[发明专利]激光打印生物组分的方法和用于执行所述方法的装置

说明书

本发明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。

本发明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。本发明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，本发明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。