[发明专利]用于立体光刻三维打印的设备和方法

说明书

本发明涉及一种用于立体光刻三维(3D)打印的设备和方法，包括：a)适于容纳可光聚合聚合物的容器，b)发射波长在360nm和1000nm之间的光束的至少一个激光发生器，c)用于将所述光束调制成作为光矩阵的至少两个光片的调制装置，以及d)用于照射容纳所述可光聚合聚合物的容器中的所述光片的装置；其中所述至少一个激光发生器被布置成使得所述至少两个光片在所述容器内交叉，导致可光聚合聚合物在所述光片的交叉处聚合。

描述

本公开涉及一种用于立体光刻(stereolithographic)三维(3D)打印的设备，以及使用所述设备进行打印的方法。

通常，光聚合打印机使用数字光处理(DLP)技术或立体光刻(SLA)技术。

DLP是一种众所周知的技术，其中光束投射到液态的光聚合物上，该光聚合物在聚合时硬化，从而实现聚合。尽管使用这种技术的打印具有良好的精度和速度，特别是用于聚合低分子量的聚合物，但是除了是相对昂贵的技术和低分辨率之外，它对于聚合高分子量的聚合物也存在问题。

SLA技术基于将激光投射到放置在容器中的光聚合物上，使得所述光聚合物硬化。在这种情况下，可以在沿着Z轴移动激光器为聚合物硬化提供接下来的位置的同时获得3D打印。该技术允许高分子量聚合物的聚合，并且与DLP系统相比具有更高的精度和打印分辨率，尽管其生产速度较低。

含有活细胞、抗体或蛋白质的聚合物的光聚合也是已知的，这些活细胞、抗体或蛋白质在聚合物的光聚合后保留在聚合物内。在这些情况下，SLA技术的低打印速度阻碍了嵌入细胞的正确堆叠和活性(viability)，进一步修改了其机械、生物化学和结构性质，而无法与任何组织中的等效细胞相似。

本发明人在广泛研究后，已经开发了一种克服上述缺点的用于立体光刻3D打印的设备。本发明的设备允许高速实现高分辨率打印，与立体光刻三维(3D)打印过程完全兼容。此外，本发明的设备满足生物打印机的需要，允许3D打印可能包含活细胞的光聚合物，在印模(impression)后获得高于99％的细胞存活率。此外，通过使用本发明的打印系统，细胞不会受到任何类型的应力，而在通常的3D打印过程中原本经常受到任何类型的应力，在这些通常的3D打印过程中，细胞和聚合物通过狭窄的喷嘴，产生不希望的应力，特别是剪切应力。本发明的设备允许获得与组织内任何细胞微环境具有相同异质架构和相同机械、生物化学和结构性质的含细胞结构，而不会由于长的打印周期而损害细胞存活率。也就是说，可以以这种打印速度获得完整功能的组织替代物(surrogate)。

本发明的一个目的是提供一种用于立体光刻3D打印的设备，与现有技术的设备相比，本发明的设备允许以高速和以更有效的方式聚合可光聚合聚合物(photopolymerizable polymer)。

更具体地，本发明涉及一种用于立体光刻三维(3D)打印的设备，包括：

a)适于容纳可光聚合聚合物的容器，

b)发射波长在360nm和1000nm之间的光束的至少一个激光发生器，

c)调制装置，其用于将所述光束调制成作为光矩阵的至少两个光片(lightsheet)，以及

d)用于照射容纳所述可光聚合聚合物的容器中的所述光片的装置；

其中，所述至少一个激光发生器被布置成使得所述光片在所述容器内交叉，导致可光聚合聚合物在所述光片的交叉处聚合。

优选地，本发明的设备包括两个激光发生器。替代地，本发明的设备包括一个激光发生器。当在本发明的设备中仅使用一个激光发生器时，调制装置包括分光器以获得两个光束。

优选地，所述至少一个激光发生器被布置成使得所述至少两个光片在容纳所述可光聚合聚合物的所述容器内交叉，在两个光片之间形成大于45°的角度。更优选地，所述激光发生器被布置成使得所述至少两个光片在容纳所述可光聚合聚合物的所述容器内交叉，形成90°的角度。