[发明专利]三维机器人生物打印机

说明书

一种将外科手术机器人用作三维打印机以用于在受试者体内制造生物组织的微创系统。术前计划被用于指令并且控制机器人的运动以及机器人生物墨水挤出两者。机器人运动与墨水挤出相协调以形成具有期望的厚度和尺寸的层，并且不同类型的墨水的使用使得复合元件能够被铺设。此类系统具有小直径生物墨水喷射机制，通常以活塞驱动插管的形式，使得能够到达具有有限空间的区域(诸如关节)。机器人控制被编程以使得围绕在进入受试者的插入点处的枢转点进行角运动。可在插管中以预先确定的层存储生物墨水以使得能够从一个插管进行顺序分配。

技术领域

本发明涉及生物打印领域，尤其涉及使用微创机器人外科手术(surgical)系统在体内执行的生物打印。

背景技术

使用三维生物打印的组织工程一直是一个前景光明的研究领域，为弥合器官短缺与移植需求之间的鸿沟提供了希望。三维生物打印允许组织或潜在的甚至器官被工程改造(engineer)并且随后被植入至受试者体内，从而大大地减少了患者等待治疗的时间。此外，由于可以从少量受试者组织(自体组织)中工程改造组织，故这种可能性的使用可避免对植入物的排斥以及对于抗排斥药物的需要。

可以在Rengier F等人的题为“3D printing based on imaging data:review ofmedical applications(基于成像数据的3D打印：医学应用的综述)”的文章中找到对于器官的三维打印的综述，该文章发表在International Journal of Computer AssistedRadiology Surgery(《国际计算机辅助放射外科杂志》)，2010年7月；5(4):335-41.doi:10.1007/s11548-010-0476-x.电子公布2010年5月15日。

Boland等人的“Ink-Jet Printing of Viable Cells(活细胞的喷墨打印)”美国专利7,051,654描述了“用于通过将包含细胞的细胞组合物喷墨打印到基质上(其中至少约25％的所述细胞在培养24个小时之后仍在所述基质上保持存活)在类人环境中形成活细胞阵列的方法”。然而，该现有技术仅描述了将活细胞生物打印至基质上，而并没有描述直接打印至受试者的体内。

Xiaofeng Cui等人的题为“Direct Human Cartilage Repair Using Three-Dimensional Bioprinting Technology(使用三维生物打印技术进行直接人类软骨修复)”的文章中陈述道“这种基于3D热喷墨的生物打印/光聚合的方法提供了具有足够的机械稳定性的计算机控制的逐层构造的材料的第一示例以用于软骨开发”，该文章发表在TissueEngineering(《组织工程》)：A部分，第18卷，编号11以及12，2012年。该引用描述了利用经修改的HP Deskjet 500打印机使用每一个打印头中的50个喷嘴在体外打印至生物纸上，并且随后在打印之后的24小时检查细胞活力。

除了工程改造活细胞的方法之外，也描述了用于在体外工程改造自体或者非自体组织以及器官并且随后将它们植入至受试者的体内的方法以及系统。然而，此类方法需要具有与打印的组织的最终尺寸相同的尺寸量级(order)的开口，大大地增加了对于周围健康组织的创伤。