生物墨水转移设备制造技术

本发明专利技术涉及用于将生物墨水转移到目标物的设备，该设备具有：成像和激光(5)的光谱范围中的透明板，其限定用于包含不均匀的流体膜(3)的接收区域；激光源(5)，其与受控制偏转装置和用于聚焦在流体膜(3)的平面中的光学单元(10)关联以便施加局部脉冲，其特征在于，所述设备还包括成像装置和用于分析图像的装置，该用于分析图像的装置用于识别膜中的不均匀的几何位置并且通过适当的分析装置对识别出的不均匀中的每个的可观察到的特征(大小、形状因子、粒子类型、粒子寿命、密度、生物材料类型、分子等)进行识别，所述设备还包括用于选择因此定位和表征的不均匀区域中的至少一个的选择装置以及用于控制偏转以便将激光束导向所述不均匀区域的位置并且触发激光的发射的装置。本发明专利技术还涉及用于实现本发明专利技术的方法。

Bio ink transfer equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物墨水转移设备
本专利技术涉及通过计算机辅助转移过程进行激光生物打印的领域，该过程用于建模和用预定的2D或3D组织组装活体材料和可选的非活体材料，以便产生用在再生医学、药理学和细胞生物学研究中的生物工程结构。激光辅助的生物打印使得能够在借助细胞和生物材料逐层沉积制造组织期间以高精度安排组织的个体元件。这样允许再现具有特定几何形状的3D组织。基于逐块然后逐层地组装物体的“自下而上”方法与组织制造过程的自动化兼容并且可在无菌环境中操作。另外，自动化可使成本降低，提高生物组织制造的质量和再现性。更具体地，本专利技术涉及基于激光束的直接(吸收激光辐射)和间接(产生等离子体和空泡)作用以引导粒子以一定的微测分辨率沉积在打印基板上的激光辅助沉积溶液。
技术介绍
文章“F.Guillemot、A.Souquet、S.Catros、B.Guillotin、J.Lopez、M.Faucon、B.Pippenger、R.Bareille、M.Rémy、S.Bellance、P.Chabassier、J.C.Fricain和J.Amédée的“High-throughputlaserprintingofcellsandbiomaterialsfortissueengineering”，《生物材料》(ActaBiomater).6,2494-2500(2010)”描述了实现此过程的设备的示例。在现有技术中，专利申请WO2016097619也是已知的，该申请描述了用至少一种墨水进行打印的方法和设备，所述方法包括聚焦激光束以便在墨水膜中产生空泡的步骤、从墨水膜的自由表面形成至少一个墨滴的步骤以及将所述墨滴沉积在接收基板的沉积表面上的步骤，其特征在于，激光束的定向与重力的方向相反，膜的自由表面被朝向放置在墨水膜上方的沉积表面定向。该配置使得尤其能够获得墨水膜的基本恒定的厚度E，同时限制沉降现象的发生。除此之外，能够使用各种各样的墨水。该配置还允许使用影子图的时间分辨成像(TRI)来研究和控制喷射的形成。应用于监视神经元激光消融的实时成像技术的另一个示例在出版物“Realtimeimagingoffemtosecondlaserinducednano-neurosurgerydynamicsinC.elegans”(《光学快报》(OPTICSEXPRESS)，2010年1月4日的第18卷第1期第364页)。在这种配置中，视场非常小并且集中在激光消融区域中，其中研究了许多复杂的光化学和光生物现象。这是与用于微加工的激光-物质相互作用过程关联的成像的一般示例。现有技术的技术问题在生物打印领域，生物墨水是所谓的不均匀介质，即，它们含有在溶液中的悬浮粒子或不同生化物质(生长因子、生物分子、离子等)或生物材料(均匀分布在溶液中，或梯度或非线性流量(若存在多种))或这三种主要成分的更复杂或更简单的混合物，后一种是最常见的。在通过激光的前向生物打印的现有技术中根本没有解决这些墨水的复杂性，特别是它们的不均匀。另外，现有技术已表明，生物墨水的粒子密度是高度随机的(胶状流体)，因此导致许多粒子以统计方式转移到接收基板。在此背景下，现有技术的解决方案不允许根据特定特性选择具有精确成分(生化或生物材料粒子或物质)的生物墨水膜以转移到受体，恰当生物墨水成分与预定生物打印计划对应，该特定特性将其与膜中存在的构成生物墨水的成分区分开。在现有技术的解决方案中，激光与膜的被认为包含“盲”转移的不均匀的区域相互作用，该膜包含足够密度的可转移粒子(甚至接近饱和)，以确保转移足够量的粒子。用包含新粒子的流体手动定期对膜重新进行填装，以便保持足够量的粒子，从而允许盲转移。可指出，这种问题对于所有生物打印工艺(尤其是喷墨和挤出)是十分常见的。本专利技术提供的解决方案作为序言，生物墨水的“不均匀”意味着，膜的任何区域在成分方面都有其自身的特性：粒子、生化物质(生长因子、生物分子、离子等)或生物材料。通常，术语“不均匀区域”、“组成的局部变化”、“特定组成区”被用作通用术语“不均匀”的同义词。为了应对这些缺点，本专利技术在最一般意义上涉及用于将生物墨水转移到目标物的设备，该设备包括：-透明板，其限定用于异质流体膜的接收区域，所述异质流体膜包含多个粒子和/或多个生化物质和/或多个生物材料、或多个粒子和/或一种或更多种生物材料类型和/或一种或更多种生化物质和/或一种或更多种生化物种类型；-激光源，其与受控制的偏转装置和用于聚焦在所述流体膜的平面中的光学单元关联以施加局部脉冲，其特征在于，所述设备还包括：-用于对成像区域进行成像的装置，所述成像区域具有是所述生物墨水膜的不均匀的标称横截面的至少5倍大的成像截面；-图像分析装置，其用于：ο识别所述膜中的不均匀的几何位置；ο借助表征手段(例如，光学成像、拉曼光谱或自动-荧光分析)并且通过时空分析装置(不均匀行为的个体和/或组的动力学等)，对识别出的不均匀中的每个的可观察特性(大小、形状因子、粒子类型、粒子寿命、生物材料的密度和类型、分子等)进行识别；以及-用于选择如此定位和表征的不均匀中的至少一个不均匀以及用于控制所述偏转装置以将激光束导向所述不均匀的位置并触发所述激光脉冲的装置。根据其变型中的一些：-上部成像区域为1mm×1mm；-通过应用ROI(所关注的区域)可衡量成像区域；-成像区域包括激光与流体膜相互作用的区域-成像区域不同于例如2个不同的焦平面上或在同一焦平面的两个相邻区域上的激光与流体膜相互作用的区域。-该设备包括本地计算机，本地计算机执行用于表征成像区域中存在的不均匀的图像处理。-该设备包括与远程计算机通信的装置，远程计算机执行用于表征成像区域中存在的不均匀的图像处理。-表征装置包括以下元件中的一个或更多个：单色或多色光学成像系统、拉曼光谱仪、红外线光谱仪或粒子和生物材料的内源自发荧光分析装置。-膜包含悬浮或聚集的活细胞、原核或真核。-膜包含一种或更多种生物材料，该生物材料可与一种或更多种类型的细胞以及与诸如生长因子或所确定的生物分子这样的生化物质混合。这种配置为创建非常复杂和异质的墨水开辟了道路，这些墨水可以被用作通过简化工艺并使其更快速更便宜来制成一定组织的“独特”墨水。那么，复杂性在于，本专利技术能够快速应对流体膜中存在的粒子、生物材料和/或化学物质的多个区域的定位和表征，以允许受控制地制造复杂且可定制的组织。-该系统还可有利地结合连续的生物墨水重新填装装置，以确保高生产率，同时使得能够触及大范围的不均匀，以旨在满足预定义的生物打印计划。本专利技术还涉及一种用于将包含不均匀的生物墨水转移到目标物的方法，该方法包括：将透明板置于转移设备中，该透明板限定用于包含多个不均匀(粒子或生化或生物材料物质)的透明流体膜的接收区域；并且控制由与受控制的偏转装置关联的激光器发射的激光脉冲的定向和激活，以致使激光束与所述膜相互作用，其特征在于，所述方法还包括：a)所述膜中的具有成像横截面的区域的至少一个成像步骤，该成像横截面是不均匀的标称横截面的至少5倍大；b)至少一个图像分析步骤，用于识别所述不均匀的几何位置以及对识别出的不均匀中的每个的至少一个可观察特性(大小、形状因子、粒子类型、粒子寿命、生物材料的类型和密度、分子等)进行识别；以及c本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将生物墨水转移到目标物的设备，该设备包括：‑成像和激光(5)的光谱域中的透明板，该透明板限定用于包含异质性的流体膜(3)的接收区域；‑激光源(5)，该激光源与受控制的偏转装置和用于聚焦在所述流体膜(3)的平面中的光学单元(10)关联以施加局部脉冲，其特征在于，所述设备还包括：‑用于对成像区域进行成像的装置，所述成像区域具有是不均匀的标称横截面的至少5倍大的成像截面；‑图像分析装置，该图像分析装置用于：o识别所述膜中的不均匀的几何位置；以及o通过适当的分析装置，对识别出的不均匀中的每个的可观察特性(大小、形状因子、粒子类型、粒子寿命、密度、生物材料类型、分子等)进行识别，以及‑用于选择如此定位和表征的不均匀区域中的至少一个以及用于控制所述偏转装置以将激光束导向所述不均匀区域的位置并触发激光脉冲的装置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.15 FR 17521291.一种用于将生物墨水转移到目标物的设备，该设备包括：-成像和激光(5)的光谱域中的透明板，该透明板限定用于包含异质性的流体膜(3)的接收区域；-激光源(5)，该激光源与受控制的偏转装置和用于聚焦在所述流体膜(3)的平面中的光学单元(10)关联以施加局部脉冲，其特征在于，所述设备还包括：-用于对成像区域进行成像的装置，所述成像区域具有是不均匀的标称横截面的至少5倍大的成像截面；-图像分析装置，该图像分析装置用于：o识别所述膜中的不均匀的几何位置；以及o通过适当的分析装置，对识别出的不均匀中的每个的可观察特性(大小、形状因子、粒子类型、粒子寿命、密度、生物材料类型、分子等)进行识别，以及-用于选择如此定位和表征的不均匀区域中的至少一个以及用于控制所述偏转装置以将激光束导向所述不均匀区域的位置并触发激光脉冲的装置。2.根据权利要求1所述的用于将生物墨水转移到目标物的设备，其特征在于，所述生物墨水的不均匀由粒子组成。3.根据权利要求1所述的用于将生物墨水转移到目标物的设备，其特征在于，所述生物墨水的不均匀由生物材料构成。4.根据权利要求1所述的用于将生物墨水转移到目标物的设备，其特征在于，所述生物墨水的不均匀由生化物质(生长因子、生物分子、离子等)构成。5.根据权利要求1所述的用于将生物墨水转移到目标物的设备，其特征在于，所述生物墨水的不均匀由粒子和/或生物材料和/或生化物质的组合构成。6.根据权利要求1所述的用于将生物墨水转移到目标物的设备，其特征在于，所述成像区域大于1×1mm。7.根据权利要求1所述的用于将生物墨水转移到目标物的设备，其特征在于，所述成像区域包括所述激光与所述流体膜之间相互作用的区域。8.根据权利要求1所述的用于将生物墨水转移到目标物的设备，其特征在于，所述成像区域不同于所述激光与所述流体膜之间相互作用的区域。9.根据权利要求1所述的用于将生物墨水转移到目标物的设备，其特征在于，所述设备包括本地计算机，所述本地计算机执行用于表征所述成像区域中存在的不均匀的图像处理。10.根据权利要求1所述的用于将生物墨水转移到目标物的设备，其特征在于，所述设备包括与远程计算机通信的装置，所述远程计算机执行用于表征所述成像区域中存在的不均匀的图像处理。11.根据权利要求1所述的用于将生物墨水转移到目标物的设备，其特征在于，所述表征装置包括光谱仪。12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述膜包括活细胞。13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括几个激光-材料相互作用区域(多色打印)。14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于从所述打印区域中去除过量打印物品的抽吸系统。15.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括对所述打印基板进行成像的装置。16.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述图像重构装置具有与实时处理兼容的信息处理能力。17.一种用于将生物墨水转移...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·维勒罗贝，R·沃塞勒，F·古雷莫特，
申请(专利权)人：波艾蒂斯公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR