意図する１つ以上の箇所において、堆積が一貫して行われているか否かを評価してもよい。
【００９１】
上部及び下部アームを備えるアームアセンブリ
図３Ａは、一実施形態に係るシステムの一部分の上面図である。図３Ａに示すように、肩関節２１０は上部アーム２２０と整列する。上部アーム２２０は、下部アーム２３０と同一の軸線方向に配置され、上方から見ると直線状に見える。図３Ｂは、一実施形態に係るシステムの一部分の上面断面図である。図３Ａと共に、図３Ｂの断面図において、上部アーム２２０及び下部アーム２３０は、直線状に整列する。上部アーム２２０は、肩関節２１０を中心に自由に回転する。下部アーム２３０及び肘関節２２１は、上部アーム２２０から自由に回転する。肩関節２１０の内部において、スプライン１８２が上部アーム２２０に設けられる。スプラインは、上部アーム２２０の裏面に設けられる。スプライン１８２は、上部アーム２２０のスプラインアームリンク機構と整合する。
【００９２】
上述したように、肘関節２２１は、上部アーム２２０と下部アーム２３０との間のヒンジ接続として設けられる一方、肩関節２１０が上部アーム２３０に設けられる。肘関節２２１は、肘関節軸２５２に設けられる。同様に、肩関節軸２６４が上部アーム２２０に配置され、肩関節２１０が肩関節軸２６４に位置決めされる。肩関節軸２６４は、タイミングベルトで繋がったプーリ２６１、２６９を回転する。肩関節軸２６４の反対側は、カラー２５１に係止された肘関節軸２５２である。カラー２５１は、下部アーム２３０に搭載され、肩関節軸２６４の回転運動を下部アーム２３０に伝達する、軸カラーである。肩関節軸２６４及び肘関節軸２５２は、後述するように、複数の玉軸受に対して自由に回転するように構成され、後述するように、複数のスラスト軸によって受軸方向に保持される。
【００９３】
アクチュエータ２４９の上方において、カラー２５１は、肘関節軸２５２の周囲に設けられる。肘関節軸２５２には、肘関節軸２５２の上部に、肘軸プーリ２６９がさらに設けられる。スラスト軸受２５８は、肘軸プーリ２６９の上方に設けられ、スラスト軸受２５３、２５４は、カラー２５１の上方に設置される。玉軸受２６７は、肘関節軸２５２に対して同心円状になるように、肘関節軸２５２の軸線方向一端に位置する。肩関節軸２６４は、肩関節軸プーリ２６１の上下部分に配置された、玉軸受２６０、２６２を備える。スラスト軸受２６３は、肩関節プーリ２６１及び玉軸受２６２の上方に配置される。
【００９４】
図４Ａは、一実施形態に係るシステムの一部分の露出図である。図３Ａ、３Ｃに示すように、上部アーム２２０と下部アーム２３０とが、軸線方向に整列している。肩関節軸２６４が肩関節２１０を収容する一方、肘関節軸２５２は肘関節２２１を収容する。少なくとも１つの回転シールが軸２６４に取り付けられ、さらにプリンタアームの内部を無菌環境から隔絶する。少なくとも一実施形態において、上部アームには、少なくとも１つの格子部分が設けられてもよく、図４Ａに示すように、これによってハウジングの重量を軽減できる一方で、構造的剛性を実現する。少なくとも一実施形態において、上部アームは、図４Ｂに示すように、上部固体シェル２６６を有してもよい。シェル２２６は、例えば、上下の平滑面等の平滑面によって画成されてもよく、略非多孔質材料から形成されてもよい。軸２５２、２６４は、冷却液が注入器ハウジング２４１に流れるような１つ以上の導管を設ける、中空通路を形成し、これにより、注入器ハウジング２４１と冷却源（例えば、リザーバ）とが流体連通する。かかる冷却流体によって、熱電冷却によるシステム内の熱交換が促進される。例えば、上述したように、一実施形態において、生体材料は約４℃の温度に維持される。注入器ハウジング２４１をかかる温度に維持するため、軸２５２、２６４のうちの一つ又はそれ以上に液圧通路が設けられ、冷却液を注入器ハウジング２４１に送ってもよい。さらに、少なくとも一実施形態において、軸２５２、２６４は、電線を収容してもよく、電線は、軸が画成する中空空間に挿通され、例えば、モータ２８０、２９９に電線が送られる。
【００９５】
図４Ｃは、一実施形態に係る、複数の可動アームを備えるシステムの一部分の側面図である。上部アーム２２０及び下部アーム２３０は、障壁２８５の入口２８９に収容され、障壁２８５は、アーム２２０、２３０を保護する役目を果たす。下部アーム２３０の下方では、入口２８９の内部の位置において、注入器２４５が生体材料で満たされる。注入器２４５は、入口２８９に覆われる。例えば、プランジャ２４０等の注入器の他の構成要素も、入口２８９の内部に設けられる。さらに、少なくとも一実施形態において、障壁２８５は、例えば、取付タブ又はクリップ１１を介して、ハウジング１０１をシャーシ１２０に取り付ける。
【００９６】
少なくとも一実施形態において、アームアセンブリの遠位部分は、使い捨て式の鞘で覆われる。少なくとも一実施形態において、上部アーム２２０の一部分のみ、及び／又は下部アーム２３０の一部分のみ、及び／又は下部アーム２３０並びに／もしくは上部アーム２２０の一部分もしくは全体が、使い捨て式の鞘で覆われてもよい。これによって、使い捨て式の鞘が、アームアセンブリの１つ以上の部分又はアームアセンブリ全体を注入器から分離する。
【００９７】
モータ駆動及びアーム軸
図５Ａは、一実施形態に係る、モータアームアセンブリの第１斜視図である。モータアームアセンブリは、第１モータ２８０と、第２モータ２９９とを備える。第１モータ２８０は、第１リンク機構２８１を介して肩関節駆動軸２６４に連結される第１主ネジ２８２を含む、第１アセンブリに連結されて、下部アーム２３０の駆動を制御する。第２モータ２９９は、第２リンク機構２９７を介して肩関節軸２６４に連結される第２主ネジ２９６を含む、第２アセンブリに連結されて、上部アーム２２０の駆動を制御する。
【００９８】
図５Ｂは、一実施形態に係る、モータアームアセンブリの第２斜視図である。図５Ｂは、図５Ａの反対側の斜視図であり、アーム２２０、２３０を後側に示す。図５Ｂに示すように、第１及び第２アセンブリの構成は実質的に同様であり、それによって、特有の部品数が低減される。さらに、２つのモータ２８０、２９９を第１及び第２アセンブリに積み重ねることによって、僅かな専有面積でデュアルアーム・モーションシステムを実現してもよい。また、製作した構造物（印刷物）に亘る機械用アームの移動を最小限に抑えてもよい。さらに、ベルト１１８及びプーリ１１７、１１９、２５７、２５８、２６１、２６９を密封容器の内部に設けることによって、清浄フード内部に確立した無菌環境からさらに断絶し、無菌清浄を可能にする。少なくとも一実施形態において、全てのベルト、モータ、回路基板、センサ及び配線アセンブリが、障壁２８５に対して密閉及び封止される。これら構成要素のケーシングは、略平滑且つ非多孔であり、異物の進入を防ぐ。
【００９９】
図５Ｃは、一実施形態に係る、モータ駆動アセンブリを備えるシステムの一部分の第１露出図である。少なくとも一実施形態において、モータ駆動アセンブリは、略平滑且つ非多孔の１つ以上のケーシングを有する。特に、図５Ｃは、上部アーム２２０のモータ駆動構成要素を示す。図５Ｃにおいて、モータ２８０は、ピボット２８３の近傍に配置され、ピボット２８３は、１つ以上の実施形態に係る、ネジ山の無い軸ピボットであってもよい。ピボット２８３によって、モータは、モータ駆動ハウジング２８７及び主ネジ２８２のハウジングへの回転が可能である。モータ駆動ハウジング２８７の内部には、複数の構成要素が収容される。主スクリューナット２８６を設けてもよく、例えば、主スクリューナット２８６は、モータが主ネジ２８２を回転するにつれて、主ネジ２８２に沿って直線的に駆動する。主スクリューナット２８６は、周囲をリンク機構２８１、２９７が回転する、リンク機構軸に取り付けられてもよい。肘関節軸２５２は、モータ駆動ハウジング２８７と連通し、肘関節２２１の移動を制御してもよい。少なくとも１つの回転ブッシュが、軸２５２に取り付けられる。図５Ｄは、一実施形態に係る、モータ駆動アセンブリを備えるシステムの一部分の第２露出図である。図５Ｄに示すように、モータ駆動ハウジング２８７と下部アーム２３０との間に、第１リンク機構２８１を設けてもよい。
【０１００】
図５Ｅは、一実施形態に係る下部アームモータ駆動の断面図である。下部アーム２３０のモータ駆動アセンブリは、上述した上部アーム２２０のモータ駆動アセンブリと同様であってもよい。カプラーリード線２８４を配置して、モータ２９９を主ネジ２８２に連結してもよい。リンク機構スクリュー軸２８８は、例えば、スクリューナット２８６を介して、主ネジ２８２と連結するように構成される。リンク機構スクリュー軸２８８は、関節２１０に接続される肩関節軸２６４と連通する、第１リンク機構２８１に接続される。モータ２８０は、リンク機構スクリュー軸２８８の周囲を回転する。少なくとも一実施形態において、リンク機構は、肩関節２１０の軸線周りの弧状経路を移動するように構成される。
【０１０１】
図５Ｆは、一実施形態に係る、モータ駆動アセンブリを備えるシステムの一部分の斜視図である。図５Ｆに示すように、肩関節軸２６４は、第１リンク機構２８１と連通し、主ネジ２８２の回転運動に対応するように構成される。リンク機構２８１は、図５Ｄの上面図に示すように、リンク機構２８１の一端に爪部を備えてもよい。爪部の上部突起が主ネジ２８２の上方に取り付けられる一方、下部突起が主ネジ２８２の下方に取り付けられ、上下の爪が、主ネジとモータ駆動ハウジング２８７の下面との間に嵌め込まれるような寸法を、爪部が有してもよい。
【０１０２】
上述したように、主ネジ２８２、２９６には、リンク機構２８１、２９７が回転駆動するように、リンク機構２８１、２９７が設けられてもよい。これによって、ベルト駆動式のシステムに比べて、システム内のバックラッシュを最小限に押さえてもよい。さらに、ベルト駆動式のシステムよりも、ｘ−ｙ平面方向の加速度が高くてもよい。特に、主ネジが回転することによって、回転エネルギーを伝達する一方、ベルト駆動式のシステムは、複数のプーリ上のベルトの移動によって動力を伝達しているので、概して時間を要する。幾つかの実施形態において、システムは、少なくとも約５０，０００ｍｍ／ｓ２、約５０，０００ｍｍ／ｓ２から約６０，０００ｍｍ／ｓ２、約６０，０００ｍｍ／ｓ２から約７０，０００ｍｍ／ｓ２、約７０，０００ｍｍ／ｓ２から約８０，０００ｍｍ／ｓ２及びこれらの値の何れか２つの間又はこれらの値の何れか１つ未満の範囲の加速度を実現してもよい。その一方、従来のカーテシアン式ガントリシステムは、約３，０００ｍｍ／ｓ２から１５，０００ｍｍ／ｓ２まで加速してもよい。かかるシステムでは、生体材料の剪断減粘性のため、材料を円滑且つ均一に印刷するための充分な移動加速度に達することができない。１つ以上の実施形態において、上述したモータによる動力の出力と組み合わせて集合的にシステムを形成する、上述した構造の物理的配置によって加速度が向上する。
【０１０３】
１つ以上の実施形態において、上部アーム２２０と下部アーム２３０とを備える上述のアームアセンブリ及び／又は印刷ベッドもしくは台１１１に、代替的な駆動機構を用いてもよい。例えば、アームアセンブリ及び台１１１のそれぞれの駆動機構は、以下のうちの１つ以上を備えてもよく、これに限定されない。ケーブル駆動システム、波動駆動ギヤ、非係留式のリニアアクチュエータ、電磁式動作システム、ベルトプーリシステム、直動リンク機構、空圧アクチュエータ及び／もしくはモータ、液圧アクチュエータ及び／もしくはモータ、ラックピニオン駆動装置、並びにカムリンク機構を駆動するローブ軸。さらにまた、少なくとも一実施形態において、前述の駆動主ネジ２８２、２９６を設けることなく、リンク機構アーム２８１、２９７にモータを直接接続してもよい。さらに、少なくとも一実施形態において、上述したように、モータをベルトプーリシステム又はラックピニオンシステムによって駆動してもよい。台１１１の上昇若しくは降下及び／又はアームの移動を達成するのに、前述の駆動機構の１つ以上を用いてもよい。
【０１０４】
使い捨て構成要素
図６Ａは、一実施形態に係る、使い捨て式障壁を含むシステムの一部分の斜視図である。使い捨て式障壁２８５は、入口２８９を備え、上部アーム２２０及び下部アーム２３０を備えるプリンタアームアセンブリが、第１側１から入口２８９に挿通されるように、入口２８９が形成される。使い捨て式障壁２８５の下部周囲１０は、使い捨て式印刷プラットフォーム２が障壁２８５で囲まれるように、使い捨て式印刷プラットフォーム２を越えて延びる。幾つかの実施形態において、使い捨て式印刷プラットフォーム２は、上述の台１１１の上方に設けられてもよい。例えば、所定数の３Ｄ構造を製作する各印刷セッションの後に、障壁２８５を交換した際に、又はその他の時間に、使い捨て式印刷プラットフォームを交換してもよい。少なくとも一実施形態において、使い捨て式印刷プラットフォーム２は、台１１１を封止するように構成されてもよい。使い捨て式印刷プラットフォームは、台１１１より小さくてもよいが、複数の構造を使い捨て式印刷プラットフォームの上で作製するのに充分な大きさを有する。少なくとも一実施形態において、使い捨て式印刷プラットフォーム２は、円板状又は台１１１の形状に適合若しくは非適合の形状に形成される。使い捨て式印刷プラットフォーム２は、金属製、金属合金製、プラスチック製又はそれらの何れの組み合わせによる印刷ベッドを覆うプラスチック製の鞘を備えてもよい。少なくとも一実施形態において、使い捨て式印刷プラットフォーム２は、ステンレススチール及び／又はプラスチックを備える。取付タブ１１を角部に配置し、例えば、ハウジング１０１の印刷アセンブリのアンカー点に取り付けてもよい。
【０１０５】
図６Ｂは、図６Ａに示す前記システムの一部分の詳細図である。システムは、材料投入ポート３を弁２４２に接続するための通路４をさらに備える。少なくとも一実施形態において、通路４は中空管である。弁２４２は注入器２４５に連通し、弁２４２は、先端部２４７を介して押し出すように回転する。少なくとも一実施形態において、先端部２４７の少なくとも１つの側部は、先細り形状であってもよい。さらに、別の実施形態において、先端部２４７は、直線状の外形を有してもよく、この場合、先細り形状は設けられない。注入器２４５によって堆積する材料の特定の流体挙動を達成するために、先端部の構成を調整してもよい。
【０１０６】
図６Ｃは、一実施形態に係る、使い捨て式障壁を備えるシステムの一部分の上面図である。複数のポート３、９が設けられ、これらはルアーロックであってもよい。すなわち、障壁２８５又は内部の構成要素と、障壁２８５の外側とを漏れが無いように連通する流体継手である。例えば、ポート３を用いて、生体材料を注入器２４５に投入してもよい。さらなる例として、ポート９を用いて、３Ｄ構造の作製前に、無菌空気で障壁２８５を加圧してもよい。一実施形態において、障壁２８５を加圧して、約１から約７５ｐｓｉ、約１４から約７５ｐｓｉ、約２０から約７５ｐｓｉ、約１４から約６５ｐｓｉ、約１４から約５０ｐｓｉ、約１４から約４０ｐｓｉ、約１１から約２０ｐｓｉ、約１４から約１７ｐｓｉ又は約１１ｐｓｉ、約１２ｐｓｉ、１５ｐｓｉ若しくは約１７ｐｓｉを上回る値及びこれらの値の何れか２つの間又はこれらの値の何れか１つ未満の範囲に保ってもよい。特に、障壁２８５を加圧して、大気圧に保ってもよく、印刷期間（３Ｄ構造作製）中は、この気圧に保ってもよい。使い捨て式障壁２８５をかかる気圧に保つことによって、使い捨て式障壁２８５の構造を、例えば、立方体状に保つことができ、３Ｄ構造作製用の充分な隙間が障壁２８５の内部に設けられる。
【０１０７】
図６Ｄは、一実施形態に係る、使い捨て式障壁を備えるシステムの一部分の側面図である。図６Ｂに示すように、注入器先端部２４７近傍の障壁２８５の基部に、清浄機構７が設けられてもよい。清浄機構７は、ワイパー又はスキージーであってもよい。清浄機構７に接触し、それによって注入器先端部２４７が清浄されるように、先端部２４７を制御してもよい。例えば、先端部２４７を清浄機構７に接触させることによって、先端部２４７の残留材料を先端部２４７から清浄してもよい。清浄機構７を海綿状の材料で形成してもよく、例えば、障壁２８５を廃棄する際等、定期的に交換する。
【０１０８】
動作
図７は、一実施形態に係る、印刷方法を説明するフロー図である。具体的に、図７は、上述した１つ以上の実施形態のシステムを用いて３Ｄ構造を作製する工程７００を示す。本明細書に列挙する順序は例示であり、本開示は、図７に示した例示的な順序に限定されない。少なくとも一実施形態において、工程７００には、ステップ１０１において、プリンタシステムの１つ以上の構成要素の温度を調整することを含む。例えば、上述したように、アーム２２０、２３０を冷却し、印刷ベッドを加熱してもよい。工程７００には、ステップ７０２において、障壁２８５等の障壁を位置決めし、加圧することをさらに含む。例えば、障壁２８５の位置決めには、シャーシ１２０を覆うように障壁２８５を設置することと、取付タブ又はクリップ１１を設けて障壁２８５を適所に固定することとを含んでもよい。取付タブ又はクリップ１１の位置は、障壁２８５をプリンタアセンブリに接続する取付点である。少なくとも１つの好ましい実施形態において、取付タブ又はクリップ１１は、例えば、フック、留め金、磁石、真空装置、吸着カップ、ネジ及び締め具を備えてもよいが、これに限定されない。
【０１０９】
工程７００のステップ７０２を再び参照すると、例えば、１つ以上のポートを介して無菌空気を導入することによって、上述したように、障壁２８５を加圧してもよい。さらに、ステップ７０３において、上部アーム２２０、下部アーム２３０及びそれらの接続点並びに注入器２４５を備えるアームアセンブリを、入口２８９に位置決めしてもよい。先端部２４７は入口２８９に収容されず、障壁２８５内部の環境に曝される。さらに、ステップ７０４において、生体材料等の材料を混合し、ポート３を介して通路４に投入することで、注入器２４５に移動する。ステップ７０５において、弁２４２を開き、生体材料の通路が堆積先端部２４７に達するようにしてもよい。先端部２４７は、材料を使い捨て式印刷プラットフォーム２等の印刷ベッドに材料を堆積し、又は台１１１に直接材料を堆積してもよい。材料は、印刷ベッド上に連続層を形成して堆積し、これによって、ステップ７０６において、１つ以上の３Ｄ構造を形成する。例えば、アームアセンブリを操作して、印刷ベッド上の１つ以上の箇所に生体材料の初期層を形成し、続いて生体材料の後続層を形成してもよい。少なくとも一実施形態において、アームが障壁内を移動している間は、障壁は移動しない。作製後、ステップ７０７において、障壁を廃棄する。さらに、作製後に、プリンタシステム又はプリンタシステムの個別の構成要素を洗浄してもよい。
【０１１０】
少なくとも一実施形態において、無菌プリンタの組み立て方法は、注入器２４５等の容器を清浄することと、例えば、容器を栓等の弁２４２に取り付けることを含む。注入器２４５の一端、例えば、注入器２４５の第１端の第１側部において、弁２４２を注入器２４５に取り付けてもよい。弁２４２は、流れ方向を制御して、材料の容器への進入を許可する。次に、堆積先端部２４７を容器に取り付ける。例えば、注入器２４５の第１端の第２側部において、堆積先端部２４７を注入器２４５に取り付け、弁２４２及び堆積先端部２４７が、注入器２４５の一端において、反対側に設けられてもよい。このように、堆積先端部２４７、注入器２４５及び弁２４２を共に組み立ててもよい。
【０１１１】
堆積先端部２４７、注入器２４５及び弁２４２の組み立て後、組み立てた構成要素（堆積先端部２４７、注入器２４５及び弁２４２）を保持具に接続してもよい。保持具は、組み立てた構成要素を固定する。幾つかの実施形態において、保持具に沿った１つ以上の点において、組み立てた構成要素を保持具に留めてもよい。組み立てた構成要素を保持具に固定すると、保持具は、印刷プラットフォーム２と共に使い捨て式障壁２８５の内部に配置される。幾つかの好ましい実施形態において、使い捨て式障壁は、蓋によって閉じられる、少なくとも１つの孔に取り付けられた袋であってもよい。例えば、蓋を袋に取り付ける又は袋から取り外すことによって、蓋を取り外してもよく、又は袋に固定してもよい。かかる実施形態における孔は、先端部２４７、注入器２４５及び弁２４２が固定される保持具と、印刷プラットフォーム２とを少なくとも受ける寸法を有する。保持具及び印刷プラットフォーム２が障壁２８５に挿通されると、障壁２８５の蓋が、障壁２８５近傍に位置してもよく、これによって障壁２８５の内部が封止される。
【０１１２】
少なくとも一実施形態によれば、障壁２８５への蓋の閉止後、上述した例示的な滅菌工程を用いて、障壁２８５を滅菌する。障壁２８５は、プリンタシャーシ１２０上に整列及び位置決めされる。さらに、障壁２８５を開放又は貫通することなく、印刷プラットフォーム２は、障壁２８５の内部において、シャーシ１２０上の所望の位置に整列及び位置決めされる。次いで、障壁２８５を無菌空気で膨張し、膨張後の障壁２８５の内部を一定の容積に保つ。障壁２８５の側部に設けられた少なくとも１つのポートを介して、生体材料がプランジャ２４０に投入される。ポートは、ホースを介して、障壁２８５内部の弁２４２に接続される。例えば、弁２４２を手動操作することによって、障壁の内部において、弁２４２の位置を調整してもよい。例えば、障壁２８５の外側で起こる手の動きによって、かかる操作を行ってもよい。したがって、少なくとも一実施形態において、弁２４２は、障壁２８５を損傷しないように、障壁２８５を貫通することなく開閉する。弁２４２が開くと、材料は堆積先端部２４７まで流れる。
【０１１３】
少なくとも一実施形態において、１つ以上の３Ｄ構造を作製するために、プリンタアセンブリを電気的又は通信可能に制御装置に連結して、制御してもよい。制御装置は、プリンタアセンブリを制御して、例えば、制御プログラムに従って、プラットフォーム２又は台１１１に材料を堆積するように構成される。制御プログラムは、例えば、注入器２４５への移動経路を策定してもよく、生体材料の流動学的特性（例えば、非ニュートン挙動）及び作製される３Ｄ構造の形状等の要因に基づいて、堆積を制御してもよい。
【０１１４】
制御装置はまた、モータ１２０、２５５、２８０、２９９のうちの１つ以上及び／又は弁２４２を制御するように構成されてもよい。制御装置は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）等又はこれらの組み合わせを備えてもよい。制御装置は、電子記憶装置、光学記憶装置、磁気記憶装置若しくはその他の記憶装置を含むが、これに限定されない不揮発性メモリ、又はプログラム命令によって、プロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等を提供可能な伝送装置を備えてもよい。メモリは、制御装置が命令を読み取り可能なメモリチップ、電気的消去可能な読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、消去可能な読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ又はその他の適切なメモリを備えてもよい。命令には、適切なプログラム言語からのコードを含んでもよい。制御装置はまた、台１１１の傾斜に関する測定データ等のメモリに記憶した情報に基づいて、プリンタアセンブリを制御して、傾斜を相殺してもよい。
【０１１５】
本明細書には、数多くの所定の実施例の詳細が含まれるが、これらは特許請求の範囲を限定するものではなく、特定の実施例に固有の特徴の説明と解釈されるべきである。個別の実施例の文脈における本明細書に記載の特徴は、単一の実施例において組み合わせられることによっても実行可能である。反対に、単一の実施例の文脈において記載した様々な特徴もまた、別途複数の実施例又は適切な組み合わせで実行可能である。さらに、ある組み合わせで作用するように特徴を上述し、また、そのように当初主張され得るが、場合によっては、主張する組み合わせのうちの１つ以上の特徴をその組み合わせで実施でき、主張する組み合わせを下位の組み合わせ又は下位の組み合わせの変形例の対象としてもよい。
【０１１６】
本明細書で使用する用語「連結する（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「接続する（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」等は、２つの構成要素を直接又は間接的に互いに接合することを意味する。かかる接合は、静止状態（例えば、永久的）であってもよく、可動状態（例えば、取り外し可能又は開放可能）であってもよい。２つの構成要素又は２つの構成要素及び追加の中間要素が単体として一体形成されるか、２つの構成要素又は２つの構成要素及び追加の中間要素が互いに取り付けられることによって、かかる接合を実現してもよい。
【０１１７】
本明細書で使用する用語「流体連結する（ｆｌｕｉｄｌｙ  ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「流体連通する（ｉｎ  ｆｌｕｉｄ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）」等は、構成要素又は物体の介在の有無に関わらず、２つの構成要素又は物体が、水、空気等の流体が流れる通路を２つの構成要素又は物体の間に有することを意味する。流体連結又は流体連通を可能にする構成の例としては、配管、導管、又は一方の構成要素又は物体から他方への流体の流れを可能にする、その他の適切な構成要素が挙げられる。
【０１１８】
様々な実施例で示したシステム構成及び配置は、単に例示であり、限定的ではないことが重要である。記載の実施例の精神及び／又は範囲に含まれる全ての変更及び修正の保護を求める。幾つかの特徴は必須ではなく、様々な特徴を欠いた実施例が本出願の範囲に含まれると考えられ、その範囲は以下の特許請求の範囲によって定義されることに留意されたい。表現「一部分」が使用される場合、矛盾が生じない限り、物体の一部分及び／又は物体の全てを含むことができる。
【図１Ａ】
2020523216.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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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４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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