[發明專利]經由動態光學投影的無分層生物打印及其用途

有效

• 申請號: 201580035735.0
• 申請日: 2015-05-20
• 公開（公告）號: CN106660236B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 彼得·鐘;瞿鑫;張阿平;陳紹琛
• 申請（專利權）人: 加利福尼亞大學董事會
• 主分類號: B29C35/08
• 分類號: B29C35/08
• 代理公司: 11262 北京安信方達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張瑞;鄭霞<國際申請>=PCT/US20

一種用于3D微制造的系統和方法，該用于3D微制造的系統和方法將能夠引發光聚合的光朝向一個空間光調制器投影，該空間光調制器調制響應于對應于結構的層的數字掩模的光。投影光學器件將該調制光聚焦在支持于一個載物臺上的一種可光聚合材料內的一個光學平面上。一種計算機控制器使得該空間光調制器投影出對應于這些數字掩模的一種圖像序列，同時協調該載物臺的移動以移動該光學平面在該可光聚合材料內的位置以依序投影出該序列的每個圖像從而通過逐漸地光聚合該可光聚合材料產生該結構。

相關申請

本申請要求2014年5月20日提交的美國臨時申請號62/001,025的權益，該臨時申請通過引用以其全文結合在此。

政府權利

本發明是在由美國國立衛生研究院授予的基金號EB012597下的政府支持下進行的。政府對本發明具有某些權利。

發明領域

本發明涉及一種用于微制造光聚合物的三維結構和用于制造具有平滑(無分層)輪廓的生物支架的方法。

發明背景

傳統的細胞培養通常在培養皿中進行，并且更普遍使用的細胞生物技術依賴于培養的細胞在2D平臺上的使用。眾所周知，細胞基底的機械特性影響細胞的分化、生長和能動性。因此，當設計細胞支架時，材料的機械特性是重要考慮的。為了模擬實際的細胞環境，有必要使用3D生物制造方法而非2D圖案化方法創建3D功能組織模型。此外，制造過程和/或材料必須是細胞友好型的。用于生物支架的目前制造系統利用了諸如生物噴墨打印和光柵激光投影的方法，這些方法在可擴縮性和速度方面是受限的，并且不能創建復雜結構和可擴縮的組織構建體。澆鑄方法可以實現基本幾何結構，但不能復制具有復雜仿生特征和縱橫比的復雜3D幾何結構。激光微光固化快速成型(激光-μSL)技術已因它們創建3D支架的能力而變得流行[馬皮力(Mapili)等人，2005；甘賽爾(Gansel)等人，2009]。然而，使用激光-μSL的支架制造通常由于逐點的激光掃描而較慢。許多現有的逐層式光固化快速成型方法的特征不在于動態變化的掩模和同時發生的載物臺移動，并且因此產生不希望的層偽影(artifacts)，這些層偽影可以改變細胞應答并且不反映出真實的天然生理學。

一種已被碳3D公司(Carbon3D,Inc.)(雷德伍德城(Redwood City)，加利福尼亞州(CA))商業化用于浸沒式打印聚合物納米結構的方法涉及將圖像投影通過液體樹脂貯存池的透明底板，同時當樹脂固化在基底的底部上時逐漸地將浸沒的基底抬離底板。池的透氧透明底板使得溶解氧的“死區”抑制池底板處的聚合。碳3D系統中使用的技術描述在授予約瑟夫·德西蒙尼(Joseph M.DeSimon)等人的許多美國專利(公布的和等待審批的)中，包括號8,263,129，該專利通過引用結合在此。碳3D系統的貯存池和基底保持靜止，其中僅浸沒的基底在z軸線內移動以在打印行進時將打印的對象抬離底板，這限制了可以創建的形狀的多樣性。此外，技術對浸沒的依賴性限制了可以使用的材料的類型和組合。

常規的光固化快速成型方法并不非常適于復雜的細胞支持性3D微結構的高通量制造，特別是在生命科學中普遍使用的基底諸如多孔板內尤其如此。這些缺點嚴重限制了3D打印細胞培養方法的廣泛采用，因為研究者常常依賴于被配置成與已建立的實驗工作流程成為一體的普遍使用的實驗儀器接口的產品。多孔細胞培養板(除顯微載片、培養皿、細胞培養燒瓶等之外)常常用作在上面設計專門培養環境的事實標準。在多孔板內，許多3D水凝膠細胞培養平臺特征在于生物相容性和/或生物衍生的材料，這些材料是已聚合的或以其他方式制造的，但是典型地作為非圖案化的體結構。類似地，還在多孔或標準顯微載玻片形式上開發了具有集成的微流體或多電極陣列的高通量細胞培養系統。