表面声波(SAW)3D打印方法技术

本申请公开了一种制备嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构的方法，包括以下步骤：a.通过以下步骤形成具有嵌入其中的颗粒子结构的水凝胶基质层，i.在容器中的水凝胶基质前体层中提供悬浮颗粒，所述容器具有一个或多个内表面部分，该内表面部分与一台或多台振动发生器振动耦合；ii.使在所述水凝胶基质前体层中的所述悬浮颗粒经受振动，以在所述水凝胶基质前体中产生驻声波，从而在空间上将颗粒在水凝胶前体层内分配成颗粒子结构，所述振动从所述容器的与所述振动发生器振动耦合的至少内表面部分发出；iii.使所述水凝胶前体固化，以形成具有嵌入其中的颗粒子结构的水凝胶基质层；b.在单独的容器中通过进行步骤a而形成具有嵌入其中的颗粒子结构的另外的水凝胶基质层，以及将所述另外的层沉积在之前形成的具有嵌入其中的颗粒子结构的水凝胶基质层的顶部上；c.重复步骤b至少两次或更多次，以形成三维颗粒结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表面声波(SAW)3D打印方法
本专利技术涉及一种用于获得嵌入在由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒(particulate)结构的增材制造方法。
技术介绍
用于包括活细胞的三维构建体的最新制造技术要求开发非常特殊的生物墨水，或者基于支架上的单个细胞的操作/沉积，当需要制备大的构建体或多个构建体时，这是一个漫长的过程。已知声波对细胞在可交联的液体介质中的定位有用，这允许非常快地获得包括活细胞和/或生物活性粒子的大致二维的构建体。细胞在暴露于声波的液体介质中的定位几乎是瞬时的，因此将细胞和/或生物活性粒子固定在可交联的介质内所需的时间主要取决于可交联的介质固化所需的时间。然而，当使用驻声波时，仅可以以大致二维的方式将细胞定向，这是由于细胞的分配将由液层表面上的波节和波腹的位置决定。例如，不可能形成沿z方向(即，垂直于液体介质表面的方向)变化的结构，例如球体或圆锥体。尽管此类结构例如可以通过3D打印技术形成，但是这些技术具有以下缺点，它们相对耗时并且需要特殊的生物墨水和3D打印设备。另外，在生物墨水通过打印设备的喷嘴喷出期间，细胞经受的剪切力降低了细胞的活力。WO2016/069493A2涉及一种制造多层图案化的细胞集合体的方法，其中将含有细胞的细胞悬浮液溶液装载到液体-载体腔室中。一旦细胞悬浮液溶液中的细胞在重力作用下沉降到腔室的底部，则将所谓的法拉第波形式的流体拖曳力施加到振动发生器上，使得沉降的细胞定向为特定的分布。WO2015/112343A1提供了一种不使用支架来提供组织再生的系统和方法。该系统包括：容器，其容纳有适于增强组织再生过程的流体；以及在容器的一端的声波换能器，和在容器的相对端的反射器。换能器提供声波信号，所述声波信号在血管中产生将流体中的细胞限制在多个结构中的驻声场。WO2013/118053A1涉及一种在包含液体的通道中形成诸如细胞的物体的多层聚集体的方法，其中，该聚集体通过在每个区域内将诸如驻波的声波在施加到所述物体上而形成。US2004/0137163A1提供了一种用于机器人操纵物体的系统和方法，其中，在通过向其传递能量(例如通过振动)而搅动的液体中形成驻波，所述驻波将物体沿着驻波的波节对齐。驻波的位置可以通过控制能量输入、通过改变容器的尺寸和形状来确定。因此，需要一种增材制造方法，其中能够以时间有效的方式和足够复杂的方式获得大体积的构建体，并且其中保持细胞活力。
技术实现思路
在本专利技术中，通过提供一种方法解决了上述问题，该方法允许用不太复杂的设备制备复杂的三维结构，同时减少了提供这种复杂的三维结构所需的时间。本专利技术的一个目的是提供一种制备嵌入在由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构的方法，包括以下步骤，a.通过以下步骤形成具有嵌入其中的颗粒子结构(particulatesubstructure)的水凝胶基质层，i.在容器中的水凝胶基质前体层中提供悬浮颗粒，所述容器具有一个或多个内表面部分，该内表面部分与一台或多台振动发生器振动耦合的；ii.使水凝胶基质前体层中的悬浮颗粒经受振动，以在水胶基质前体中产生驻声波，从而在空间上将颗粒在水凝胶前体层内分成颗粒子结构或结构，所述振动从容器的与振动发生器振动耦合的至少内表面部分发出；iii.使水凝胶前体固化，以形成具有嵌入其中的颗粒子结构或结构的水凝胶基质层。因此，本专利技术提供了一种方法，其中使用驻声波可以将两种或两种以上不同类型的颗粒在水凝胶基质的单个层内不同地分配。在优选的实施方案中，根据本专利技术的方法还包括步骤b.在单独的容器中，通过进行步骤a而形成具有嵌入其中的颗粒子结构的另外的水凝胶基质层，以及将所述另外的层沉积在之前形成的具有嵌入其中的颗粒子结构的水凝胶基质层的顶部上；特别是以形成嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构，和/或最后c.重复步骤b至少一次、两次、三次或更多次，以形成嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构。本专利技术的另一个目的是提供一种制备嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构的方法，包括以下步骤：a.通过以下步骤形成具有嵌入其中的颗粒子结构的水凝胶基质层，i.在容器中的水凝胶基质前体层中提供悬浮颗粒，所述容器具有一个或多个内表面部分，该内表面部分与一台或多台振动发生器振动耦合；ii.使水凝胶基质前体层中的悬浮颗粒经受振动，以在水凝胶基质前体中产生驻声波，从而在空间上将颗粒在水凝胶前体层内分成颗粒子结构，所述振动从容器的与振动发生器振动耦合的至少内表面部分发出；iii.使水凝胶前体固化，以形成具有嵌入其中的颗粒子结构的水凝胶基质层；b.在单独的容器中，通过进行步骤a形成具有嵌入其中的颗粒子结构的另外的水凝胶基质层，以及将所述另外的层沉积在之前形成的具有嵌入其中的颗粒子结构的水凝胶基质层的顶部上；c.重复步骤b至少一次、两次、三次或更多次，以形成嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构。附图说明下面参考附图来描述本专利技术的优选实施例，其用于说明本专利技术的当前优选的实施例，而不是对于其限制。在图中，图1显示了嵌入到由水凝胶基质(a，b，c)形成的主体中的颗粒结构的图片，这些图片证实了颗粒分离的模拟预测。相应的模拟预测如透视图(d，e，f)以及俯视图(g，h，i)所示。图2显示了用于产生驻声波的设备以及其不同部件(a，b，c)。在图2d-2i中显示了使用频率为158Hz且振幅＝6V左右而获得的图案化hMSC的荧光显微图像。如图1d所示，所获得的图案形成同心圆。图2e-2i显示了进一步放大的荧光显微镜图像，其中，核使用DAPI染色，并且肌动蛋白细胞骨架使用鬼笔环肽染色。图3显示了GelMA/TCP悬浮微粒，其具有嵌入在GelMA(a，b)中的TCP微粒的圆形棋盘状形状；显示了GelMA/悬浮铁氧化物纳米粒子，其显示了嵌入在GelMA(c)中的铁氧化物纳米粒子的连续且均匀的层；显示了GelMA/TCP悬浮微粒，其具有嵌入GelMA(f，h)中的TCP微粒的同心圆形，以及各个层的叠加(d，i)。图4显示了三层GelMA水凝胶的叠加示意图。图5显示了获得的三个样品的图像，其中具有直径在32至75μm范围内的TCP粒子(白色粒子)与具有直径在37至74μm范围内的树脂粒子(灰色)被不同地分配。圆形空区显示为黑色。图6显示了所获得的样品的荧光图像，其中具有直径在250至500μm范围内的TCP粒子(黑色粒子)形成准圆形，并且其中准圆形的hMSC球体团聚在一起(灰色粒子)。具体实施方式本专利技术的一个目的是提供一种制备嵌入在由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构的方法，包括以下步骤：a.通过以下步骤形成具有嵌入其中的颗粒子结构的水凝胶基质层，i.在容器中的水凝胶基质前体层中提供悬浮颗粒，优选为两种或两种以上不同类型的悬浮颗粒，所述容器具有一个或多个内表面部分，该内表面部分与一台或多台振动发生器振动耦合；ii.使水凝胶基质前体层中的悬浮颗粒经受振动，所述悬浮颗粒优选为两种或两种以上不同类型的悬浮颗粒，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构的方法，包括以下步骤：/na.通过以下步骤形成水凝胶基质层，该水凝胶基质层具有嵌入其中的颗粒子结构或结构，/ni.在容器中的水凝胶基质前体层中提供悬浮颗粒，所述容器具有一个或多个内表面部分，该内表面部分与一台或多台振动发生器振动耦合；/nii.使在所述水凝胶基质前体层中的所述悬浮颗粒经受振动，以在所述水凝胶基质前体中产生驻声波，从而在空间上将颗粒在所述水凝胶前体层内分配成颗粒子结构或结构，所述振动从所述容器的与所述振动发生器振动耦合的一个或多个内表面部分发出；/niii.使所述水凝胶前体固化，以形成具有嵌入其中的颗粒子结构或结构的水凝胶基质层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170825 CH 01058/171.一种制备嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构的方法，包括以下步骤：
a.通过以下步骤形成水凝胶基质层，该水凝胶基质层具有嵌入其中的颗粒子结构或结构，
i.在容器中的水凝胶基质前体层中提供悬浮颗粒，所述容器具有一个或多个内表面部分，该内表面部分与一台或多台振动发生器振动耦合；
ii.使在所述水凝胶基质前体层中的所述悬浮颗粒经受振动，以在所述水凝胶基质前体中产生驻声波，从而在空间上将颗粒在所述水凝胶前体层内分配成颗粒子结构或结构，所述振动从所述容器的与所述振动发生器振动耦合的一个或多个内表面部分发出；
iii.使所述水凝胶前体固化，以形成具有嵌入其中的颗粒子结构或结构的水凝胶基质层。


2.根据权利要求1所述的制备嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构的方法，进一步包括以下步骤：
b.通过进行步骤a而形成具有嵌入其中的颗粒子结构的另外的水凝胶基质层，以及将所述另外的层沉积在之前形成的具有嵌入其中的颗粒子结构的水凝胶基质层的顶部上，特别是以形成嵌入在由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构，以及；
c.最后重复步骤b至少一次、两次、三次或更多次，以形成嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构。


3.根据权利要求1或2所述的制备嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构的方法，其中，在所述步骤a.iii.中，通过将所述水凝胶前体部分交联来使所述水凝胶前体固化。


4.根据上述权利要求中任一项所述的制备嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构的方法，其中，在所述步骤a.iii.)中，通过使用交联剂使所述水凝胶前体部分交联来固化所述水凝胶前体，所述交联剂为能够通过物理刺激例如辐射或温度，或通过化学刺激例如酶、pH变化或离子浓度变化，而直接或间接活化的交联剂。


5.根据上述权利要求中任一项所述的制备嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构的方法，其中，所述水凝胶基质包含明胶甲基丙烯酸酯或透明质酸甲基丙烯酸酯、胶原蛋白、纤维蛋白/凝血酶、基质胶、琼脂糖、透明质酸酪胺、明胶酪胺、藻酸盐。


6.根据上述权利要求中任一项所述的制备嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构的方法，其中，所述颗粒是无机颗粒，和/或其中所述颗粒是有机颗粒，和/或其中所述颗粒是细胞、细胞聚集体或细胞球体，特别是动物细胞或人细胞，例如成骨细胞、成纤维细胞、角质细胞、人间充质干细胞(hMSCs)、软骨细胞、人脐静脉内皮细胞(hUVECs)，和/或其中所述颗粒是两种或两种以上不同类型的有机颗粒。


7.根据上述权利要求6所述的制备嵌入由水凝胶基质形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒂齐亚诺·瑟拉，大卫·奥利弗·埃格林，莫罗·艾丽妮，
申请(专利权)人：AO科技公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH