[发明专利]表面声波(SAW)3D打印方法

说明书

本申请公开了一种制备嵌入由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒结构的方法，包括以下步骤：a.通过以下步骤形成具有嵌入其中的颗粒子结构的水凝胶基质层，i.在容器中的水凝胶基质前体层中提供悬浮颗粒，所述容器具有一个或多个内表面部分，该内表面部分与一台或多台振动发生器振动耦合；ii.使在所述水凝胶基质前体层中的所述悬浮颗粒经受振动，以在所述水凝胶基质前体中产生驻声波，从而在空间上将颗粒在水凝胶前体层内分配成颗粒子结构，所述振动从所述容器的与所述振动发生器振动耦合的至少内表面部分发出；iii.使所述水凝胶前体固化，以形成具有嵌入其中的颗粒子结构的水凝胶基质层；b.在单独的容器中通过进行步骤a而形成具有嵌入其中的颗粒子结构的另外的水凝胶基质层，以及将所述另外的层沉积在之前形成的具有嵌入其中的颗粒子结构的水凝胶基质层的顶部上；c.重复步骤b至少两次或更多次，以形成三维颗粒结构。

技术领域

本发明涉及一种用于获得嵌入在由水凝胶基质形成的主体中的三维颗粒(particulate)结构的增材制造方法。

背景技术

用于包括活细胞的三维构建体的最新制造技术要求开发非常特殊的生物墨水，或者基于支架上的单个细胞的操作/沉积，当需要制备大的构建体或多个构建体时，这是一个漫长的过程。

已知声波对细胞在可交联的液体介质中的定位有用，这允许非常快地获得包括活细胞和/或生物活性粒子的大致二维的构建体。细胞在暴露于声波的液体介质中的定位几乎是瞬时的，因此将细胞和/或生物活性粒子固定在可交联的介质内所需的时间主要取决于可交联的介质固化所需的时间。然而，当使用驻声波时，仅可以以大致二维的方式将细胞定向，这是由于细胞的分配将由液层表面上的波节和波腹的位置决定。例如，不可能形成沿z方向(即，垂直于液体介质表面的方向)变化的结构，例如球体或圆锥体。尽管此类结构例如可以通过3D打印技术形成，但是这些技术具有以下缺点，它们相对耗时并且需要特殊的生物墨水和3D打印设备。另外，在生物墨水通过打印设备的喷嘴喷出期间，细胞经受的剪切力降低了细胞的活力。

WO 2016/069493 A2涉及一种制造多层图案化的细胞集合体的方法，其中将含有细胞的细胞悬浮液溶液装载到液体-载体腔室中。一旦细胞悬浮液溶液中的细胞在重力作用下沉降到腔室的底部，则将所谓的法拉第波形式的流体拖曳力施加到振动发生器上，使得沉降的细胞定向为特定的分布。

WO 2015/112343 A1提供了一种不使用支架来提供组织再生的系统和方法。该系统包括：容器，其容纳有适于增强组织再生过程的流体；以及在容器的一端的声波换能器，和在容器的相对端的反射器。换能器提供声波信号，所述声波信号在血管中产生将流体中的细胞限制在多个结构中的驻声场。

WO 2013/118053 A1涉及一种在包含液体的通道中形成诸如细胞的物体的多层聚集体的方法，其中，该聚集体通过在每个区域内将诸如驻波的声波在施加到所述物体上而形成。

US 2004/0137163 A1提供了一种用于机器人操纵物体的系统和方法，其中，在通过向其传递能量(例如通过振动)而搅动的液体中形成驻波，所述驻波将物体沿着驻波的波节对齐。驻波的位置可以通过控制能量输入、通过改变容器的尺寸和形状来确定。

因此，需要一种增材制造方法，其中能够以时间有效的方式和足够复杂的方式获得大体积的构建体，并且其中保持细胞活力。

发明内容

在本发明中，通过提供一种方法解决了上述问题，该方法允许用不太复杂的设备制备复杂的三维结构，同时减少了提供这种复杂的三维结构所需的时间。