[发明专利]激光打印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墨水的打印方法。所述方法包括：聚焦激光束(66)以在墨水膜(74)中产生空腔的步骤；从墨水膜(74)的自由表面(78)形成至少一个墨水液滴(82)的步骤；和将所述液滴(82)沉积到位于距离膜(74)给定距离(L)处的接收基板(58)的沉积表面(56)上的步骤。所述方法的特征在于，激光束(66)指向与重力(G)方向相反的方向。膜的自由表面(78)向上朝向位于墨水膜(74)上方的沉积表面(56)。

本发明涉及一种激光打印方法和用于实现所述方法的装置。

墨水打印在许多领域中用来重现复杂的设计。因此，特别是可以在诸如生物学、电子学、材料或钟表制造等多个领域中实施元件打印。在这些领域遇到的问题类似，特别是涉及用于以非常小的规模制造元件组合的需求。包括在特定位置沉积材料的图案的再现可以通过使用掩模或借助于选择性消融的步骤在化学或物理上进行。

为了克服这些方法的缺点(污染的风险、复杂的实施、沉积数种元件的困难组合)，已经开发了墨水打印方法。这些方法的优点有为适于使用与其相关的计算机辅助设计工具非常自由地生成元件图案。

在生物学领域，取决于结构，所述打印方法称为生物打印、生物元件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。

在第一个实施方式中，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。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元件的方法，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。

类似地，也在其他领域开发了激光打印，以便提高分辨率和扩大可用墨水的范围。

与喷嘴打印技术相比，激光打印提供更大的使用灵活性(能够打印在柔软、不平坦的表面上...)，降低剪切应力，并限制沉淀的风险。根据另一个优点，可以从几微升量级的小量墨水进行打印，这对于昂贵材料的沉积是有趣的。最终，如WO2011/107599 中所述，可以使用打印系统来查看和选择液滴区域。

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元件的装置包括：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。