ES2878120T3 - Tecnología de cámara limpia para bioimpresoras e impresoras 3D - Google Patents

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Abstract

Un instrumento de laboratorio, que comprende: una cámara limpia (5, 105), que comprende un alojamiento adaptado para alojar una bioimpresora o impresora 3D, en el que el alojamiento comprende un armazón metálico (145); una unidad de suministro de aire (30, 130) que comprende un soplador o ventilador (20) y que está adaptada para llevar aire filtrado al alojamiento desde el exterior del alojamiento; y uno o más orificios de ventilación (155) dispuestos dentro del alojamiento; estando dichos orificios de ventilación (155) adaptados para dejar salir el aire del alojamiento; una pluralidad de ventanas (150) y puertas (160) dispuestas dentro del alojamiento que proporcionan visualización o acceso a partes de la bioimpresora o impresora 3D; un sistema de sellado alrededor de las puertas (160) y ventanas (150) del alojamiento; en el que el conjunto de la unidad de suministro de aire (30, 130), uno o más orificios de ventilación (155), y el sistema de sellado están configurados para proporcionar presión positiva y un entorno esencialmente limpio dentro del alojamiento; en el que la cámara limpia (5, 105) es capaz de mantener una presión positiva en el interior por medio de la unidad de suministro de aire (30, 130); y una impresora 3D que comprende: una cama de impresión 3D (190); una o más fuentes de fluido adaptadas para impresión 3D dispuestas por encima de la cama de impresión (190); caracterizado porque dicha unidad de suministro de aire (30, 130) comprende un filtro de aire de alta eficiencia (10); estando adaptado dicho filtro (10) para filtrar al menos el 95 % de las partículas de 0,30 micrómetros o más en aire ambiente que rodea el alojamiento; y en el que la unidad de suministro de aire (30, 130) está dispuesta dentro del alojamiento y en la parte superior del alojamiento, y el uno o más orificios de ventilación (155) están dispuestos a los lados o en la parte inferior del alojamiento, y en el que el alojamiento tiene un volumen que es inferior a 1 m3; y en el que la impresora 3D está dispuesta dentro del alojamiento de manera que la cama de impresión 3D (190) está dispuesta entre la unidad de suministro de aire (30, 130) y el uno o más orificios de ventilación (155).

Description

DESCRIPCIÓN
Tecnología de cámara limpia para bioimpresoras e impresoras 3D
Antecedentes de la invención
Referencia cruzada con respecto a solicitudes relacionadas
Esta solicitud se basa en la divulgación y reivindica prioridad sobre y el beneficio de la fecha de presentación de la solicitud provisional estadounidense n.° 62/212.324, presentada el 31 de agosto de 2015.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a bioimpresoras e impresoras 3D y, más particularmente, a la tecnología que proporciona un entorno de funcionamiento de aire limpio, con contaminantes, sustancias contaminantes y partículas reducidos, para bioimpresoras e impresoras 3D sin el uso de instalaciones de sala limpia.
Descripción de la técnica relacionada
La impresión tridimensional (3D) y la bioimpresión 3D son tecnologías de fabricación aditiva en las que puede depositarse un material o biomaterial capa por capa en un patrón predeterminado usando una bioimpresora o impresora 3D. En bioimpresión 3D, el biomaterial puede ser de cualquier forma, tal como líquido, hidrogel o de tipo pasta, y puede mezclarse con células animales o humanas para producir modelos de tejidos u órganos. La esterilidad es un problema importante en estas operaciones. Normalmente se resuelve colocando la bioimpresora 3D en una sala limpia, lo cual es muy caro y limitado a instalaciones certificadas especiales. Por lo tanto, existe la necesidad en la técnica de mejoras que superen estas desventajas.
El documento CN 204547088 U da a conocer una carcasa de protección ambiental para una impresora 3D en la que se filtran los gases descargados de la carcasa, limitando por tanto la liberación de sustancias nocivas en el entorno circundante durante la impresión 3D.
El artículo “WiiBoox One Mini Review” (22 de agosto de 2015, XP055566861, https://www.3dengr.com/wiiboox-onemini-review.html) da a conocer una impresora 3D de escritorio portátil diseñada para uso doméstico o de oficina y que incorpora un sistema de filtración de partículas de aire.
El artículo “Afinia H800 3D Printer User's Manual - Version 1.2” (XP055566714) describe la impresora 3D comercial H800 de Afinia 3D y menciona la presencia de un filtro HEPA en la misma.
El artículo “Deposition of Cell-Laden Hydrogels in a Complex Geometry Using a 3D BioPrinter” de SARAH GRACE DENNIS ET AL. en MICROSCOPY AND MICROANALYSIS (DOI: 10.1017/S1431927615003906) muestra una bioimpresora encerrada en una cámara de contención hermética con entrada y escape filtrados que mantiene una presión positiva interna para reducir el riesgo de contaminación.
Sumario de la invención
La invención se define por las reivindicaciones adjuntas. Las realizaciones de la invención proporcionan tecnología de cámara limpia para bioimpresoras e impresoras 3D. En realizaciones, la tecnología proporciona un entorno limpio para la bioimpresión 3D de modelos de tejidos y órganos humanos y el cultivo de células 3d sin requerir instalaciones de sala limpia. En el contexto de la invención reivindicada, se proporciona una cámara o recinto con un armazón metálico que es total o relativamente hermético para que pueda crearse presión positiva en el interior de la cámara de impresión. El aire no filtrado se atrae desde el exterior al interior de la cámara a través de un filtro de alta eficiencia tal como un filtro de detención de partículas de alta eficiencia (HEPA), usando un ventilador alimentado eléctricamente, que filtra al menos aproximadamente el 99 % de partículas y contaminantes. A continuación, el aire filtrado se sopla preferentemente de manera muy suave, el flujo laminar se dirige al interior de la cámara de impresión y sale a través de los orificios de ventilación dentro del armazón.
Realizaciones de la invención proporcionan una cámara limpia que incluye un alojamiento y una unidad de suministro de aire y uno o más orificios de ventilación dispuestos dentro del alojamiento. El alojamiento está adaptado para alojar una bioimpresora o impresora 3D y tiene un volumen que es inferior a 1 m3. La unidad de suministro de aire y uno o más orificios de ventilación pueden configurarse para proporcionar flujo de aire laminar en el interior del alojamiento. El flujo laminar puede ser vertical u horizontal. La unidad de suministro de aire incluye un filtro de alta eficiencia y un ventilador y el filtro de alta eficiencia puede ser un filtro HEPA o un filtro de aire de penetración ultrabaja (ULPA). La unidad de suministro de aire y uno o más orificios de ventilación están configurados para proporcionar presión positiva en el interior del alojamiento, tal como un diferencial de presión positiva de columna de agua de 0,05 cm a 0,5 cm (0,02 pulgadas a 0,2 pulgadas). El alojamiento incluye además puertas o puertos configurados para proporcionar acceso a la bioimpresora o impresora 3D, así como ventanas adaptadas para ver la bioimpresora o impresora 3D. El alojamiento incluye además un sistema de sellado alrededor de las ventanas y las puertas para hacer que el alojamiento sea hermético. El alojamiento puede estar construido de materiales que incluyen uno o más de acero, acero inoxidable, aluminio, titanio, vidrio o plástico, o cualquier combinación de los mismos.
Según la invención, la cámara limpia está incluida en un instrumento de laboratorio, dicha cámara limpia incluye un alojamiento y una unidad de suministro de aire y uno o más orificios de ventilación dispuestos dentro del alojamiento. El instrumento de laboratorio incluye además una impresora 3D que incluye una plataforma de impresión o cama de impresión 3D y una o más fuentes de fluido adaptadas para impresión 3D dispuestas por encima de la cama de impresión. La impresora 3D está dispuesta dentro del alojamiento de tal manera que la cama de impresión 3D está dispuesta entre la unidad de suministro de aire y el uno o más orificios de ventilación. Además, la cámara limpia es capaz de mantener una presión positiva en el interior por medio de la unidad de suministro de aire, tal como una presión diferencial positiva en el intervalo de una columna de agua de 0,05 cm a 0,5 cm (0,02 pulgadas a 0,2 pulgadas). En realizaciones, el alojamiento incluye además uno o más controles o dispositivos de visualización para comunicarse mediante interfaz con la impresora 3D. El alojamiento incluye además una puerta adaptada para proporcionar acceso en el interior del alojamiento y al menos una ventana adaptada para ver en el interior del alojamiento. La unidad de suministro de aire está dispuesta en la parte superior del alojamiento y el uno o más orificios de ventilación están dispuestos en los lados o en la parte inferior del alojamiento. En esta realización, la unidad de suministro de aire y uno o más orificios de ventilación están configurados para proporcionar un flujo de aire laminar vertical que está dispuesto por encima de la cama de impresión 3D. En realizaciones, la unidad de suministro de aire comprende un ventilador y un filtro de alta eficiencia tal como un filtro HEPA o un filtro ULPA. El alojamiento está hecho de un material que incluye uno o más de acero, acero inoxidable, aluminio, titanio, vidrio o plástico. Según la invención reivindicada, el instrumento está dimensionado para ser inferior a 1 m3 y, preferiblemente, tiene una huella (tal como una base con una longitud y anchura) que es menor que la profundidad de un banco de laboratorio estándar, es decir, 60 cm.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos adjuntos ilustran determinados aspectos de realizaciones de la presente invención, y no deben usarse para limitar la invención. Junto con la descripción escrita, los dibujos sirven para explicar determinados principios de la invención.
La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra una vista superior de la tecnología de cámara limpia según una realización de la invención.
La figura 2 es un diagrama esquemático que muestra una configuración detallada del filtro de alta eficiencia y el ventilador alimentado eléctricamente según una realización de la invención.
La figura 3 es una fotografía que muestra una vista lateral de una bioimpresora 3D con cámara limpia integrada según una realización particular de la invención.
La figura 4 es una fotografía que muestra una vista frontal de una bioimpresora 3D con cámara limpia integrada según una realización particular de la invención.
Descripción detallada de diversas realizaciones de la invención
Ahora se hará referencia en detalle a diversas realizaciones a modo de ejemplo de la invención. Debe entenderse que la siguiente descripción de realizaciones a modo de ejemplo no pretende ser una limitación de la invención. Más bien, la siguiente descripción se proporciona para dar al lector una comprensión más detallada de determinados aspectos y características de la invención.
La presente invención proporciona una cámara limpia adaptada para alojar o contener una impresora 3D tal como una bioimpresora 3D. La cámara limpia puede ser un alojamiento independiente que rodea la impresora 3D, o puede estar integrada con la impresora 3D. La cámara limpia está dimensionada de tal manera que está adaptada para rodear o abarcar la impresora 3D al tiempo que minimiza el espacio adicional. La cámara limpia inventiva proporciona una zona de aire purificado que rodea la impresora 3D que puede alojarse en una instalación de laboratorio estándar que no cumple las especificaciones de sala limpia.
Por lo tanto, según la invención reivindicada, la cámara limpia es una unidad de pequeño tamaño, inferior a 1m3, con una unidad integrada de suministro de aire. Las dimensiones de la cámara limpia pueden variar, pero normalmente están configuradas de tal manera que la cámara limpia ocupa un volumen que es inferior a 10x, 9x, 8x, 7x, 6x, 5x, 4x, 3x, o 2x el volumen de la impresora 3D en sí. En algunas realizaciones, el volumen de la cámara limpia es inferior a 1,9x, 1,8x, 1,7x, 1,6x, 1,5x, 1,4x, 1,3x, 1,2x, 1,1x el volumen de la impresora 3D. La forma de la cámara limpia puede variar, pero generalmente se prefiere un cuboide cuadrado o rectangular, o en forma de caja. Las dimensiones a modo de ejemplo de la cámara limpia incluyen 100 cm x 90 cm x 90 cm, 90 cm x 80 cm x 80 cm, 80 cm x 80 cm x 80 cm, 90 cm x 90 cm x 80 cm, 95 cm x 80 cm x 80 cm, 80 cm x 80 cm x 75 cm, 75 cm x 75 cm x 75 cm, 80 cm x 70 cm x 70 cm, 70 cm x 70 cm x 70 cm, 60 cm x 60 cm x 60 cm, 50 cm x 50 cm x 50 cm, y así sucesivamente. En realizaciones, las dimensiones de la cámara limpia pueden albergar cualquier bioimpresora o impresora 3D, incluyendo chorro de tinta, asistida por láser, y bioimpresoras o impresoras 3D de extrusión. En determinadas realizaciones, la cámara limpia está dimensionada para tener una huella que se ajusta en un banco de laboratorio estándar y es inferior a 0,5m3 en volumen, tal como 40 cm x 40 cm x 50 cm, y 40 cm x 40 cm x 40 cm y tiene un peso en el intervalo de aproximadamente 13,6-22,7 kg (30-50 libras), que incluye la bioimpresora 3D en su interior. En realizaciones específicas, la cámara limpia tiene dimensiones a modo de ejemplo de 33 cm x 30 cm x 38 cm o 33 cm x 30 cm x 47 cm y tiene un peso de aproximadamente 18,1 kg (40 libras), incluyendo la bioimpresora 3D.
Según la invención reivindicada, la cámara limpia proporciona ventanas y puertas transparentes para ver o acceder a diversos componentes de la impresora 3D. Por ejemplo, las ventanas y puertas pueden proporcionar visualización o acceso a componentes tales como motores, cabezales de impresión, cama de impresión, sustratos para impresión, estructuras impresas, cartuchos, jeringas, plataformas, láseres y controles. Adicionalmente, la cámara limpia puede proporcionar puertos para cables que se conectan a la impresora 3D, tales como cables de alimentación, cables USB y similares.
En una realización, la cámara limpia proporciona ventanas transparentes para ver componentes operativos específicos de la impresora 3D. Las ventanas transparentes pueden estar hechas de vidrio, plexiglás, plástico o similares. Algunas realizaciones proporcionan puertos de brazo con mangas y guantes hechos de un material hermético tal como acrílico, PVC, caucho, o polipropileno. En esta realización, la cámara limpia permite al operario acceder a la impresora 3D al tiempo que mantiene un entorno de aire limpio dentro de la cámara limpia que rodea la impresora 3D. Alternativamente o, además, pueden proporcionarse puertas o puertos que permiten al operario insertar o retirar materiales en el interior de la cámara y permitir el acceso a la impresora 3D. Las puertas o puertos pueden estar diseñados para minimizar la introducción de material particulado en el interior de la cámara. En algunas realizaciones, las puertas y los puertos son transparentes para proporcionar la visualización de la impresora 3D y pueden estar hechos de vidrio, plexiglás, o plástico. Las puertas o puertos pueden tener una posición cerrada sellada hermética, o una posición abierta que permite el acceso a la impresora 3D. En la posición abierta, el entorno de presión positiva en el interior de la cámara limpia garantiza que no se introduzcan contaminantes en el interior de la cámara. Alternativamente o, además, la cámara limpia puede estar equipada con una lámpara germicida Ultravioleta C (100-280 nm, 4,43-12,4eV) para esterilizar el interior de la impresora 3D, particularmente la cama de impresión, antes de su uso para impedir la contaminación por inactivación de bacterias, virus, y protozoos que pueden entrar en la cámara limpia. Las puertas o puertos están situados de manera óptima para permitir el acceso a diversos componentes de la bioimpresora o impresora 3D que pueden necesitar extracción o reemplazo, tales como jeringas que contienen materiales de impresión, o materiales impresos en 3D de la cama de impresión de la impresora. Las puertas o puertos también pueden proporcionar acceso a controles de funcionamiento de la impresora. Adicionalmente, la cámara limpia puede integrarse con la bioimpresora o impresora 3D de una manera que permita el funcionamiento de la impresora 3D al tiempo que se mantiene un entorno de aire limpio. Por ejemplo, la cama de impresión de la impresora 3D puede configurarse como o encerrarse en una puerta o bandeja de acceso deslizante que permite la retirada de productos impresos en 3D. De nuevo, el entorno de presión positiva mantenido por la unidad de suministro de aire garantiza que el aire no filtrado no entre en la cámara limpia cuando la puerta de acceso deslizante u otros puertos están abiertos. En otra realización, los controles de la impresora 3D se proporcionan fuera del alojamiento de la cámara limpia, y transmiten órdenes a la impresora 3D. De esta manera, la impresora 3D se controla sin que un operario tenga que romper el alojamiento hermético para controlar la impresora. Alternativamente, el alojamiento puede tener puertos USB que están conectados por cable a la impresora 3D, y la impresora 3D puede controlarse a través de un ordenador, placa base o procesador conectado al alojamiento a través de los puertos USB. El firmware instalado en el ordenador de la impresora 3D puede programarse para controlar la velocidad del ventilador o soplador en el sistema de filtración de alta eficiencia a través de un microcontrolador y un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico o cualquier otro tipo de transistor usado para amplificar o conmutar señales electrónicas. Alternativamente, la velocidad del ventilador o soplador puede controlarse a través de la interfaz de software en un dispositivo informático externo. La velocidad de flujo de aire, el ciclo de vida del filtro de alta eficiencia y el recuento de partículas en la cámara limpia pueden mostrarse visualmente en la pantalla táctil o dispositivo de visualización LCD en la impresora 3D y en la interfaz de software.
Según la invención reivindicada, se proporciona un sistema de sellado alrededor de las ventanas, puertas y/o puertos de la cámara limpia. El sistema de sellado puede estar hecho de caucho, silicona o espuma en combinación con un adhesivo. El sistema de sellado garantiza que la cámara limpia pueda mantener un entorno de presión positiva cuando se introduce aire en el interior de la cámara. El sistema de sellado puede disponerse en la interfaz de las ventanas y las puertas con el alojamiento para garantizar que el interior del alojamiento sea hermético o sustancialmente hermético. Tal alojamiento hermético permite que la unidad de suministro de aire (descrita a continuación) mantenga una presión positiva dentro del alojamiento.
Según la invención reivindicada, la cámara limpia incluye una unidad de suministro de aire. La unidad de suministro de aire incluye un soplador o ventilador en comunicación con un filtro de alta eficiencia. El filtro de alta eficiencia puede ser un filtro de detención de partículas de alta eficiencia (HEPA), filtro de aire de penetración ultrabaja (ULPA) o similares. En realizaciones particulares, el filtro de alta eficiencia puede ser, como mínimo, una clase de filtro HEPA EU10, que tiene una eficiencia del 95-99,9 %. En otras realizaciones, el filtro HEPA puede ser de hasta clase U17, que tiene una eficiencia del 99,999995 %. Realizaciones proporcionan un sistema de filtración que lleva aire no filtrado desde el entorno exterior de la bioimpresora y lo empuja a través del filtro de alta eficiencia con la ayuda de un ventilador al interior de la cámara limpia, cuando se mueven volúmenes de aire con pequeño aumento de presión, o con la ayuda de un soplador, cuando se mueven volúmenes de aire con un aumento moderado de la presión.
Alternativamente, el aire puede empujarse a través del filtro de alta eficiencia usando una bomba de aire. El sistema de filtración está diseñado de modo que todo el aire atraído al interior de la bioimpresora se expulse a través del filtro de modo que no se fugue nada de aire más allá del filtro. En realizaciones, el sistema de filtración es capaz de cubrir un área de entre 25 cm2 y 2 m2, tal como un área de aproximadamente 25 cm2, 50 cm2, 75 cm2, 1 m2, 1,25 m2, 1,5 m2,
1,75 m2, o 2 m2 o más, dependiendo del tamaño de la impresora o bioimpresora y del número de cabezales de impresión que debe albergar la cámara limpia. En realizaciones, el volumen de aire que puede tratarse puede oscilar hasta 1 m3, hasta 2 m3, hasta 3 m3, hasta 4 m3, hasta 5 m3, o hasta 6 m3 y así sucesiv requisitos de bioimpresora. Adicionalmente, el sistema de filtración puede incorporar unidades de luz UV de alta energía para destruir los virus y las bacterias vivas atrapados por el filtro de alta eficiencia.
En algunas realizaciones, el filtro de alta eficiencia se coloca por delante de la salida del soplador o ventilador de modo que el filtro reciba directamente la salida. En otras realizaciones, el filtro de alta eficiencia se coloca detrás del soplador o ventilador de modo que el aire entrante pase primero a través del filtro antes de entrar en el soplador o ventilador.
En otras realizaciones, se colocan dos filtros de alta eficiencia, con uno colocado antes del soplador o ventilador y uno colocado después del soplador o ventilador. El soplador o ventilador puede tener un motor eléctrico monofásico o, alternativamente, un motor trifásico. Además, el motor eléctrico puede funcionar en fuentes de potencia eléctrica de
CA o CC. Alternativamente o, además, el soplador o ventilador puede alimentarse por una batería de manera que la cámara limpia pueda hacerse funcionar durante las interrupciones de potencia. Además, en realizaciones, el soplador
0 ventilador está configurado para tener diferentes velocidades. Una realización particular proporciona un ventilador de velocidad variable que se acciona por un accionamiento de velocidad variable. El ventilador de velocidad variable proporciona un control preciso del flujo de aire en el interior de la cámara limpia. La unidad de suministro de aire se hace funcionar con un flujo que está diseñado para mantener un diferencial de presión positiva en el interior de la cámara en comparación con la presión exterior. Por lo tanto, en caso de que se produzcan fugas en el sistema de sellado, el aire presurizado en el interior de la cámara se fugará hacia fuera en lugar de hacia dentro, garantizando que el aire contaminado no se fugue hacia dentro.
En algunas realizaciones, el filtro o filtros de aire de alta eficiencia filtran al menos el 99 % de las partículas del aire ambiente que rodea la cámara. Según la invención reivindicada, el filtro o filtros de aire de alta eficiencia filtran al menos aproximadamente el 95%, preferiblemente al menos el 96%, 97%, 98%, 99%, 99,1 %, 99,2%, 99,3%,
99,4 %, 99,5 %, 99,6 %, 99,7 %, 99,8 %, 99,9 %, 99,95 %, 99,96 %, 99,97 %, 99,98 %, 99,99 %, 99,995 %, 99,999 %, 99,9999 %, 99,99999 %, 99,999995 % o más de partículas de 0,30 micrómetros o más del aire ambiente que rodea la cámara. En realizaciones, el filtro o filtros de aire de alta eficiencia proporcionan un entorno estéril, o casi estéril, en el interior de la cámara. Esto permite la fabricación en 3D de tejidos u órganos impresos.
Según la invención reivindicada, la unidad de suministro de aire se sitúa en la parte superior de la cámara limpia y recibe aire no filtrado del entorno de laboratorio circundante. La unidad de suministro de aire empuja entonces el aire filtrado hacia abajo para que rodee la impresora 3D al tiempo que crea y mantiene un entorno de presión positiva en el interior de la cámara. Después de pasar la impresora 3D, el aire filtrado sale de la cámara limpia a través de uno o más orificios de ventilación situados en la parte inferior de la cámara limpia. De esta manera, la cámara limpia puede proporcionar una corriente laminar o unidireccional (es decir, vertical) de aire filtrado a través de la impresora 3D. Sin embargo, en algunas configuraciones adicionales que no forman parte de la invención reivindicada, la cámara limpia está configurada para proporcionar un flujo laminar horizontal cambiando la posición de la unidad de suministro de aire y/o los orificios de ventilación. En otras configuraciones, la cámara limpia está configurada para tener patrones de flujo de aire mixto o no unidireccionales (por ejemplo, turbulentos).
Según la invención reivindicada, la unidad de suministro de aire crea una presión positiva en el interior de la cámara que es más alta que la presión ambiental que rodea la cámara al tener un flujo de aire que es más alto que la salida a través de los orificios de ventilación de escape. Esto puede lograrse constriñendo el flujo a través de los orificios de ventilación de escape a través de obstrucción o acoplando los orificios de ventilación de escape con un ventilador para proporcionar una unidad de escape que tenga una salida que esté más baja que el ventilador de la unidad de suministro de aire. De esta manera, los orificios de ventilación de escape ventilan el aire y ayudan a controlar el flujo de aire y la presión en el interior de la cámara limpia. La presión positiva en el interior de la cámara es preferiblemente superior a
1 atmósfera de presión (atm). En algunas realizaciones, la presión diferencial en el interior de la cámara se encuentra en el intervalo de una columna de agua (H2O) de 0,05 cm a 0,5 cm (0,02 pulgadas a 0,2 pulgadas), que es similar a la presión positiva en el interior de las salas limpias estándar. Sin embargo, en algunas configuraciones adicionales que no forman parte de la invención reivindicada, las salidas de las unidades de suministro de aire y las unidades de escape pueden ajustarse para proporcionar presión negativa en el interior de la cámara. En algunas realizaciones, se usan múltiples unidades de escape y/o unidades de suministro de aire para mover aire a través de la cámara limpia.
En algunas realizaciones, la cámara limpia está equipada con sensores de presión para medir la presión de aire en el interior de la cámara y se muestra visualmente en la parte externa del alojamiento para mostrar visualmente la presión de aire.
En algunas realizaciones, la unidad de suministro de aire proporciona un flujo en el interior de la cámara limpia a una velocidad de al menos 0,51 cm/s (1 pie/minuto). En algunas realizaciones, la unidad de suministro de aire proporciona
un flujo en el interior de la cámara limpia a una velocidad de al menos 1,02 cm/s (2 pies/minuto, preferiblemente al menos 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 pies/minuto, o superior). La unidad de suministro de aire y/o la unidad u orificio de ventilación de escape pueden configurarse para reemplazar el aire en el interior de la cámara a una velocidad de al menos 1 cambio de aire por hora. En algunas realizaciones, el aire en el interior de la cámara se cambia a una velocidad de al menos 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600 o más cambios de aire por hora.
En algunas realizaciones, la cámara limpia proporciona una limpieza de aire que cumple las normas ISO 14644-1 de sala limpia, tales como ISO 1, ISO 2, ISO 3, ISO 4, ISO 4, ISO 5, ISO 6, ISO 7, ISO 8, e ISO 9. Estas normas se basan en el tamaño y el número de partículas en el aire por metro cúbico de aire. En otras realizaciones, la cámara limpia proporciona limpieza de aire que cumple la Norma Federal de EE. UU. 209E de Normas de Sala Limpia, tal como clase 1, 10, 100, 1.000, 10.000, 10.000 o 100.000. La Norma Federal de EE. UU. 209E de Normas de Sala Limpia se basa en el número de partículas de 0,5 |im o más por pie cúbico de aire (por ejemplo, una sala limpia de clase 1.000 indicaría 1.000 partículas de 0,5 |im o menos en cada pie cúbico de aire). Estas normal pueden cumplirse ajustando el flujo de aire y la velocidad de reemplazo de aire dentro de la cámara limpia, que es una función del volumen de aire movido por la(s) unidad(es) de suministro de aire y la(s) unidad(es) de escape. Por ejemplo, para cumplir con los estándares de aire limpio, puede aumentarse el flujo de las unidades de suministro de aire, o pueden instalarse unidades de suministro de aire adicionales en la cámara cuando se alcanza el flujo máximo. Puede confirmarse que la cámara limpia cumple las normas anteriores a través de diversos procedimientos de prueba conocidos en la técnica, tales como los descritos en el documento de la Norma Federal 209 o el documento IEST-RP-CC-006: TESTING CLEANROOMS, que está disponible en el sitio web del Institute of Environmental Sciences and Technology (IEST).
La cámara limpia puede estar hecha de una combinación de acero, acero inoxidable, aluminio, titanio, vidrio, plástico, o cualquier combinación de estos materiales. En algunas realizaciones, la cámara limpia es un recinto hecho de acero, acero inoxidable, o armazón de acero recubierto de polvo y ventanas o puertas de vidrio o plástico. Además, los bordes de la cámara limpia pueden estar redondeados en la parte inferior, la parte superior, y/o los lados de la cámara limpia. Adicionalmente, la cámara limpia puede tener roldanas o ruedas en la parte inferior para que pueda moverse fácilmente, o patas en la parte inferior para proporcionar estabilidad en una superficie plana tal como una mesa.
Las siguientes figuras pretenden ilustrar una realización particular de la invención. La figura 1 muestra una realización de una cámara limpia 5 en la que una unidad de suministro de aire 30 está situada en la parte superior de la cámara limpia 5. En esta realización, la unidad de suministro de aire 30 incluye un filtro HEPA 10 y una unidad de ventilador 20, donde el filtro HEPA 10 está situado inmediatamente antes de la unidad de ventilador 20 en su entrada. La figura 2 muestra la realización de la cámara limpia 5 de la figura 1, donde entra aire 25 desde el exterior de la unidad en la unidad de suministro de aire 30 y pasa a través de ella de manera que la salida de la unidad de suministro de aire produce un flujo laminar limpio y vertical 35 a través de la cámara limpia 5 hasta la impresora 3D (no mostrada). De manera adicional, un orificio de ventilación de escape (no mostrado) está situado en la parte inferior de la cámara.
Las figuras 3 y 4 muestran una realización particular de un alojamiento de cámara limpia integrada con una bioimpresora 3D. La bioimpresora 3D de cámara limpia integrada 105 tiene un armazón de acero recubierto de polvo 145 que está diseñado para ser químicamente resistente para formar un alojamiento en forma de cubículo. El alojamiento comprende además una puerta frontal 160 que puede tener un sello para formar una esclusa de aire cuando se cierra y dos ventanas 150 a cada lado del alojamiento para ver el interior. La puerta delantera puede estar hecha de vidrio, plexiglás o plástico para proporcionar una vista del interior de la cama de impresión cuando la puerta está cerrada. En la parte superior del alojamiento hay una unidad de suministro de aire 130, que incluye un pequeño ventilador y un filtro HEPA. Debajo de la puerta frontal del alojamiento hay diversos dispositivos de visualización y controles 165 para comunicarse mediante interfaz con la bioimpresora 3D en el interior. Los dispositivos de visualización o controles incluyen dispositivos de visualización para sensores de presión y un interruptor de apagado/encendido. Dentro del alojamiento pueden verse diversos componentes de la bioimpresora 3D en el interior, incluida una plataforma móvil o una cama de impresión 190 y jeringas 185 para extrusión. La cama de impresión móvil puede soportar placas de múltiples pocillos, placas de Petri, y/o portaobjetos de vidrio. En la parte inferior de la ventana 150 hay un orificio de ventilación 155 para descargar el aire que pasa a través de la cámara limpia.
Realizaciones de la invención proporcionan características adicionales de la bioimpresora 3D en el interior de la cámara limpia que pueden incluir lo siguiente. La bioimpresora puede contener una luz de curado UV con una longitud de onda que oscila desde 300 nm hasta 500 nm, así como una luz UV para la esterilización del área de impresión. La bioimpresora puede tener cabezales de impresión para imprimir células eucariotas y procariotas dentro de, en y sin hidrogeles. Los cabezales de impresión pueden dispensar materiales con intervalos de viscosidad dinámica desde 0,001 hasta 20.000 Pa-s (de 1 a 20.000.000 centipoise cP). Los cabezales de impresión pueden usarse para dispensar biomateriales, hidrogeles, materiales preparados a partir de tejidos y órganos humanos y animales descelularizados, así como células en suspensión en un patrón definido y no definido. Los cabezales de impresión son capaces de dispensar estos biomateriales para crear una estructura 3D, incluyendo aquellos que contienen células eucariotas y procariotas. En realizaciones, la bioimpresora puede contener entre 1 y 20 cabezales de impresión, tal como 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 o 20 cabezales de impresión. Los cabezales de impresión pueden situarse separados entre sí con una distancia de entre 1 mm y 100 mm. Los cabezales de impresión pueden dispensar material tal como biotintas a través de agujas con puntas rectas o cónicas y agujas coaxiales. Las biotintas pueden mezclarse con células humanas antes de la dispensación. Además, las realizaciones proporcionan una cama de impresión donde el material puede dispensarse sobre un sustrato retirable o directamente sobre la propia cama de impresión. La cama de impresión puede contener placas de Petri, placas de múltiples pocillos, y/o portaobjetos de vidrio. La bioimpresora dispensa materiales usando presión neumática, presión mecánica, extrusión calentada, extrusión hidráulica o extrusión neumática, o por medio de una impresora de chorro con aplicador piezoeléctrico o dispensador de chorro con aplicador neumático. En realizaciones, los cabezales de impresión y las camas de impresión se sitúan debajo del/de los filtro(s) de aire de alta eficiencia de modo que reciben directamente aire filtrado que entra en la cámara limpia. El aire filtrado y la presión positiva creada dentro de la cámara limpia permiten la impresión estéril de estructuras 3D cargadas de células y libres de células.
En realizaciones alternativas, el alojamiento puede albergar una bioimpresora o impresora 3D de una variedad de otras configuraciones, cuyos ejemplos no limitantes se describen en las patentes estadounidenses n.os 7051654, 8241905, 8691274, 9149952, así como la publicación de solicitud de patente estadounidense n.° 20130302872. Esta invención contempla que el alojamiento puede configurarse para alojar cualquier bioimpresora o impresora 3D conocida en la técnica, así como mejoras futuras en tecnología de bioimpresora o impresora 3D. El alojamiento de la cámara limpia puede fabricarse junto con la bioimpresora o impresora 3D de manera integrada, o, alternativamente, puede retroadaptarse para albergar la bioimpresora o impresora 3D.
Realizaciones adicionales proporcionan un kit para impresión 3D o bioimpresión 3D. El kit incluye una bioimpresora 3D con cámara limpia integrada, así como diversos reactivos y consumibles para su uso en la bioimpresora 3D, tales como hidrogeles, jeringas, agentes aglutinantes, celdas, placas de múltiples pocillos, placas de Petri, filtros de sustitución y similares.
La presente invención se ha descrito con referencia a realizaciones particulares que tienen diversas características. A la luz de la divulgación proporcionada anteriormente, será evidente para los expertos en la técnica que pueden realizarse diversas modificaciones y variaciones en la práctica de la presente invención sin apartarse del alcance de la invención que se define por las reivindicaciones adjuntas. Un experto en la técnica reconocerá que las características dadas a conocer pueden usarse de manera individual, en cualquier combinación, u omitirse basándose en los requisitos y especificaciones de una aplicación o diseño dado. Cuando una realización se refiere a “que comprende” determinadas características, debe entenderse que las realizaciones pueden alternativamente “consistir en” o “consistir esencialmente en” una cualquiera o más de las características. Otras realizaciones de la invención serán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la consideración de la especificación y la práctica de la invención.
Se observa en particular que cuando se proporciona un intervalo de valores en esta memoria descriptiva, cada valor entre los límites superior e inferior de ese intervalo también se describe específicamente. Los límites superior e inferior de estos intervalos más pequeños también pueden incluirse o excluirse independientemente en el intervalo. Las formas singulares “un”, “una” y “el/la” incluyen referentes plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se pretende que la memoria descriptiva y los ejemplos se consideren a modo de ejemplo por naturaleza. Además, todas las referencias citadas en esta divulgación pretenden proporcionar una manera eficiente de complementar la divulgación habilitante de esta invención, así como proporcionar antecedentes que detallan el nivel de habilidad habitual en la técnica.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un instrumento de laboratorio, que comprende:
una cámara limpia (5, 105), que comprende
un alojamiento adaptado para alojar una bioimpresora o impresora 3D, en el que el alojamiento comprende un armazón metálico (145);
una unidad de suministro de aire (30, 130) que comprende un soplador o ventilador (20) y que está adaptada para llevar aire filtrado al alojamiento desde el exterior del alojamiento;
y uno o más orificios de ventilación (155) dispuestos dentro del alojamiento; estando dichos orificios de ventilación (155) adaptados para dejar salir el aire del alojamiento;
una pluralidad de ventanas (150) y puertas (160) dispuestas dentro del alojamiento que proporcionan visualización o acceso a partes de la bioimpresora o impresora 3D;
un sistema de sellado alrededor de las puertas (160) y ventanas (150) del alojamiento;
en el que el conjunto de la unidad de suministro de aire (30, 130), uno o más orificios de ventilación (155), y el sistema de sellado están configurados para proporcionar presión positiva y un entorno esencialmente limpio dentro del alojamiento;
en el que la cámara limpia (5, 105) es capaz de mantener una presión positiva en el interior por medio de la unidad de suministro de aire (30, 130);
y
una impresora 3D que comprende:
una cama de impresión 3D (190);
una o más fuentes de fluido adaptadas para impresión 3D dispuestas por encima de la cama de impresión (190);
caracterizado porque dicha unidad de suministro de aire (30, 130) comprende un filtro de aire de alta eficiencia (10); estando adaptado dicho filtro (10) para filtrar al menos el 95 % de las partículas de 0,30 micrómetros o más en aire ambiente que rodea el alojamiento;
y
en el que la unidad de suministro de aire (30, 130) está dispuesta dentro del alojamiento y en la parte superior del alojamiento, y el uno o más orificios de ventilación (155) están dispuestos a los lados o en la parte inferior del alojamiento, y
en el que el alojamiento tiene un volumen que es inferior a 1 m3; y
en el que la impresora 3D está dispuesta dentro del alojamiento de manera que la cama de impresión 3D (190) está dispuesta entre la unidad de suministro de aire (30, 130) y el uno o más orificios de ventilación (155).
2. El instrumento de laboratorio según la reivindicación 1, en el que el alojamiento comprende además uno o más controles o dispositivos de visualización (165) para comunicarse mediante interfaz con la impresora 3D.
3. El instrumento de laboratorio según la reivindicación 1, en el que la presión positiva en el interior del alojamiento está en el intervalo de una columna de agua de 0,05 cm a 0,5 cm (0,02 pulgadas a 0,2 pulgadas).
4. El instrumento de laboratorio según la reivindicación 1, en el que el alojamiento comprende uno o más de acero, acero inoxidable, aluminio, titanio, vidrio o plástico.
5. El instrumento de laboratorio según la reivindicación 1, en el que la unidad de suministro de aire (30, 130) y uno o más orificios de ventilación (155) están configurados para proporcionar flujo laminar vertical (35), y en el que el flujo laminar vertical (35) está dispuesto por encima de la cama de impresión 3D (190).
6. El instrumento de laboratorio según la reivindicación 1, en el que la cama de impresión 3D (190) está adaptada para soportar una placa de múltiples pocilios o una placa de Petri.
7. El instrumento de laboratorio según la reivindicación 1, en el que la impresora 3D es una bioimpresora 3D.
8. El instrumento de laboratorio según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una fuente de luz UV.
9. El instrumento de laboratorio según la reivindicación 8, en el que la fuente de luz UV comprende una luz de curado UV con una longitud de onda que oscila desde 300 nm hasta 500 nm.
10. El instrumento de laboratorio según la reivindicación 8 o 9, que comprende además una luz UV con una longitud de onda que oscila desde 100 nm hasta 280 nm para la esterilización del área de impresión.
11. El instrumento de laboratorio según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el alojamiento de cámara limpia está integrado con una bioimpresora 3D que comprende una plataforma móvil o cama de impresión (190) y jeringas (185) para extrusión.
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