TWI481394B - 生物醫學3d快速成型裝置 - Google Patents

Description

生物醫學3D快速成型裝置

本案係關於一種生物醫學3D快速成型裝置，尤指一種建造一移植性的活體組織或器官之生物醫學3D快速成型裝置。

人體的各種器官皆會因意外或者老化而損壞，當患者之器官已失去功能或不堪負荷時，即可能仰賴器官移植才能存活。然而在大部分情況下，患者可能在找尋適當的捐贈器官上耗費許多時間，甚至終其一生仍等待不到合適的捐贈器官，而無法及時改善病況或甚至死亡。

目前的器官移植可分為二大部份，一是人體重要器官的移植，然而患者必須等待捐贈者捐贈符合個人身體特性的器官移植，其在等待過程所花費的時間對患者及家屬是一種煎熬，尤其在現行法令制度下，器官移植須排隊等候，無法私下進行購買，即使有錢也不一定可以買的到，更顯其珍貴，而且就算等到了且移植器官後，患者也須終其一生固定時間回院檢查，且須按時服用抗排斥藥物以隨時防止有極大比率的自體排斥，這形同為另一種煎熬。

另一種為外傷部份的移植，如皮膚移植等，須取自體或他體之皮膚進行移植，其中，取他體皮膚進行移植的方式將有極大比率會有與傷者排斥的問題，而取自體皮膚進行移植的方式則如同挖東牆補西牆，並不屬完美的作法。

綜合以上缺失，不管是移植的機會或移植後的排斥，往往使患者意志越來越薄弱，尤其若移植器官與本身產生排斥作用，則使患者必須在日常生活上處處小心翼翼、提心吊膽。因此，如何改善上述器官移植之缺失，實為目前尚待解決之重要課題。

本案之一主要目的在於提供一種生物醫學3D快速成型裝置，藉由生物墨水匣噴印生物生成液於與人體相容之生物建構材，以建構移植性的活體組織或器官，藉此解決習知技術之移植機會渺茫或移植器官易與本身產生排斥作用的問題。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種生物醫學3D快速成型裝置，包括：至少一生物墨水匣，該生物墨水匣內裝載有一生物生成液，並具有一可噴出該生物生成液之噴頭；一供給容器，用以儲存一生物建構材；一建構平台，包括一建構腔室、一腔室升降位移機構、一舖層位移機構以及一噴印位移機構，該建構腔室架構於該腔室升降位移機構上方作上下升降位移以形成一舖蓋空間，該舖層位移機構設置於該建構腔室上方，承載自該供給容器均勻落入之該生物建構材，並將該生物建構材舖蓋於該建構腔室之該舖蓋空間而形成一建構層，以及該噴印位移機構架構於該舖層位移機構上，以位移帶動該生物墨水匣於該建構層進行噴印作業；一影像及監控裝置，其架構於該建構平台上方及側邊，用以辨識判斷該生物墨水匣噴點位置，以執行補噴動作，以及監控該生物墨水匣之該噴頭所噴出的噴點墨量；一殺菌消毒及溫濕調控裝置，其架構於該建構平台上方及側邊，用以對該建構平台進行殺菌及消毒，並提供適合培養細胞的溫度與濕度的環境；一外罩，其罩覆於該建構平台上部份，用以包覆該生物墨水匣、該供給容器、該建構平台、該影像及監控裝置、該殺菌消毒及溫濕調控裝置，以形成密封的該建構平台空間；以及一負壓裝置，其架構於該建構平台下方，以促使該建構平台空間形成負壓狀態。藉以，該舖層位移機構將該生物建構材舖蓋於該建構腔室形成該建構層，復以該生物墨水匣位移至該建構層上並噴印該生物生成液於該生物建構材上，以形成一細胞組織，並藉反覆進行舖蓋該生物建構材及噴印該生物生成液作業，達成快速建造可移植性之活體組織或器官。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第1圖至第3圖，其中第1圖係為本發明較佳實施例之生物醫學3D快速成型裝置外觀示意圖，第2圖係為第1圖之生物醫學3D快速成型裝置外罩移除後之結構示意圖，第3圖係為第1圖之生物醫學3D快速成型裝置之側面示意圖。如圖所示，本發明之生物醫學3D快速成型裝置1包括至少一生物墨水匣11、一供給容器12、一建構平台13、一影像及監控裝置14、一殺菌消毒及溫濕調控裝置15、一外罩16以及一負壓裝置17。

該生物墨水匣11內裝載有生物生成液，其係可利用自體細胞(如健康的幹細胞)大量培養而得，或由自體器官的組織細胞或結締組織之生物基材所構成。生物生成液係注入該生物墨水匣11內，並於無毒及無菌環境下完成封裝製程，且該生物墨水匣11具有可噴出生物生成液之噴頭(未圖示)。

該供給容器12係用以儲存生物建構材，該生物建構材可由器官組織基料、固態粉末膠系蛋白的結締組織粉末、或高強度的高分子或金屬陶瓷粉末等可相容於人體之建構材所構成，亦即與生物生成液相容，但不以上述舉例者為限。

該建構平台13主要包含有一建構腔室131、腔室升降位移機構132、舖層位移機構133以及噴印位移機構134，其中該建構腔室131設置於該建構平台13中間位置，並架構於該腔室升降位移機構132上方可作上下升降位移以形成一舖蓋空間，而該舖層位移機構133設置於該建構腔室131上方並可於一第一方向上進行位移，且可承載自該供給容器12均勻落入之生物建構材，並於其位移於該建構腔室131上方時，將生物建構材舖蓋於該建構腔室131之該舖蓋空間中而形成一待噴印之建構層，以及該噴印位移機構134架構於該舖層位移機構133上，並可於與該第一方向上呈垂直交錯的第二方向上進行位移，而該生物墨水匣11則承載於該噴印位移機構134上得以位移進行噴印作業。

該影像及監控裝置14架構於該建構平台13上方及側邊，包括至少一影像辨識裝置141及至少一墨量監控裝置142，其中該影像辨識裝置141架構於該建構平台13上方，用以辨識判斷該生物墨水匣11之噴頭是否噴出及噴出的噴點位置是否為預設位置，並可控制該生物墨水匣11執行補噴動作，而該墨量監控裝置142架構於該建構平台13側邊，用以監控該生物墨水匣11之噴頭所噴出的噴點墨量是否符合需求。

該殺菌消毒及溫濕調控裝置15架構於該建構平台13上方及側邊，包括至少一厭氧氣體殺菌裝置151、至少一紫外燈消毒裝置152及至少一溫濕調控裝置153，其中該厭氧氣體殺菌裝置151與紫外燈消毒裝置152相鄰接設並架構於該建構平台13上方，以對該建構平台13空間進行殺菌及消毒，而該溫濕調控裝置153架構於建構平台13側邊，用以提供適合培養細胞的溫度與濕度的環境。

該外罩16罩覆於該建構平台13上部份，用以包覆保護該生物墨水匣11、該供給容器12、該建構平台13、該影像及監控裝置14、以及該殺菌消毒及溫濕調控裝置15，以使該建構平台13處於一密閉空間，藉此提供無塵之噴印環境，避免受外界污染。

該負壓裝置17架構於該建構平台13下方，當該負壓裝置17運作時，可抽吸該建構平台13上方被該外罩16所罩蓋區域的內部空氣，促使該建構平台13所處之該密閉空間形成弱負壓狀態，而該負壓裝置17運作所形成之氣流路徑如第3圖箭頭所示。

由上述說明可知，本發明提供一種生物醫學3D快速成型裝置1，其係利用3D快速成型裝置之作動原理來建構生物醫學領域所需之生物組織或器官，藉由該生物墨水匣11裝載生物生成液及承載於該噴印位移機構134上，以及利用該舖層位移機構133承載自該供給容器12均勻落入之生物建構材，並位移於該建構腔室131上方進行舖蓋形成一建構層，復利用該噴印位移機構134帶動該生物墨水匣11位移至需求位置，以該生物墨水匣11之噴頭噴液出該生物生成液於該建構層上，讓該生物生成液相容於該舖蓋之生物建構材上，以形成如第4圖所示之細胞組織2，其後利用該腔室升降位移機構132帶動該建構腔室131向下位移一距離，並再次利用該舖層位移機構133位移於該建構腔室131上方並將生物建構材進行舖蓋形成另一層堆疊之建構層，復利用該噴印位移機構134帶動生物墨水匣11位移至需求噴印位置，以使該生物墨水匣11之噴頭噴液出該生物生成液於該建構層上，讓該生物生成液噴印相容於該舖蓋之生物建構材上再形成細胞組織2，如此反覆舖蓋生物建構材及噴印生物生成液相容形成細胞組織2，即可一層一層的堆疊噴印出所需的活體組織或器官，進而大幅降低習用移植器官或組織所造成的排斥現象。

綜上所述，本發明提供一種生物醫學3D快速成型裝置，藉由該生物墨水匣噴印生物生成液於與人體相容之生物建構材，以建構移植性的活體組織或器官，藉此解決習知技術之移植機會渺茫或移植器官易與本身產生排斥作用的問題，並透過該影像及監控裝置可確認生物墨水匣所噴出的噴點位置是否為預設位置，並能控制生物墨水匣執行補噴動作，以及辨識生物墨水匣噴出的噴點墨量是否符合需求，以構成完整細胞組織，再利用殺菌消毒及溫濕調控裝置對建構平台內進行殺菌及消毒，以提供適合培養細胞的溫度及濕度環境，並搭配負壓裝置使建構平台上方形成負壓狀態，以創造出適合培養細胞的環境，避免交叉污染，進而使本案之生物醫學3D快速成型裝置在無塵環境下進行噴印，可快速重新建造一移植性的活體組織或器官，極具產業利用價值，爰依法提出申請。

縱使本發明已由上述實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1．．．生物醫學3D快速成型裝置

11．．．生物墨水匣

12．．．供給容器

13．．．建構平台

131．．．建構腔室

132．．．腔室升降位移機構

133．．．舖層位移機構

134．．．噴印位移機構

14．．．影像及監控裝置

141．．．影像辨識裝置

142．．．墨量監控裝置

15．．．殺菌消毒及溫濕調控裝置

151．．．厭氧氣體殺菌裝置

152．．．紫外燈消毒裝置

153．．．溫濕調控裝置

16．．．外罩

17．．．負壓裝置

2．．．細胞組織

第1圖係為本發明較佳實施例之生物醫學3D快速成型裝置外觀示意圖。

第2圖係為第1圖之生物醫學3D快速成型裝置外罩移除後之結構示意圖。

第3圖係為第1圖之生物醫學3D快速成型裝置之側面示意圖。

第4圖係為本發明建造一移植性的活體組織示意圖。

1．．．生物醫學3D快速成型裝置

11．．．生物墨水匣

12．．．供給容器

13．．．建構平台

131．．．建構腔室

133．．．舖層位移機構

134．．．噴印位移機構

14．．．影像及監控裝置

141．．．影像辨識裝置

142．．．墨量監控裝置

15．．．殺菌消毒及溫濕調控裝置

151．．．厭氧氣體殺菌裝置

152．．．紫外燈消毒裝置

153．．．溫濕調控裝置

17．．．負壓裝置

Claims (6)

1. 一種生物醫學3D快速成型裝置，包括：
       至少一生物墨水匣，該生物墨水匣內裝載有一生物生成液，並具有一可噴出該生物生成液之噴頭；
       一供給容器，用以儲存一生物建構材；
       一建構平台，包括一建構腔室、一腔室升降位移機構、一舖層位移機構以及一噴印位移機構，該建構腔室架構於該腔室升降位移機構上方作上下升降位移以形成一舖蓋空間，該舖層位移機構設置於該建構腔室上方，承載自該供給容器均勻落入之該生物建構材，並將該生物建構材舖蓋於該建構腔室之該舖蓋空間而形成一建構層，以及該噴印位移機構架構於該舖層位移機構上，以位移帶動該生物墨水匣於該建構層進行噴印作業；
       一影像及監控裝置，其架構於該建構平台上方及側邊，用以辨識判斷該生物墨水匣噴點位置，以執行補噴動作，以及監控該生物墨水匣之該噴頭所噴出的噴點墨量；
       一殺菌消毒及溫濕調控裝置，其架構於該建構平台上方及側邊，用以對該建構平台進行殺菌及消毒，並提供適合培養細胞的溫度與濕度的環境；
       一外罩，其罩覆於該建構平台上部份，以使該建構平台處於一密閉空間；以及
       一負壓裝置，其架構於該建構平台下方，以促使該建構平台所處之該密閉空間形成負壓狀態；
       藉以，該舖層位移機構將該生物建構材舖蓋於該建構腔室形成該建構層，復以該生物墨水匣位移至該建構層上並噴印該生物生成液於該生物建構材上，以形成一細胞組織，並藉反覆進行舖蓋該生物建構材及噴印該生物生成液作業，達成快速建造可移植性之活體組織或器官。
2. 如申請專利範圍第1項所述之生物醫學3D快速成型裝置，其中該生物生成液利用自體細胞大量培養而得，或由自體器官的組織細胞或結締組織之生物基材所構成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之生物醫學3D快速成型裝置，其中該生物建構材由器官組織基料、固態粉末膠系蛋白的結締組織粉末、或高強度的高分子或金屬陶瓷粉末可相容於人體之建構材所構成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之生物醫學3D快速成型裝置，其中該影像及監控裝置包括至少一影像辨識裝置，其架構於該建構平台上方，以辨識判斷該生物墨水匣之該噴頭是否噴出及噴出的噴點位置是否為預設位置，並可控制該生物墨水匣執行補噴動作。
5. 如申請專利範圍第1項所述之生物醫學3D快速成型裝置，其中該影像及監控裝置包括至少一墨量監控裝置，其架構於該建構平台側邊，以監控該生物墨水匣之該噴頭所噴出的噴點墨量是否符合需求。
6. 如申請專利範圍第1項所述之生物醫學3D快速成型裝置，其中該殺菌消毒及溫濕調控裝置包括至少一厭氧氣體殺菌裝置、至少一紫外燈消毒裝置及至少一溫濕調控裝置，其中該厭氧氣體殺菌裝置與該紫外燈消毒裝置對該建構平台進行殺菌及消毒，而該溫濕調控裝置提供該建構平台適合培養細胞的溫度與濕度的環境。