自动化生物打印系统技术方案

本发明专利技术涉及一种生物打印系统，该生物打印系统用于从其至少一部分由生物粒子(细胞和细胞衍生物)组成的材料制造结构化生物材料，该生物打印系统包括：a)打印组件，所述打印组件包含打印生物学关注对象的至少一个打印头以及至少一个目标；b)供应源，所述供应源用于向所述打印头供应所述生物学关注对象；c)对所述生物学关注对象进行生物打印的装置；d)使所述打印头相对于所述目标移动的装置；其特征在于，所述移动装置由控制所述目标沿六个轴的移动的机器人构成，所述打印头中的至少一者在所述打印阶段期间是固定的。述打印阶段期间是固定的。述打印阶段期间是固定的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自动化生物打印系统


[0001]本专利技术涉及增材制造领域，所述增材制造使得能够人工地生产生物组织，这被称为“生物打印(bioprinting)”。生物打印在计算机的控制下，通过逐层沉积来依次定位活细胞以及其它生物产品、生物材料、生物化学试剂或生物相容性，以允许对它们进行空间构建，以便开发用于组织工程、再生医学、药物代谢动力学的活组织和器官，并且更广泛地用于生物学研究。
[0002]生物打印的主要用途涉及制备合成的活组织以用于实验研究，从而替代从生物(动物和人类两者)中获取的组织，以避免监管和伦理问题。从长远来看，生物打印将允许生产器官以用于移植而没有排斥的风险，所述器官包括表皮、骨骼组织、肾脏的一部分、肝脏、以及其它重要器官、心脏瓣膜、或诸如血管结构之类的中空结构。
[0003]通过3D生物打印来制造组织可以分为三个连续的技术步骤：
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用于设计数字模型的预处理，该预处理将定义如何在培养基中制备分化的细胞或干细胞以构成生物墨水，并且然后逐层打印。
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使用各种技术(激光打印、生物喷墨、微挤压等)由打印机自动打印组织。
[0006]‑
所打印的组织的成熟，在该成熟期间，所组合的细胞和生物材料会进化并相互作用，以形成功能性活体组织。
[0007]一般原理包括：制备包含生物墨水的源，该生物墨水中结合有各种元素，这些元素可以通过从激活源产生的可控能量供应在容纳目标的方向上被转移，所述激活源例如是激光、机电脉冲或声脉冲，甚或是投影，转移的元素通过增材打印在容纳目标的方向上形成二维矩阵或三维矩阵。各个转移元素在目标上的到达位置由源相对于目标的相对定位来确定。通常，激活源被引导在垂直于转移方向的XY平面上，以便确定各个元素在目标上的位置。
[0008]本专利技术更具体地涉及生物学关注对象(objects of biological interest)从打印源相对于目标的移位，并且更具体地涉及机器人辅助移位。
[0009]本专利技术的目的是将生物学关注对象从源转移到目标，所述生物学关注对象包括(有时是不同类型的)活细胞(例如，多能干细胞或任何其它分化细胞)、以及诸如胶原蛋白之类的生物产品，并且更普遍地是细胞外基质材料。
[0010]例如，生物学关注对象可以一起放入流体中，以形成包含生物粒子(诸如，活细胞)的“生物墨水”。然后，制备这些生物墨水并以无菌形式包装这些生物墨水，以便可以在需要时将这些生物墨水用于打印生物组织。
[0011]在本专利的意义内，生物打印是指：借助于计算机，通过创建几何结构的方法，对活细胞和其它生物产品进行空间构建，特别是通过生物学关注对象的个体化沉积物形成的层叠，以便开发用于组织工程、再生医学、药物代谢动力学以及更一般地用于生物学研究的活组织和器官。生物打印涉及活细胞和生物材料的逐层同时沉积，以制造活组织，例如，皮肤、心脏瓣膜、软骨、心脏组织、肾脏、肝脏以及其它重要器官或中空结构(诸如，膀胱以及血管结构)的人工结构。

技术介绍

[0012]在欧洲专利EP3234102中描述了基于被称为“激光诱导向前转移”(LIFT)的技术通过激光来打印生物元素的设备的示例。该设备包括发射激光束的脉冲激光源、用于聚焦和定向激光束的系统、包括至少一种生物墨水的供体介质、以及被定位以容纳从供体介质发射的材料的受体基底。
[0013]激光束在大致垂直方向上以及在从上到下的方向上(即，在与重力相同的方向上)冲击供体支撑件。因此，生物墨水被放置在刮板(slide)下方，以便朝向被放置在供体介质下方的受体基底向下定向。
[0014]已知的现有技术包括专利申请US2016/068793，该专利申请描述了一种制造组件，该制造组件包括：包含至少一个三维打印设备的可灭菌腔室(增材制造)、计算机数控(CNC)精加工头(减材制造)、真空成形单元、注射成型单元和激光切割单元、超声焊接单元以及Arman机器人分析设备、采样设备、或其组合。
[0015]多个单独可灭菌腔室可以无菌地连接到可灭菌腔室阵列，这为制造组件提供了附加功能。
[0016]该解决方案不旨在用于生物打印，而是使用加热头用于涂覆有效药物成分。
[0017]该解决方案决不旨在用于对生物学关注对象(包括活细胞和细胞间材料)进行沉积以形成活组织。
[0018]专利申请WO2018072265描述了一种基于协同多轴控制和人工视觉测量的3D打印系统，该系统包括机架、用于放置人工骨支架的工作台、设置在工作台上方的打印设备、用于传送打印材料的材料传送设备、图像捕获设备、用于调整打印设备的取向的驱动机构、以及控制系统；打印设备、材料运送设备、图像捕获设备和驱动机构全部连接至控制系统，工作台是连接至机架的具有六个自由度的并联平台，驱动机构为六轴机械臂，并且打印设备连接到该六轴机械臂。在使用期间，人工骨支架被放置到具有六个自由度的并联平台上，通过六轴机械臂来控制打印装置的位置，并通过具有六个自由度的并联平台与具有六个轴的机械臂之间的协作，实现对打印设备的打印喷嘴的精确空间位置控制，从而获得复杂而精细的人工骨表面和具有多孔结构的内部表面上的三维图案打印。
[0019]该文档涉及借助于3D打印的人工骨的制造，并且决不涉及由其至少部分地由生物粒子(活细胞和细胞衍生物)组成的材料来制造结构化生物材料。
[0020]专利申请US2018141174描述了一种机床，该机床允许通过对工件进行移除和追加工来进行加工。该机床包括：被布置在第一加工区域中并旨在用于保持工件的第一主轴托架和第二主轴托架；下部切割设备托架；以及被布置在第一加工区域中并旨在用于支撑工具以允许对工件进行材料移除加工的工具主轴、被设置在第二加工区域中的追加工头、以及旨在用于保持工件并在第一加工区域与第二加工区域之间传送工件的机械臂。追加工头在工件的追加工(additional machining)期间将材料排放到由机械臂保持的工件上。通过这种使用简单构造的构造，提供了能够对工件进行材料移除加工和追加工的机床。
[0021]该文档与生物打印无关。
[0022]专利申请US2010206224描述了一种用于沉积层的设备，该设备包括：
[0023]‑
设置有壳体的框架，所述框架还支撑：
[0024]·
工作台，该工作台旨在用于支撑待制造对象并设设置有可移动板和第一移位装
置；材料分配器，该材料分配器旨在将所述材料放置在工作台上以形成所述对象，并设置有用于至少一个容器、至少一个喷嘴和至少一个挤压构件的第二移位装置，
[0025]·
压实装置以及控制构件，该控制构件旨在控制材料在工作台上的沉积；至少所述板和所述喷嘴的端部被布置在壳体内部，并且至少用于移动工作台和分配器的装置以及控制构件被布置在壳体外部。
[0026]现有技术的缺点
[0027]首先，现有技术的解决方案通常涉及用于惰性材料的增材打印解决方案，而不涉及生物打印，从而导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种生物打印系统，所述生物打印系统用于从这样的材料来制造结构化生物材料，所述这样的材料的至少一部分由活生物粒子(细胞和细胞衍生物)组成，所述生物打印系统包括：a)打印组件，所述打印组件包含用于生物学关注对象的至少一个打印头以及至少一个目标，b)源，所述源用于向所述打印头供应所述生物学关注对象，c)用于对所述生物学关注对象进行生物打印的生物打印装置，d)使所述打印头相对于所述目标进行相对移位的移位装置，其特征在于，所述移位装置由控制所述目标沿着六个轴的移位的机器人构成，所述打印头中的至少一者在打印阶段期间是固定的。2.根据权利要求1所述的生物打印系统，其特征在于，所述机器人是具有六个自由度的机械臂，三个轴旨在用于定位并且三个轴旨在用于针对各个旋转轴线沿着至少180
°
定向，使得能够使所述目标在给定工作空间中移位和定向，所述移位的路线比所述目标的最大尺寸更长。3.根据权利要求1所述的生物打印系统，其特征在于，所述机器人是六足型的。4.根据权利要求1所述的生物打印系统，其特征在于，所述机器人是DELTA型的。5.根据权利要求3或4所述的生物打印系统，其特征在于，所述机器人是六足型的或DELTA型的，并且包括用于翻转所述目标的翻转装置。6.根据权利要求1所述的生物打印系统，其特征在于，所述目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：波艾蒂斯公司，
类型：发明
国别省市：