[发明专利]用于打印纤维结构的系统和方法

说明书

本发明的多个方面包括用于产生纤维结构和用于从数字文件产生三维(3D)生物结构的系统和方法。在一些实施方案中，打印的纤维包括活细胞。本发明的多个方面还包括用于产生所述纤维结构的打印头，所述打印头包括：分配通道，其包括远端和近端；分配孔，其位于所述分配通道的所述远端；一个或多个材料通道，其在所述分配通道的近端与所述分配通道会聚；缓冲溶液通道，其在所述分配通道的所述近端与所述一个或多个材料通道会聚；和鞘溶液通道，其在位于所述分配通道的所述近端与所述远端之间的位置与所述分配通道会聚。所述打印头被配置成在所述分配通道的所述近端用缓冲溶液置换一种或多种输入材料来终止具有清洁尾端的纤维结构。

发明领域

本发明涉及用于产生纤维结构的系统和方法，以及从数字文件中三维(3D)打印的结构。在一些实施方案中，打印的纤维包括活细胞。

发明背景

组织工程技术长期以来一直在寻求利用各种材料和方法制造能够模仿和/或代替活器官和组织的可行合成结构。历史上，已将细胞和其它生物材料被接种到预成型的三维支架中，赋予所需结构，支架优选是可生物降解的或可以其它方式移除的。参见例如美国专利第6,773,713号。

最近，一种附加制造的形式3D打印已经被应用于直接从数字文件创建三维对象，其中对象被逐层构建以实现所需三维结构。将3D打印技术应用于无细胞和细胞构建体和组织的创建(称为3D生物打印)的最初努力集中于支架材料的初始打印，而与细胞材料的直接接种或后续打印无关。参见例如美国专利第6,139,574号；第7,051,654号；第8,691,274号；第9,005,972号和第9,301,925号。

不幸的是，用于3D生物打印的现有系统和设备具有各种缺点，所述缺点导致所需3D结构的不准确性或失真。具体来说，打印过程的不准确开始和/或停止会导致前导和/或拖尾纤维的形成，从而扭曲打印的纤维和3D结构的尺寸。因此，需要能够通过更严格地控制打印过程的开始和停止来实现3D对象的高保真复制品的系统和设备。本发明解决了这些和其它未满足的需求。

本文列出的所有现有技术参考文献的全文均以引用方式并入本文中。

发明内容

本发明的多个方面包括用于产生纤维结构和用于从数字文件产生三维(3D)结构的系统和方法。在一些实施方案中，打印的纤维包括活细胞。

本发明的多个方面包括用于产生纤维结构的打印头，所述打印头包括：分配通道，其包括远端和近端；分配孔，其位于分配通道远端；一个或多个材料通道，其在分配通道的近端与分配通道会聚；缓冲溶液通道，其在分配通道的近端与一个或多个材料通道会聚；以及鞘溶液通道，其在鞘流体会聚位置与分配通道会聚，所述鞘溶液会聚位置位于分配通道的近端与远端之间；其中一个或多个材料通道、缓冲溶液通道和鞘溶液通道与分配通道流体连通；并且其中打印头被配置成在分配通道的近端用缓冲溶液置换一种或多种输入材料。

在一些实施方案中，打印头包括第一材料通道和第二材料通道。在一些实施方案中，鞘溶液通道在分支位置分支成两个或更多个鞘溶液子通道。在一些实施方案中，两个或更多个鞘溶液子通道在鞘流体会聚位置与分配通道会聚。在一些实施方案中，一个或多个材料通道中的每一个包括材料输入孔和控制阀。在一些实施方案中，缓冲溶液通道包括缓冲溶液输入孔和控制阀。在一些实施方案中，鞘溶液通道包括鞘溶液输入孔和控制阀。

本发明的多个方面包括用于产生纤维结构的系统，所述系统包括：打印头，所述打印头包括：分配通道，其包括远端和近端；分配孔，其位于分配通道远端；一个或多个材料通道，其在分配通道的近端与分配通道会聚；缓冲溶液通道，其在分配通道的近端与一个或多个材料通道会聚；和鞘溶液通道，其在鞘流体会聚位置与分配通道会聚，所述鞘流体会聚位置位于分配通道的近端与远端之间；其中一个或多个材料通道、缓冲溶液通道和鞘溶液通道与分配通道流体连通；且其中打印头被配置成在分配通道的近端用缓冲溶液置换一种或多种输入材料；接收表面，其用于接收从打印头分配的第一层材料；和定位组件，其用于将打印头的分配孔定位于3D空间中，其中定位组件可操作地联接到打印头。