用于组织的制造的自动化设备、系统和方法技术方案

本文描述了对便于组织和器官制造过程的自动化的生物打印技术的改进。

Automated device, system and method for the manufacture of an organization

This paper describes the improvement of automated printing techniques for automated tissue and organ manufacturing processes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉引用本申请要求2013年7月31日提交的美国临时申请61/860,644的权益，该临时申请的内容特此通过引用被全部并入。专利技术背景医疗保健工业面临很多迫切的问题。在2013年6月，有大约118,000患者被器官共享联合网络(UNOS)登记为需要器官移植。在2013年1月和3月之间，只有6,891个移植被执行。每年，比被执行的移植更多的患者被添加到UNOS列表，导致等待移植的患者的数量的净增加。例如，在2011年，超过15,000个人被登记为需要肝嫁接/移植；然而，那年只有大约5,800个肝移植被执行。在2010年，肝的中位数等待时间是超过12个月。此外，新制药化合物的研究和开发成本是大约18亿美元。见Paul等人(2010)的HowtoimproveR&Dproductivity:thepharmaceuticalindustry'sgrandchallenge(NatureReviewsDrugDiscovery9(3):203–214)。药物发现是药物被发现和/或设计的过程。药物发现的过程通常涉及至少下列步骤：候选物的识别、合成、特征鉴定、筛选和对治疗功效的分析。尽管关于生物系统的技术和理解有了发展，但是药物发现仍然是包括新治疗发现的低速率的冗长、昂贵和低效的过程。专利技术概述存在对便于应用再生医学和组织工程技术来减轻对组织和器官的紧急需要的工具和技术的需要。也存在对实质上增加创新的、成本有效的新机器的数量和质量而不引起无法承受的R&D成本的工具和技术的需要。专利技术人在本文描述对用于制造允许改进的速度、准确度和可扩性的组织和器官的设备、系统和方法的改进。具体地，所述设备、系统和方法提供的优点，包括但不限于，改进生产可扩性，同时维持对材料的空间取向的控制、沉积设备的改进的三维校准和多种不同的材料的改进的利用而没有制造过程的显著中断。在一个方面中，本文公开了自动化生物打印机，其包括：打印机头，其包括一个或多个料盒，每个料盒包括从生物油墨、支持材料及其组合选择的内容物；以及对于每个料盒：相对于接收表面垂直地定位料盒用在料盒的所分配的内容物产生特定的三维几何形状的致动装置，致动装置独立于其它致动装置而操作；以及沉积孔口；用于接收料盒的所分配的内容物的接收表面；以及包括三维校准系统的校准装置，该系统包括至少两个激光器，固定到接收表面用于确定沉积孔口的位置的传感器；以及固定到打印机头用于确定接收表面的位置的传感器；由此，系统计算打印高度，打印高度包括在沉积孔口和接收表面之间的距离；由此，结构被生物打印而不停止生物打印机以手动更换一个或多个料盒或手动调节打印机头的定位或一个或多个料盒的定位。在一些实施方式中，三维校准系统创建接收表面的形貌图(topographicalmap)。在一些实施方式中，三维校准系统创建沉积孔口的形貌图。在一些实施方式中，三维校准系统在料盒的内容物的沉积期间监控打印高度。在一些实施方式中，自动化生物打印机还包括至少一个印模，每个印模控制：布置在图案中的多个结构的并行的同时沉积，每个结构具有特定的三维几何形状；具有特定的三维几何形状的单个结构的沉积；或其组合。在一些实施方式中，自动化生物打印机还包括用于控制具有特定的三维几何形状的一个或多个结构的沉积的一个或多个多轴喷嘴，其中每个多轴喷嘴具有双重或更大的同心流能力，有至少两种不同材料的至少两个独立输入端和用于多轴管的制备的至少两个独立输出端，多轴管具有核心层和套层以及可选地在核心层和套层之间的一个或多个中间层，任何两个相邻的层相对于彼此具有不同成分的材料，且材料选自生物油墨、支持材料及其组合。在另外的实施方式中，一个或多个多轴喷嘴中的每个还包括独立地调节通过至少两个独立输出端的至少两种不同的材料中的每个的流量的装置。在又一些其它实施方式中，独立地调节通过至少两个独立输出端的至少两种不同的材料中的每个的流量的装置允许连续挤压或喷溅挤压。在一些实施方式中，至少两种不同的材料中的一种材料在生物打印之后被移除以产生一个或多个孔隙。在一些实施方式中，至少一个料盒还包括调节和/或维持料盒的温度的装置。在另一方面中，本文公开了自动化生物打印机，其包括：打印机头，其包括至少三个料盒，其中(i)至少一个料盒包括包含生物油墨的毛细管；(ii)至少一个料盒包括包含生物油墨的针；(iii)至少一个料盒配置成用于喷墨打印；以及(iv)每个料盒包括从生物油墨、支持材料及其组合选择的内容物；以及用于接收料盒的所分配的内容物的接收表面；由此，结构被生物打印而不停止生物打印机以手动更换一个或多个料盒或手动调节打印机头的定位或一个或多个料盒的定位。在一些实施方式中，针与生物油墨储器连通，生物沉积是通过气动移位，以及生物油墨是液态或半固态成分。在一些实施方式中，毛细管通过正位移机制沉积生物油墨，且生物油墨是液态或半固态成分。在一些实施方式中，自动化生物打印机还包括校准装置，其包括三维校准系统，该系统包括至少两个激光器，固定到接收表面用于确定沉积孔口的位置的传感器；以及固定到打印机头用于确定接收表面的位置的传感器；由此，系统计算打印高度，打印高度包括在沉积孔口和接收表面之间的距离。在一些实施方式中，自动化生物打印机还包括至少一个印模，每个印模控制：布置在图案中的多个结构的并行的同时沉积，每个结构具有特定的三维几何形状；具有特定的三维几何形状的单个结构的沉积；或其组合。在一些实施方式中，自动化生物打印机还包括用于控制具有特定的三维几何形状的一个或多个结构的沉积的一个或多个多轴喷嘴，其中每个多轴喷嘴具有双重或更大的同心流能力，有至少两种不同材料的至少两个独立输入端和用于多轴管的制备的至少两个独立输出端，多轴管具有核心层和套层以及可选地在核心层和套层之间的一个或多个中间层，任何两个相邻的层相对于彼此具有不同成分的材料，且材料选自生物油墨、支持材料及其组合。在一些实施方式中，至少一个料盒还包括调节和/或维持料盒的温度的装置。在另一方面中，本文公开了自动化生物打印机，其包括：至少一个印模，每个印模控制：多个结构的并行的同时沉积并布置在图案中，每个结构具有特定的三维几何形状；具有特定的三维图案化的几何形状的单个结构的沉积；或其组合；由此，单个结构或多个结构被生物打印而不停止生物打印机以手动更换生物打印机的一个或多个部件或手动调节生物打印机的一个或多个部件的定位。在一些实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动化生物打印机，包括：a.打印机头，其包括一个或多个料盒，每个料盒包括从生物油墨、支持材料及其组合选择的内容物；以及对于每个料盒：i.致动装置，其相对于接收表面垂直地定位所述料盒，以用所述料盒的所分配的内容物产生特定的三维几何形状，所述致动装置独立于其它致动装置而操作；以及ii.沉积孔口；b.接收表面，其用于接收料盒的所分配的内容物；以及c.校准装置，其包括三维校准系统，所述系统包括至少两个激光器、固定到所述接收表面用于确定所述沉积孔口的位置的传感器；以及固定到所述打印机头用于确定所述接收表面的位置的传感器；由此，所述系统计算打印高度，所述打印高度包括在所述沉积孔口和所述接收表面之间的距离；由此，结构被生物打印，而无需停止所述生物打印机以手动更换一个或多个料盒或手动调节所述打印机头的定位或所述一个或多个料盒的定位。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.31 US 61/860,6441.一种自动化生物打印机，包括：
a.打印机头，其包括一个或多个料盒，每个料盒包括从生物油墨、支
持材料及其组合选择的内容物；以及
对于每个料盒：
i.致动装置，其相对于接收表面垂直地定位所述料盒，以用所述
料盒的所分配的内容物产生特定的三维几何形状，所述致动装置独立于其
它致动装置而操作；以及
ii.沉积孔口；
b.接收表面，其用于接收料盒的所分配的内容物；以及
c.校准装置，其包括三维校准系统，所述系统包括至少两个激光器、
固定到所述接收表面用于确定所述沉积孔口的位置的传感器；以及固定到
所述打印机头用于确定所述接收表面的位置的传感器；由此，所述系统计
算打印高度，所述打印高度包括在所述沉积孔口和所述接收表面之间的距
离；
由此，结构被生物打印，而无需停止所述生物打印机以手动更换一个
或多个料盒或手动调节所述打印机头的定位或所述一个或多个料盒的定
位。
2.如权利要求1所述的自动化生物打印机，其中所述三维校准系统
创建所述接收表面的形貌图。
3.如权利要求1所述的自动化生物打印机，其中所述三维校准系统
创建所述沉积孔口的形貌图。
4.如权利要求1所述的自动化生物打印机，其中所述三维校准系统
在料盒的所述内容物的沉积期间监控所述打印高度。
5.如权利要求1所述的自动化生物打印机，还包括至少一个印模，

\t每个印模控制：
a.布置在图案中的多个结构的并行的同时沉积，每个结构具有特定的
三维几何形状；
b.具有特定的三维几何形状的单个结构的沉积；或
c.其组合。
6.如权利要求1所述的自动化生物打印机，还包括用于控制具有特
定的三维几何形状的一个或多个结构的沉积的一个或多个多轴喷嘴，其中
每个多轴喷嘴具有双重或更大的同心流能力，有用于至少两种不同的材料
的至少两个独立输入端和用于多轴管的制备的至少两个独立输出端，所述
多轴管具有核心层和套层以及可选地在所述核心层和所述套层之间的一
个或多个中间层，任何两个相邻的层相对于彼此具有不同成分的材料，且
所述材料选自生物油墨、支持材料及其组合。
7.如权利要求6所述的自动化生物打印机，其中所述一个或多个多
轴喷嘴中的每个还包括独立地调节通过所述至少两个独立输出端的所述
至少两种不同的材料中的每种材料的流量的装置。
8.如权利要求7所述的自动化生物打印机，其中独立地调节通过所
述至少两个独立输出端的所述至少两种不同的材料中的每种材料的流量
的装置允许连续挤压或喷溅挤压。
9.如权利要求6所述的自动化生物打印机，其中所述至少两种不同
的材料中的一种材料在生物打印之后被移除以产生一个或多个孔隙。
10.如权利要求1所述的自动化生物打印机，其中至少一个料盒还包
括调节和/或维持所述料盒的温度的装置。
11.一种自动化生物打印机，包括：
a.打印机头，其包括至少三个料盒，其中
i.至少一个料盒包括包含生物油墨的毛细管；
ii.至少一个料盒包括包含生物油墨的针；
iii.至少一个料盒配置成用于喷墨打印；以及
iv.每个料盒包括从生物油墨、支持材料及其组合选择的内容物；
以及
b.接收表面，其用于接收料盒的所分配的内容物；
由此，结构被生物打印而无需停止所述生物打印机以手动更换一个或
多个料盒或手动调节所述打印机头的定位或所述一个或多个料盒的定位。
12.如权利要求11所述的自动化生物打印机，其中所述针与生物油
墨储器连通，生物油墨沉积是通过气动移位实现的，以及所述生物油墨是
液态或半固态成分。
13.如权利要求11所述的自动化生物打印机，其中所述毛细管通过
正位移机制沉积生物油墨，且所述生物油墨是固体或半固体成分。
14.如权利要求11所述的自动化生物打印机，还包括校准装置，所
述校准装置包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨米尔·戴姆勒，克莱·普拉特，哈利·斯科特·拉波博特，瓦德里·乔什，莎伦·C·普雷斯内尔，基思·墨菲，小史蒂芬·潘托尼，弗朗克·林，维维安·戈尔根，
申请(专利权)人：奥加诺沃公司，
类型：发明
国别省市：美国;US