激光打印生物组分的方法和用于执行所述方法的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种使用至少一种生物墨水进行打印的方法。所述方法使用至少一个激光打印头(102)，将至少一种生物墨水的至少一个液滴沉积在接收基板(58)的沉积表面上。所述方法的特征在于，该打印方法使用至少一个喷嘴打印头(104、104'、104")，将至少一种生物墨水的至少一个液滴沉积到与激光打印头(102)相同的接收基板(58)的沉积表面上。

Method for laser printing biological component and device for executing said method

The invention relates to a method of printing using at least one biological ink. The method uses at least one laser print head (102) to deposit at least one droplet of at least one biological ink on a deposition surface of the receiving substrate (58). The method is characterized in that the printing method using at least one nozzle print head (104, 104', 104), at least one of the at least one bio ink droplet deposition and laser print head (102) receiving the same substrate (58) deposited on the surface.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光打印生物组分的方法和用于执行所述方法的装置本专利技术涉及一种激光打印生物组分的方法和用于执行所述方法的装置。本专利技术还涉及一种利用所述打印方法产生生物组织的方法。根据第一程序，细胞可以在可生物降解的大孔基质(或支架)上体外生长，以获得生物组织。该第一程序不能完全令人满意，因为由于缺乏细胞定植，生物组织的生长可被大孔基质的深度限制。此外，该过程使得难以处理组织的复杂性(其特征在于，多种细胞类型以特定的并通常各向异性的布置组织)。为了克服这些缺点，已经开发了以可自动化的方式产生生物组织的打印生物组分的方法。根据文献的各种文件，所述打印方法被称为生物打印、生物组分的微印或简单的生物打印。根据这些方法，通过打印生物墨水的液滴获得生物组织。为了达到一定的体积，液滴被布置成彼此堆叠的层。在第一替代实施方式中，生物墨水被储存在罐中并通过喷嘴或毛细管，以形成会转移到基板上的液滴。这种所谓的喷嘴打印的第一替代方案包括生物挤出、喷墨打印或微阀打印。生物挤出使得可以获得1亿个细胞/毫升量级的高细胞密度，和1毫米的分辨率。微阀打印使得可以获得数百万个细胞/毫升量级的较小的细胞密度及100μm量级的更好的分辨率。喷墨打印使得可以获得小于1000万个细胞/毫升的与微阀打印相似的细胞密度，及10μm量级的更好的分辨率。在生物挤出的情况下，从第一喷嘴沉积细胞，并且同时从第二喷嘴沉积水凝胶。作为替代方案，在挤出之前将细胞和水凝胶在罐中混合。在另外两种情况下，墨水是含有细胞的水性介质。根据替代方案，生物挤出使得可以连续地将墨水作为细丝或不连续地作为液滴沉积。根据这种喷嘴打印模式，由于打印分辨率特别与喷嘴部分相关，仅具有给定流变特性的生物墨水可用于高分辨率。因此，具有高细胞密度的生物墨水因此难以以高分辨率打印，因为这种打印技术在墨水通过喷嘴时引起易于损坏细胞的高剪切应力。此外，对于这种类型的墨水，喷嘴被细胞阻塞的风险很重要，这主要是因为罐内的细胞沉淀。已经开发了通过激光打印生物组分的方法，以便能够使用广泛的生物墨水并实现高分辨率。被称为激光生物打印的这种打印方法也被称为“激光辅助生物打印”(LAB)。具体而言，本专利技术涉及这种类型的打印方法。为了进行比较，生物激光打印使得可以以1亿个细胞/毫升的高细胞密度和10μm的分辨率打印墨水。如图1所示，基于所谓的“激光诱导正向转移”(LIFT)技术的用于激光打印生物组分的装置包括：发射激光束12的脉冲激光源10，用于聚焦和定向激光束12的系统14，包括至少一种生物墨水18的供体基板16和经放置以接收从供体基板16发射的液滴22的接收基板20。根据该打印技术，激光束是脉冲的，并且在每个脉冲上产生液滴。生物墨水18包含例如水性介质等基质，其中存在将沉积在接收基板20上的例如细胞等元件。供体基板16包含对激光束12的波长透明的刮板24，其涂覆有吸收层26，在吸收层26上生物墨水18作为膜固定。吸收层26使得可以将光能转化为动能。因此，激光束12在吸收层26处产生精准加热，该吸收层26通过蒸发产生气泡28，气泡28通过膨胀引起生物墨水的液滴30的喷射。根据已知的布置，激光束12通过在大致垂直方向和向上的方向上或与重力G相同的方向上定向冲击供体基板16。因此，生物墨水18被放置在刮板24下以使其向下定向，朝向放置在供体基板16下方的接收基板20。鉴于这种布置，生物墨水18具有厚度E低于给定阈值的膜的形式以保持在刮板上。特别是，该阈值根据生物墨水的表面张力、粘度和密度而变化。来自墨水膜的液滴30的形成取决于许多参数，特别是与激光束12(波长、能量、脉冲持续时间、...)、生物墨水18的性质(表面张力、粘度、...)、外部条件(温度、湿度、...)相关。即使激光打印理论上可以达到高打印速率，迄今为止每秒可以产生几万个液滴，但生物组织的产生并不快，因为这些液滴仅有几十皮升。此外，必须频繁更换供体基板，因为它们各自含有少量的待打印的墨水，仅为几十微升的量级。根据图2所示的第二实施方式，及于2011年10月1日在www.elsevier.com网站上发表的题为“Microdropletdepositionthroughafilm-freelaserforwardtechnique”的出版物，一种激光打印装置包括发射激光束34的激光源32，用于聚焦和定向激光束34的系统36，包含至少一种生物墨水40的供体基板38，和经放置以接收从供体基板38发射的液滴44的接收基板42。根据第一实施方式，供体基板38不包括不同于生物墨水的吸收层。根据此实施方式，供体基板38包括没有上壁的罐46，使得容纳在罐中的生物墨水40的自由表面48面向接收基板42。为了获得规则的基本平坦的自由表面48，生物墨水不是薄膜，而是深度为3mm级别的体积。因此，罐底部对生物墨水的自由表面48的形状没有影响，并且由于表面张力，罐的侧壁在自由表面48的周围具有有限的作用。鉴于生物墨水的体积的深度，自由表面48必须向上以停留在罐中，且接收基板42位于生物墨水40之上。根据此文献，为了获得液滴的喷射，激光束34刚好在自由表面48的下方聚焦，并具有40μm至80μm量级的深度。因此，从自由表面48发射的液滴在与重力G的方向相反的运动方向上朝向接收基板42投射。尽管该第二实施方式使用了含有较大体积生物墨水的供体基板，但是它不一定适用于生物墨水。事实上，如上所述，这样的生物墨水含有嵌入基质中的待打印的元件，例如细胞，其倾向于沉淀在罐底部。由于在自由表面附近待打印的元件的浓度低，打印的液滴具有事实上的低细胞浓度，这通常对打印的生物组织是不利的。此外，根据该方法，难以控制细胞数量和沉积细胞的浓度。本专利技术还旨在解决现有技术的缺陷。出于此目的，本专利技术涉及一种打印至少一种墨水的方法，所述方法使用至少一个激光型打印头，将至少一种生物墨水的至少一个液滴沉积在接收基板的沉积表面上。该打印方法的特征在于，它使用至少一个喷嘴打印头，将至少一种生物墨水的至少一个液滴沉积到与激光型打印头相同的接收基板的沉积表面上。这种组合使得可以提高生物组织的生产率并获得更复杂的生物组织。为了产生同时包含细胞和细胞外基质的生物组织，通过喷嘴打印头沉积构成细胞外基质的材料，并且通过激光型打印头沉积细胞。本专利技术还涉及一种制造生物组织的方法，其特征在于，它包括以下步骤：-生成待产生的生物组织的三维数字示像，所述示像包含数种着色或纹理化的体积区域，各颜色或纹理与生物墨水相关，-将该示像切成一系列堆叠的层，每个层包括对应于该示像的体积区域的着色或纹理化区域，-对于每个层，根据着色或纹理化区域确定各生物墨水的待打印液滴的位置和每个液滴的预期体积，-打印不同的液滴。所述层优选具有取决于液滴尺寸的厚度。有利的是，该示像包括多个小的基元体积，它们根据所属的体积区域而具有不同的颜色或纹理。根据一个实施方式，为了确定每个液滴的位置，每个区域用相同的椭圆体填充，该椭圆体的尺寸取决于在所述区域中待打印的生物墨水的液滴的尺寸，每个椭圆体的中心对应于液滴中心的位置。椭圆体优选按照大小的降序逐个区域定位。本专利技术还涉及一种打印装置，其包括具有沉积表面的至少一个接收基板和至少一个激光型打印头，其特征在于，其包括至少一个喷嘴打印头，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用至少一种生物墨水进行打印的方法，所述方法使用至少一个激光型打印头(102)，将至少一种生物墨水的至少一个液滴(82)沉积在接收基板(58)的沉积表面(56)上，所述方法的特征在于，该打印方法使用至少一个喷嘴打印头(104、104'、104")，如激光打印头(102)那样将至少一种生物墨水的至少一个液滴沉积到接收基板(58)的沉积表面(56)上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.17 FR 14625701.一种使用至少一种生物墨水进行打印的方法，所述方法使用至少一个激光型打印头(102)，将至少一种生物墨水的至少一个液滴(82)沉积在接收基板(58)的沉积表面(56)上，所述方法的特征在于，该打印方法使用至少一个喷嘴打印头(104、104'、104")，如激光打印头(102)那样将至少一种生物墨水的至少一个液滴沉积到接收基板(58)的沉积表面(56)上。2.如权利要求1所述的打印方法，所述方法用来获得包含细胞和细胞外基质的生物组织，其特征在于，构成细胞外基质的材料通过喷嘴打印头(104、104'、104")沉积，并且细胞通过激光型打印头(102)沉积。3.一种利用权利要求1或2所述的打印方法产生生物组织的方法，其特征在于，它包括以下步骤：-生成待产生的生物组织的三维数字示像(140)，所述示像包含数种着色或纹理化的体积区域(142、144、146)，各颜色或纹理与生物墨水相关，-将该示像(140)切成一系列堆叠的层(148)，每个层(148)包括对应于该示像(140)的体积区域(142、144、146)的着色或纹理化区域(142'、144'、146')，-对于每个层，根据着色或纹理化区域(142'、144'、146')确定各生物墨水的待打印液滴的位置和每个液滴的预期体积，-打印不同的液滴。4.如权利要求3所述的产生生物组织的方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述的打印方法打印不同的液滴。5.如权利要求3或4所述的产生生物组织的方法，其特征在于，层(148)具有取决于液滴尺寸的厚度。6.如权利要求3～5中任一项所述的产生生物组织的方法，其特征在于，各层包括一组小的基元多边形，它们根据其所属的区域而具有不同的颜色或纹理。7.如权利要求3～6中任一项所述的产生生物组织的方法，其特征在于，为了确定每个液滴的位置，各区域(142'、144'、146')用相同的椭圆体(142"、144"、146")填充，该椭圆体的尺寸取决于在所述区域中待打印的生物墨水的液滴的尺寸，每个椭圆体的中心对应于液滴中心的位置。8.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·古雷莫特，
申请(专利权)人：波尔多大学，国家健康和医学研究学院INSERM，
类型：发明
国别省市：法国,FR