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KR101982328B1 - 3d 프린터 및 바이오프린터용 클린 챔버 기술 - Google Patents

3d 프린터 및 바이오프린터용 클린 챔버 기술 Download PDF

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KR101982328B1
KR101982328B1 KR1020187011462A KR20187011462A KR101982328B1 KR 101982328 B1 KR101982328 B1 KR 101982328B1 KR 1020187011462 A KR1020187011462 A KR 1020187011462A KR 20187011462 A KR20187011462 A KR 20187011462A KR 101982328 B1 KR101982328 B1 KR 101982328B1
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printer
supply unit
air supply
air
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에릭 가텐홀름
이반 토르니에르
폴 가텐홀름
Original Assignee
셀링크 에이비
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Publication date
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Abstract

3D 프린터 및 바이오프린터용 클린 챔버 기술이 개시된다. 챔버 내부에 양압이 생성될 수 있도록 밀폐 챔버 또는 인클로저가 구비된다. 필터링되지 않은 공기는 전동식 팬 또는 송풍기를 사용하여, 적어도 약 99%의 입자 및 오염물을 필터링하는 HEPA 필터와 같은 고효율 필터를 통해 외부로부터 챔버로 흡입된다. 필터링된 공기는 챔버 내부의 3D 프린팅 영역으로 푸시되어, 챔버의 프레임 내의 통기구를 통해 배출된다. 이 기술은 클린 룸 설비없이도 인체 조직 모델 및 기관의 3D 바이오프린팅, 및 3D 세포 배양을 위한 클린 환경을 제공한다.

Description

3D 프린터 및 바이오프린터용 클린 챔버 기술{CLEAN CHAMBER TECHNOLOGY FOR 3D PRINTERS AND BIOPRINTERS}
본 출원은 2015년 8월 31일에 출원된 미국 가출원 제62/212,324호의 개시에 기초하고, 그 출원일의 우선권 및 이익을 주장하며, 개시 내용은 전체가 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 3D 프린터 및 바이오프린터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 클린 룸(clean room) 설비를 사용하지 않고 오염 물질, 오염물 및 입자가 감소된, 3D 프린터 및 바이오프린터용 클린-공기 작동 환경(clean-air operating environment)을 제공하는 기술에 관한 것이다.
3차원(3D) 프린팅 및 3D 바이오프린팅은 재료 또는 생체 재료가 3D 프린터 또는 바이오프린터를 사용하여 미리 결정된 패턴으로 적층 방식(layer by layer)으로 증착될 수 있는 부가적인 제조 기술이다. 3D 바이오프린팅에서, 생체 재료는 액체, 하이드로겔 또는 페이스트형과 같은 임의의 형태일 수 있으며, 동물 또는 인체 세포와 혼합되어 조직 모델 또는 기관을 생성할 수 있다. 살균은 이러한 작업에서 중요한 문제다. 이는 일반적으로 클린 룸에 3D 바이오프린터를 배치함으로써 해결되며, 비용이 많이 들고 특수 인증 설비에 제한된다. 따라서, 본 기술 분야에서 이러한 단점들을 극복하는 개선에 대한 필요성이 있다.
본 발명의 실시예는 3D 프린터 및 바이오프린터용 클린 챔버 기술을 제공한다. 실시예에서, 이 기술은 클린 룸 설비없이도 인체 조직 모델 및 기관의 3D 바이오프린팅, 및 3D 세포 배양을 위한 클린 환경을 제공한다. 일 실시예에서, 프린팅 챔버 내부에 양압이 생성될 수 있도록 완전히 또는 비교적 밀폐된 금속 프레임을 갖는 챔버 또는 인클로저(enclosure)가 구비된다. 필터링되지 않은 공기는, 전동식 팬을 사용하여, 적어도 약 99%의 입자 및 오염 물질을 필터링하는, 고효율 미립자 포집(High-Efficiency　Particulate Arresting; HEPA) 필터와 같은 고효율 필터를 통해 외부로부터 챔버로 흡입된다. 이후, 필터링된 공기는 바람직하게 매우 원활한(smooth) 층류(laminar flow)로 프린팅 챔버를 향하여 들어오고, 프레임 내의 통기구(vent)를 통해 배출된다.
본 발명의 실시예는 하우징, 및 상기 하우징 내에 형성되는 공기 공급 유닛 및 하나 이상의 통기구를 포함하는 클린 챔버를 제공한다. 하우징은 3D 프린터 또는 바이오프린터를 수용하도록 되어 있고, 1 m3 미만의 부피를 가진다. 공기 공급 유닛 및 하나 이상의 통기구는 하우징 내부에 공기 층류를 제공하도록 구성될 수 있다. 층류는 수직 방향 또는 수평 방향일 수 있다. 상기 공기 공급 유닛은 고효율 필터 및 팬을 포함하고, 고효율 필터는 HEPA 필터 또는 초저투과 공기(Ultra Low Penetration Air; ULPA) 필터일 수 있다. 공기 공급 유닛 및 하나 이상의 통기구는 0.02 인치 내지 0.2 인치의 물기둥의 양압차와 같이, 하우징 내부에 양압을 제공하도록 구성된다. 하우징은 3D 프린터 또는 바이오프린터에 대한 액세스(access)를 제공하도록 구성된 도어 또는 포트뿐만 아니라, 3D 프린터 또는 바이오프린터를 관측하기에 적합한 윈도우를 더 포함한다. 하우징은 하우징을 밀폐시키기 위해 윈도우와 도어 주위에 밀봉 시스템을 더 포함한다. 하우징은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 유리 또는 플라스틱 중 하나 이상을 포함하는 재료, 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
본 발명의 추가 실시예는 클린 챔버를 포함하는 실험 기기를 제공하고, 클린 챔버는 하우징 및 하우징 내에 형성되는 공기 공급 유닛, 및 하나 이상의 통기구를 포함한다. 실험 기기는 3D 프린팅 플랫폼(platform) 또는 프린트 베드(bed) 및 프린트 베드 위에 형성되는 3D 프린팅에 적합한 하나 이상의 유체 공급원을 포함하는 3D 프린터를 더 포함한다. 3D 프린터는, 공기 공급 유닛과 하나 이상의 통기구 사이에 3D 프린트 베드가 형성되도록 하우징 내에 형성된다. 또한, 클린 챔버는 공기 공급 유닛에 의해 0.02 인치 내지 0.2 인치의 물기둥 범위의 양압차와 같이, 내부에 양압을 유지할 수 있다. 실시예에서, 하우징은 3D 프린터와 인터페이싱하기 위한 하나 이상의 제어부(controls) 또는 디스플레이를 더 포함한다. 하우징은 하우징 내부에서 액세스를 제공하기에 적합한 도어 및 상기 하우징 내부를 관측하기에 적합한 적어도 하나의 윈도우를 더 포함한다. 공기 공급 유닛은 하우징의 탑에 형성되고, 하나 이상의 통기구는 하우징의 측면 또는 바닥에 형성된다. 이 실시예에서, 공기 공급 유닛 및 하나 이상의 통기구는 3D 프린트 베드 위에 형성되는 수직 방향의 공기 층류를 제공하도록 구성된다. 실시예에서, 공기 공급 유닛은 팬 및 HEPA 필터 또는 ULPA 필터와 같은 고효율 필터를 포함한다. 하우징은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 유리 또는 플라스틱 중 하나 이상을 포함하는 재료로 제조된다. 실시예에서, 기기는 0.5 m3 미만 (예를 들어, 3 m3 미만, 2 m3 미만, 1 m3 미만)으로 치수가 정해지고/정해지거나 바람직하게는 표준 실험실 벤치의 깊이, 즉, 60 cm보다 작은 풋프린트(footprint)(예를 들어, 길이와 폭을 갖는 베이스)를 가진다.
본 발명의 특정 양태는 제1 양태를 포함하며, 클린 챔버는 하우징; 상기 하우징 내에 형성되는 공기 공급 유닛 및 하나 이상의 통기구를 포함하며; 상기 하우징은 3D 프린터 또는 바이오프린터를 수용하도록 되어 있고; 상기 하우징은 1 m3 미만의 부피를 갖는다.
제2 양태에 따르면, 제1 양태에 있어서, 상기 공기 공급 유닛 및/또는 상기 하나 이상의 통기구는 상기 하우징 내부에 공기 층류를 제공하도록 구성되도록 클린 챔버가 구성될 수 있다.
제3 양태는 제1 양태 또는 제2 양태에 있어서, 수직 방향인 공기 층류를 제공하도록 구성된 클린 챔버를 제공한다.
제4 양태는 제1 양태 내지 제3 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 수평 방향 공기 층류를 제공하도록 구성된, 클린 챔버이다.
제5 양태는 제1 양태 내지 제4 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 공기 공급 유닛은 필터 및/또는 팬을 포함하는, 챔버다.
제6 양태는 제1 양태 내지 제5 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 필터는 HEPA 필터 또는 ULPA 필터인, 클린 챔버를 제공한다.
제7 양태는 제1 양태 내지 제6 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 공기 공급 유닛 및/또는 상기 하나 이상의 통기구는 상기 하우징 내부에 양압차를 제공하도록 구성되는, 클린 챔버이다.
제8 양태는 제1 양태 내지 제7 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 하우징 내부에 0.02 인치 내지 0.2 인치의 물기둥 범위의 양압차가 있는, 클린 챔버다.
제9 양태는 제1 양태 내지 제8 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 3D 프린터 또는 바이오프린터에 대한 액세스를 제공하도록 구성된 도어 또는 포트를 더 포함하는, 클린 챔버다.
제10 양태는 제1 양태 내지 제9 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 하우징은 상기 3D 프린터를 관측하기에 적합한 윈도우를 더 포함하는, 클린 챔버다.
제11 양태는 제1 양태 내지 10 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 하우징의 윈도우 및/또는 도어 주위에 밀봉 시스템을 더 포함하는, 클린 챔버다.
제12 양태는 제1 양태 내지 제11 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 하우징은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 유리 또는 플라스틱 중 하나 이상을 포함하는, 클린 챔버다.
제13 양태는, 3D 프린터 또는 바이오프린터를 수용하도록 되어 있는 하우징; 상기 하우징 내에 형성되는 공기 공급 유닛 및 하나 이상의 통기구; 상기 3D 프린터 또는 바이오프린터 부분들에 대한 관측 또는 액세스를 제공하는 상기 하우징 내에 형성된 복수의 윈도우들 및 도어들; 상기 하우징의 도어 및 윈도우 주위의 밀봉 시스템을 포함하고, 상기 하우징은 1 m3 미만의 부피를 가지며; 상기 공기 공급 유닛과 함께, 하나 이상의 통기구 및 밀봉 시스템은 하우징 내부에 양압을 제공하도록 구성되는, 클린 챔버다.
제14 양태는 제13 양태에 있어서, 상기 하우징은 3D 프린터 또는 바이오프린터와 일체화되어 있는, 클린 챔버다.
제15 양태는 제13 양태 또는 제14 양태에 있어서, 상기 하우징 내부의 양압은 0.02 인치 내지 0.2 인치의 물기둥 범위인, 클린 챔버다.
제16 양태는 제13 양태 내지 제15 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 공기 공급 유닛 및/또는 상기 하나 이상의 통기구는 수직 방향의 층류를 제공하도록 구성된, 클린 챔버다.
제17 양태는 제13 양태 내지 제16 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 공기 공급 유닛 및/또는 상기 하나 이상의 통기구는 수평 방향의 층류를 제공하도록 구성된, 클린 챔버다.
제18 양태는 제13 양태 내지 제17 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 공기 공급 유닛은 필터 및/또는 팬을 포함하는, 클린 챔버다.
제19 양태는 제13 양태 내지 제19 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 클린 챔버는 필터를 포함하고, 상기 필터는 HEPA 필터 또는 ULPA 필터인, 클린 챔버다.
제20 양태는 제13 양태 내지 제20 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 하우징은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 유리, 또는 플라스틱 중 하나 이상을 포함하는, 클린 챔버다.
제21 양태는, 실험 기기로서, 하우징; 상기 하우징 내에 형성되는 상기 공기 공급 유닛 및 상기 하나 이상의 통기구를 포함하는 클린 챔버; 및 3D 프린트 베드; 상기 프린트 베드 위에 형성되는 3D 프린팅에 적합한 하나 이상의 유체 공급원을 포함하는 3D 프린터를 포함하고, 상기 3D 프린터는 상기 공기 공급 유닛과 상기 하나 이상의 통기구 사이에 상기 3D 프린팅 베드가 형성되도록 상기 하우징 내에 형성되며; 상기 클린 챔버는 상기 공기 공급 유닛에 의해 내부에 양압을 유지할 수 있다.
제22 양태는 제21 양태에 있어서, 상기 하우징은 3D 프린터와 인터페이싱하기 위한 하나 이상의 제어부 및/또는 디스플레이를 더 포함하는, 실험 기기이다.
제23 양태는 제21 양태 또는 제22 양태에 있어서, 상기 하우징은 하우징 내부에 액세스를 제공하기에 적합한 도어를 더 포함하는, 실험 기기이다.
제24 양태는 제21 양태 내지 제23 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 하우징은 하우징 내부를 관측하기에 적합한 적어도 하나의 윈도우를 더 포함하는, 실험 기기이다.
제25 양태는 제21 양태 내지 제24 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 공기 공급 유닛은 상기 하우징의 탑에 형성되고, 및/또는 상기 하나 이상의 통기구는 상기 하우징의 측면 또는 바닥에 형성되는, 실험 기기이다.
제26 양태는 제21 양태 내지 제25 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 공기 공급 유닛은 팬 및/또는 필터를 포함하는, 실험 기기이다.
제27 양태는 제21 양태 내지 제26 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 실험 기기는 필터를 포함하고, 상기 필터는 HEPA 또는 ULPA 필터인, 실험 기기이다.
제28 양태는 제21 양태 내지 제27 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 하우징은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 유리, 또는 플라스틱 중 하나 이상을 포함하는, 실험 기기이다.
제29 양태는 제21 양태 내지 제28 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 양압은 0.02 인치 내지 0.2 인치의 물기둥 범위의 양압차인, 실험 기기이다.
제30 양태는 제21 양태 내지 제29 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 공기 공급 유닛/또는 및 하나 이상의 통기구는 수직 방향의 층류를 제공하도록 구성된, 실험 기기이다.
제31 양태는 제21 양태 내지 제30 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 3D 프린트 베드 위에 형성되는 수직 방향의 층류를 제공하도록 구성된, 실험 기기이다.
제32 양태는 제21 양태 내지 제31 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 기기는 3 m3 미만, 2 m3 미만, 1 m3 미만, 또는 0.5 m3 미만으로 치수가 정해지는, 실험 기기이다.
제33 양태는 제21 양태 내지 제32 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 기기는 0.5 m3 미만으로 치수가 정해진, 실험 기기이다.
제34 양태는 제21 양태 내지 제33 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 기기는 표준 실험실 벤치의 폭보다 작은 풋프린트를 갖도록 치수가 정해진, 실험 기기이다.
제35 양태는 제21 양태 내지 제34 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 3D 프린터는 3D 바이오프린터인, 실험 기기이다.
제36 양태는 제21 양태 내지 제35 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 3D 프린트 베드 또는 플랫폼은 멀티웰 플레이트 또는 페트리 접시를 지지하도록 되어 있는, 실험 기기이다.
제37 양태는 제1 양태 내지 제36 양태 중 어느 한 양태에 있어서, UV 광원을 더 포함하는, 클린 챔버 또는 실험 기기이다.
본 발명의 실시예에 따른 클린 챔버는 하우징; 상기 하우징 내에 형성된 공기 공급 유닛 및 하나 이상의 통기구를 포함하고, 상기 하우징은 3D 프린터 또는 바이오프린터를 수용하도록 되어 있고; 상기 하우징은 1 m3 미만의 부피를 갖는다.
이때, 상기 공기 공급 유닛 및 상기 하나 이상의 통기구는 상기 하우징 내부에 공기 층류를 제공하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 공기 층류는 수직 방향일 수 있다. 또한, 상기 층류는 수평 방향일 수 있다.
또한, 상기 공기 공급 유닛은 필터와 팬을 포함할 수 있다. 이때, 상기 필터는 HEPA 필터 또는 ULPA 필터일 수 있다. 또한, 상기 공기 공급 유닛 및 상기 하나 이상의 통기구는 상기 하우징 내부에 양압차를 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 하우징 내부의 양압차는 0.02 인치 내지 0.2 인치의 물기둥 범위일 수 있다.
또한, 상기 하우징은 상기 3D 프린터 또는 바이오프린터에 대한 액세스를 제공하도록 구성된 도어 또는 포트를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 하우징은 상기 3D 프린터를 관측하기에 적합한 윈도우를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 하우징의 윈도우 및 도어 주위에 밀봉 시스템을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 유리 또는 플라스틱 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 클린 챔버는 3D 프린터 또는 바이오프린터를 수용하도록 되어 있는 하우징; 상기 하우징 내에 형성된 공기 공급 유닛 및 하나 이상의 통기구; 상기 3D 프린터 또는 상기 바이오프린터 부분들에 대한 관측 또는 액세스를 제공하는 상기 하우징 내에 배치된 복수의 윈도우들 및 도어들; 상기 하우징의 도어 및 윈도우 주위의 밀봉 시스템을 포함하고, 상기 하우징은 1 m3 미만의 부피를 가지며; 상기 공기 공급 유닛과 함께, 하나 이상의 통기구 및 밀봉 시스템은 하우징 내부에 양압을 제공하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 하우징은 3D 프린터 또는 바이오프린터와 일체화되어 있을 수 있다.
또한, 상기 하우징 내부의 양압은 0.02 인치 내지 0.2 인치의 물기둥 범위일 수 있다.
또한, 상기 공기 공급 유닛 및 상기 하나 이상의 통기구는 수직 방향의 층류를 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 공기 공급 유닛 및 상기 하나 이상의 통기구는 수평 방향의 층류를 제공하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 공기 공급 유닛은 필터와 팬을 포함할 수 있다. 또한, 상기 필터는 HEPA 필터 또는 ULPA 필터일 수 있다.
또한, 상기 하우징은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 유리 또는 플라스틱 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 실험 기기는 하우징과, 상기 하우징 내에 형성된 공기 공급 유닛 및 상기 하나 이상의 통기구를 포함하는 클린 챔버; 및 3D 프린트 베드와, 상기 프린트 베드 위에 형성된 3D 프린팅에 적합한 하나 이상의 유체 공급원을 포함하는 3D 프린터를 포함하고, 상기 3D 프린터는 상기 공기 공급 유닛과 상기 하나 이상의 통기구 사이에 상기 3D 인쇄 베드가 형성되도록 상기 하우징 내에 형성되며; 상기 클린 챔버는 상기 공기 공급 유닛에 의해 내부에 양압을 유지할 수 있다.
이때, 상기 하우징은 3D 프린터와 인터페이싱하기 위한 하나 이상의 제어부 또는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징은 하우징 내부에 액세스를 제공하기에 적합한 도어를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징은 하우징 내부를 관측하기에 적합한 적어도 하나의 윈도우를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공기 공급 유닛은 상기 하우징의 탑에 형성되고, 상기 하나 이상의 통기구는 상기 하우징의 측면 또는 바닥에 형성될 수 있다.
또한, 상기 공기 공급 유닛은 팬과 필터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 필터는 HEPA 또는 ULPA 필터일 수 있다.
또한, 상기 하우징은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 유리, 또는 플라스틱 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 양압은 0.02 인치 내지 0.2 인치의 물기둥 범위일 수 있다.
또한, 상기 공기 공급 유닛 및 하나 이상의 통기구는 수직 방향의 층류를 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 수직 방향의 층류는 3D 프린트 베드 위에 형성될 수 있다.
또한, 상기 실험 기기는 1 m3 미만으로 치수가 정해질 수 있다.
또한, 상기 실험 기기는 0.5 m3 미만으로 치수가 정해질 수 있다.
또한, 상기 실험 기기는 표준 실험실 벤치의 폭보다 작은 풋프린트를 갖도록 치수가 정해질 수 있다.
또한, 상기 3D 프린터는 3D 바이오프린터일 수 있다.
또한, 상기 3D 프린트 베드는 멀티웰 플레이트 또는 페트리 접시를 지지하도록 되어 있을 수 있다.
이상의 클린 챔버 또는 실험 기기에는 UV 광원을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실험 기기는 하우징과, 상기 하우징 내에 형성된 공기 공급 유닛 및 상기 하나 이상의 통기구를 포함하는 클린 챔버; 및 3D 프린트 베드와, 상기 프린트 베드 위에 형성된 3D 프린팅에 적합한 하나 이상의 유체 공급원을 포함하는 3D 프린터를 포함하고, 상기 3D 프린터는 상기 공기 공급 유닛과 상기 하나 이상의 통기구 사이에 상기 3D 인쇄 베드가 형성되도록 상기 하우징 내에 형성되며; 상기 클린 챔버는 상기 공기 공급 유닛에 의해 내부에 양압을 유지할 수 있다.
또한, 상기 하우징은 3D 프린터와 인터페이싱하기 위한 하나 이상의 제어부 또는 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징은 하우징 내부에 액세스를 제공하기에 적합한 도어를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징은 하우징 내부를 관측하기에 적합한 적어도 하나의 윈도우를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공기 공급 유닛은 상기 하우징의 탑에 형성되고, 상기 하나 이상의 통기구는 상기 하우징의 측면 또는 바닥에 형성될 수 있다.
또한, 상기 공기 공급 유닛은 팬과 필터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 필터는 HEPA 또는 ULPA 필터일 수 있다.
또한, 상기 하우징은 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 유리, 또는 플라스틱 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 양압은 0.02 인치 내지 0.2 인치의 물기둥 범위일 수 있다.
또한, 상기 공기 공급 유닛 및 하나 이상의 통기구는 수직 방향의 층류를 제공하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 수직 방향의 층류는 3D 프린트 베드 위에 형성될 수 있다.
또한, 상기 실험 기기는 1 m3 미만으로 치수가 정해질 수 있다.
또한, 상기 실험 기기는 0.5 m3 미만으로 치수가 정해질 수 있다.
또한, 상기 실험 기기는 표준 실험실 벤치의 폭보다 작은 풋프린트를 갖도록 치수가 정해질 수 있다.
또한, 상기 3D 프린터는 3D 바이오프린터일 수 있다.
또한, 상기 3D 프린트 베드는 멀티웰 플레이트 또는 페트리 접시를 지지하도록 되어 있을 수 있다.
첨부된 도면은 본 발명의 실시예의 특정 양태를 도시하며, 본 발명을 제한하기 위해 사용되어서는 안된다. 기재된 설명과 함께 도면은 본 발명의 특정 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 클린 챔버 기술의 평면도를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고효율 필터 및 전동식 팬의 상세 구성을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 특정 실시예에 따른 일체형 클린 챔버-3D 바이오프린터의 측면도를 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 특정 실시예에 따른 일체형 클린 챔버-3D 바이오프린터의 정면도를 나타내는 사진이다.
본 발명의 다양한 예시의 실시예에 대해 상세히 언급될 것이다. 예시적인 실시예들에 대한 이하의 논의가 본 발명에 대한 제한으로서 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 오히려, 독자에게 본 발명의 특정 양태 및 특징의 보다 상세한 이해를 제공하기 위해 이하의 논의가 제공된다.
일 실시예에서, 본 발명은 3D 바이오프린터와 같은 3D 프린터를 수용 또는 포함하도록 되어 있는 클린 챔버를 제공한다. 클린 챔버는 3D 프린터를 둘러싸는 별도의 하우징일 수 있거나, 또는 3D 프린터와 일체화될 수 있다. 클린 챔버는 추가의 공간을 최소화하면서 3D 프린터를 둘러싸거나 감싸기에 적합한 크기로 되어 있다. 본 발명의 클린 챔버는 3D 프린터를 둘러싸고 있는 순수화된 공기 영역(zone of purified air)을 제공하고, 클린 룸 사양을 충족시키지 않는 표준 실험실 설비에 수용될 수 있다.
따라서, 일부 실시예에서, 클린 챔버는 일체화된 공기 공급 유닛과 함께, 1 m3보다 작은 소형 유닛이다. 클린 챔버의 크기는 다를 수 있지만 일반적으로 클린 챔버가 3D 프린터 자체 부피의 10배, 9배, 8배, 7배, 6배, 5배, 4배, 3배, 또는 2배 미만의 부피를 차지하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 클린 챔버의 부피는 3D 프린터의 부피의 1.9배, 1.8배, 1.7배, 1.6배, 1.5배, 1.4배, 1.3배, 1.2배, 1.1배 미만이다. 클린 챔버의 형상은 다양할 수 있지만, 일반적으로 정사각형 또는 직사각형 직육면체, 또는 박스형 형상이 바람직하다. 클린 챔버의 예시의 치수는 100cm x 90cm x 90cm, 90cm x 80cm x 80cm, 80cm x 80cm x 80cm, 90cm x 90cm x 80cm, 95cm x 80cm x 80cm, 80cm x 80cm x 75cm, 75cm x 75cm x 75cm, 80cm x 70cm x 70cm, 70cm x 70cm x 70cm, 60cm x 60cm x 60cm, 50cm x 50cm x 50cm 등을 포함한다. 실시예에서, 클린 챔버의 크기는 잉크젯, 레이저-예열 및 압출 3D 프린터 또는 바이오프린터를 포함하는 임의의 3D 프린터 또는 바이오프린터를 수용할 수 있다. 특정 실시예에서, 클린 챔버는 표준 실험실 벤치에 맞는 풋프린트를 가지도록 치수가 정해지고, 40cm x 40cm x 50cm 및 40cm x 40cm x 40cm와 같이, 부피가 0.5 m3 미만이며, 30-50 lbs의 범위의 중량을 가지고, 내부에 3D 바이오프린터를 포함한다. 특정 실시예에서, 클린 챔버는 33cm x 30cm x 38cm 또는 33cm x 30cm x 47cm의 예시의 치수를 가지며, 3D 바이오프린터를 포함하여 대략 40 lbs의 중량을 가진다.
실시예에서, 클린 챔버는 3D 프린터의 다양한 구성 요소를 관측하거나 액세스하기 위한 투명한 윈도우 및 도어를 제공한다. 예를 들어, 윈도우와 도어는 모터, 프린트 헤드, 프린트 베드, 프린트용 기판, 프린트 구조물, 카트리지, 주사기, 플랫폼, 레이저 및 제어부와 같은 구성 요소에 대한 관측 또는 액세스를 제공할 수 있다. 추가로, 클린 챔버는 전원 케이블, USB 케이블 등과 같이 3D 프린터에 연결되는 케이블용 포트를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 클린 챔버는 3D 프린터의 특정 동작 구성 요소를 관측하기 위한 투명 윈도우를 제공한다. 투명 윈도우는 유리, 플렉시글라스(plexiglass), 플라스틱 등으로 제조될 수 있다. 일부 실시예는 아암 포트에 아크릴, PVC, 고무, 또는 폴리프로필렌과 같은 밀폐성 재료로 제조된 슬리브 및 글러브(glove)를 제공한다. 이 실시예에서, 클린 챔버는 3D 프린터를 둘러싸는 클린 챔버 내부의 클린 공기 환경을 유지하면서 오퍼레이터가 3D 프린터에 액세스할 수 있게 한다. 대안적으로 또는 추가로, 오퍼레이터가 챔버 내부에 재료를 삽입 또는 제거하고, 3D 프린터에 액세스 가능하게 하는 도어 또는 포트가 제공될 수 있다. 도어 또는 포트는 챔버 내부에 미립자 물질의 유입을 최소화하도록 설계될 수 있다. 일부 실시예에서, 도어 및 포트는 투명하여 3D 프린터의 관측을 제공할 수 있고, 유리, 플렉시글라스, 또는 플라스틱으로 제조될 수 있다. 도어 또는 포트는 밀폐된 폐쇄 위치 또는 3D 프린터에 대한 액세스를 가능하게 하는 개방 위치를 가질 수 있다. 개방 위치에서, 클린 챔버 내부의 양압 환경은, 오염 물질이 챔버 내부로 유입되지 않는다는 것을 보장한다. 대안적으로 또는 추가로, 클린 챔버에는, 클린 챔버에 들어갈 수 있는 박테리아, 바이러스, 및 원생동물을 비활성화시킴으로써, 오염을 방지하기 위해 사용 전에 3D 프린터의 내부, 특히 프린트 베드를 살균하기 위한 자외선 C 살균 램프(Ultraviolet C germicidal lamp)(100-280nm, 4.43-12.4eV)가 구비될 수 있다. 도어 또는 포트는, 프린팅 재료를 포함하는 주사기 또는 프린터의 프린트 베드로부터의 3D 프린팅 재료와 같이, 제거 또는 교체를 필요로 하는 3D 프린터 또는 바이오프린터의 다양한 구성 요소에 액세스할 수 있도록 최적으로 배치된다. 도어 또는 포트는 또한 프린터의 작동 제어부에 대한 액세스를 제공할 수 있다. 추가로, 클린 챔버는 클린 공기 환경을 유지하면서 3D 프린터의 작동을 가능하게 하는 방식으로 3D 프린터 또는 바이오프린터와 일체화될 수 있다. 예를 들어, 3D 프린터의 프린트 베드는 3D 프린트 제품을 제거할 수 있는 슬라이딩 액세스 도어 또는 트레이로 구성되거나 또는 폐쇄(enclosed)될 수 있다. 다시, 공기 공급 유닛에 의해 유지되는 양압 환경은, 슬라이딩식 액세스 도어 또는 다른 포트가 개방될 때 필터링되지 않은 공기가 클린 챔버로 들어가지 않는다는 것을 보장한다. 또 다른 실시예에서, 3D 프린터의 제어부는 클린 챔버의 하우징 외부에 구비되고 3D 프린터에 명령을 전송한다. 이러한 방식으로, 3D 프린터는 오퍼레이터가 프린터를 제어하기 위해 밀폐 하우징을 뚫지(breach) 않고 제어된다. 대안적으로, 하우징은 3D 프린터에 연결된 USB 포트를 가질 수 있고, 3D 프린터는 USB 포트를 통해 하우징에 연결된 컴퓨터, 마더보드(motherboard) 또는 프로세서를 통해 제어될 수 있다. 3D 프린터의 컴퓨터에 설치된 펌웨어는 마이크로 컨트롤러 및 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터 또는 전자 신호를 증폭 또는 스위칭하는데 사용되는 다른 유형의 임의의 트랜지스터를 통해, 고효율 여과 시스템에서 팬 또는 송풍기의 속도를 제어하도록 프로그래밍될 수 있다. 대안적으로, 팬 또는 송풍기의 속도는 외부 컴퓨터 디바이스의 소프트웨어 인터페이스를 통해 제어될 수 있다. 클린 챔버의 공기 흐름 속도, 고효율 필터 수명 주기 및 입자 수는 3D 프린터의 및 소프트웨어 인터페이스의 터치 스크린 또는 LCD 디스플레이에 표시될 수 있다.
실시예에서, 밀봉 시스템은 클린 챔버의 윈도우, 도어 및/또는 포트 주위에 제공된다. 밀봉 시스템은 고무, 실리콘, 또는 접착제와 조합된 폼(foam)으로 제조될 수 있다. 밀봉 시스템은 공기가 챔버 내부로 도입될 때 클린 챔버가 양압 환경을 유지할 수 있다는 것을 보장한다. 밀봉 시스템은 하우징의 내부가 밀폐되거나, 또는 실질적으로 밀폐되는 것을 보장하기 위해, 윈도우 및 도어와, 하우징의 인터페이스에 형성될 수 있다. 이러한 밀폐된 하우징은 공기 공급 유닛(후술됨)이 하우징 내부에 양압을 유지하는 것을 가능하게 한다.
실시예에서, 클린 챔버는 공기 공급 유닛을 포함한다. 공기 공급 유닛은 고효율 필터와 연통하는 송풍기 또는 팬을 포함한다. 고효율 필터는 고효율 미립자 포집(HEPA) 필터, 초저투과 공기(ULPA) 필터 등일 수 있다. 특정 실시예에서, 고효율 필터는 최소한 95-99.9%의 효율을 갖는 HEPA 필터 클래스 EU10일 수 있다. 다른 실시예에서, HEPA 필터는 99.999995%의 효율을 갖는 최대 클래스 U17일 수 있다. 실시예는 작은 압력 증가로 공기량을 이동시킬 때 클린 팬을 사용하여, 적당한 압력 증가로 공기량을 이동시킬 때 송풍기를 사용하여, 바이오프린터의 외부 환경으로부터 필터링되지 않은 공기를 가져와서 고효율 필터를 통해 클린 챔버 내부로 푸시하는 여과 시스템을 제공한다. 대안적으로, 공기는 공기 펌프를 사용하여 고효율 필터를 통해 푸시될 수 있다. 여과 시스템은 필터를 통해 누출되는 공기가 없도록, 바이오프린터로 흡입된 모든 공기가 필터를 통해 배출되도록 설계되어 있다. 실시예에서, 여과 시스템은, 프린터 또는 바이오프린터의 크기 및 클린 챔버가 수용해야 하는 프린트 헤드의 수에 따라, 25 cm2와 2 m2 사이의 면적, 예를 들어 약 25 cm2, 50 cm2, 75 cm2, 1 m2, 1.25 m2, 1.5 m2, 1.75 m2, 또는 2 m2의 면적을 덮을 수 있다. 실시예에서, 처리될 수 있는 공기의 부피는 바이오프린터 요구 사항에 따라, 최대 1 m3, 최대 2 m3, 최대 3 m3, 최대 4 m3, 최대 5 m3, 또는 최대 6 m3 등의 범위일 수 있다. 또한, 여과 시스템은 고효율 필터에 의해 포획된 살아있는 박테리아 및 바이러스를 제거하기 위해 고-에너지 UV 광 유닛을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 고효율 필터는 송풍기 또는 팬의 출력물 앞에 배치되어 필터가 직접 출력물을 수신할 수 있다. 다른 실시예에서, 고효율 필터는 유입 공기가 송풍기 또는 팬에 들어가기 전에 필터를 먼저 통과하도록 송풍기 또는 팬 뒤에 배치된다. 다른 실시예에서, 2개의 고효율 필터가 배치되고, 하나는 송풍기 또는 팬 앞에 배치되며, 하나는 송풍기 또는 팬 뒤에 배치된다. 송풍기 또는 팬은 단상 전기 모터 또는 대안적으로 삼상 모터를 가질 수 있다. 또한, 전기 모터는 AC 또는 DC 전력 공급원으로 작동할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 송풍기 또는 팬은 배터리에 의해 동력을 공급받아 클린 챔버가 정전 중에 작동할 수 있다. 또한, 실시예에서 송풍기 또는 팬은 상이한 속도를 갖도록 구성된다. 하나의 특정 실시예는 가변속 드라이브에 의해 구동되는 가변속 팬을 제공한다. 가변속 팬은 클린 챔버 내부의 공기 흐름의 정밀한 제어를 제공한다. 공기 공급 유닛은 외부 압력과 비교하여 챔버 내부에서 양압차를 유지하도록 설계된 흐름으로 작동된다. 따라서, 밀봉 시스템에서 누출이 발생되어야 하고, 챔버 내부에 가압된 공기는 내부가 아닌 외부로 누출될 것이고, 이는 오염된 공기가 누출되지 않는다는 것을 보장한다.
일부 실시예에서, 고효율 공기 필터(들)는 챔버를 둘러싸고 있는 주위 공기로부터 적어도 99%의 입자를 필터시킨다. 다른 실시예에서, 고효율 공기 필터(들)는 챔버를 둘러싸는 주위 공기로부터, 0.30 마이크론 또는 그보다 큰 입자 중 적어도 약 95%, 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% 또는 그 이상을 필터한다. 실시예에서, 고효율 공기 필터(들)는 챔버 내부에 살균 또는 거의 살균 환경을 제공한다. 이는 프린팅된 조직 또는 기관의 3D 제조를 가능하게 한다.
일부 실시예에서, 공기 공급 유닛은 클린 챔버의 탑에 위치되고, 주변 실험실 환경으로부터 필터링되지 않은 공기를 수용한다. 그 후, 공기 공급 유닛이 필터링된 공기를 아래쪽으로 푸시하여, 챔버 내부에 양압 환경을 형성하고 유지하면서 3D 프린터를 둘러쌀 수 있다. 3D 프린터를 통과한 후, 필터링된 공기는 클린 챔버의 바닥에 위치한 하나 이상의 통기구를 통해 클린 챔버를 빠져 나간다. 이러한 방식으로, 클린 챔버는 3D 프린터를 가로질러 필터링된 공기의 층류 또는 단방향(즉, 수직 방향) 스트림을 제공한다. 그러나, 일부 실시예에서, 클린 챔버는 공기 공급 유닛 및/또는 통기구의 위치를 변경함으로써 수평 방향의 층류를 제공하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 클린 챔버는 비단방향(예를 들어, 난류) 또는 혼합된 공기 흐름 패턴을 갖도록 구성된다.
실시예에서, 공기 공급 유닛은 배기구를 통한 출력물보다 높은 공기 흐름을 가짐으로써, 챔버 내부에, 챔버를 둘러싸고 있는 주위 압력보다 높은 양압을 생성한다. 이는, 폐쇄에 의해 배기구를 통한 흐름을 제한하거나, 또는 배기구를 팬과 결합시켜 공기 공급 유닛의 팬보다 낮은 출력을 갖는 배출 유닛을 제공함으로써 달성될 수 있다. 이러한 방식으로 배기구가 공기를 환기시키고, 클린 챔버 내부의 공기 흐름과 압력을 제어하는데 도움을 준다. 챔버 내부의 양압은 바람직하게는 1대기압(atm)보다 높다. 일부 실시예에서, 챔버 내부의 차압은 0.02 인치 내지 0.2 인치의 물기둥(H2O) 범위에 있고, 이는 표준 클린 룸 내부의 양압과 유사하다. 그러나, 일부 실시예에서, 공기 공급 유닛 및 배기 유닛의 출력은 챔버 내부에 음압을 제공하도록 조정될 수 있다. 일부 실시예에서, 다수의 공기 공급 유닛 및/또는 배기 유닛은 클린 챔버를 통해 공기를 이동시키는데 사용된다. 일부 실시예에서, 클린 챔버에는 챔버 내부의 공기 압력을 측정하기 위한 압력 센서가 구비되고, 하우징의 외부 부분에 표시한다.
일부 실시예에서, 공기 공급 유닛은 적어도 1 피트(foot)/분의 속도로 클린 챔버 내부에 흐름을 제공한다. 일부 실시예에서, 공기 공급 유닛은 클린 챔버 내부에 적어도 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 피트(feet)/분 또는 그보다 높은 속도로 흐름을 제공한다. 공기 공급 유닛 및/또는 배기구 또는 유닛은 시간당 적어도 1회의 공기 변화 속도로 챔버 내부의 공기를 교체하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 챔버 내부의 공기는 시간당 적어도 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, 또는 그 이상의 공기 변화 속도로 변화된다.
일부 실시예에서, 클린 챔버는 ISO 1, ISO 2, ISO 3, ISO 4, ISO 4, ISO 5, ISO 6, ISO 7, ISO 8, 및 ISO 9와 같이, ISO 14644-1 클린 룸 표준을 충족시키는 공기 클린도를 제공한다. 이 표준은 공기의 1 입방미터당 공기 입자의 크기 및 수를 기초로 한다. 다른 실시예에서, 클린 챔버는 클래스 1, 10, 100, 1,000, 10,000, 10,000 또는 100,000과 같이, 미국 연방 표준 209E 클린 룸 표준(US Federal Standard 209E　Cleanroom Standards)을 충족시키는 공기 클린도를 제공한다. 미국 연방 표준 209E 클린 룸 표준은 공기 1 입방피트당 0.5 ㎛ 이상의 입자 수를 기초로 한다(예를 들어, 클래스 1,000 클린 룸은 공기의 각 1 입방피트당 0.5 ㎛ 또는 그보다 작은, 1,000개의 입자를 나타낸다). 이러한 표준은 공기 공급 유닛(들) 및 배출 유닛(들)에 의해 이동되는 공기량의 함수인, 클린 챔버 내부의 공기 흐름 및 공기 교체 속도를 조정함으로써 충족될 수 있다. 예를 들어, 보다 클린한 공기 표준을 충족시키기 위해, 공기 공급 유닛의 흐름이 증가될 수 있거나, 또는 최대 흐름에 도달할 때 추가 공기 공급 유닛이 챔버에 설치될 수 있다. 클린 챔버가 상기 표준을 충족시키는 지의 여부는 연방 표준 209 문헌 또는 IEST-RP-CC-006: TESTING CLEANROOMS에 기재된 바와 같이, 본 분야에 공지된 다양한 테스트 절차를 통해 확인될 수 있는데, 환경 과학 기술 협회(Institute of Environmental Sciences and Technology; IEST) 웹사이트에서 이용가능하다.
클린 챔버는 스틸, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 티타늄, 유리, 플라스틱의 조합, 또는 이들 재료의 임의의 조합으로 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 클린 챔버는 스틸, 스테인레스 스틸, 또는 분말 코팅된 강철 프레임 및 유리 또는 플라스틱윈도우 또는 도어로 제조되는 인클로저(enclosure)이다. 또한, 클린 챔버의 에지는 클린 챔버의 바닥, 탑 및/또는 측면 상에서 라운딩(rounded)될 수 있다. 추가로, 클린 챔버는 바닥에 캐스터(caster) 또는 바퀴를 가져서 쉽게 이동될 수 있거나, 벤치탑과 같은 평평한 표면에 안정성을 제공하기 위해 바닥에 올려 놓을 수 있다.
다음의 도면들은 본 발명의 특정 실시예를 도시하기 위한 것이다. 도 1은 공기 공급 유닛(30)이 클린 챔버(5)의 탑에 위치되는 클린 챔버(5)의 실시예다. 이 실시예에서, 공기 공급 유닛(30)은 HEPA 필터(10) 및 팬 유닛(20)을 포함하며, HEPA 필터 (10)는 흡기부에서 팬 유닛(20)의 직전에 위치된다. 도 2는 도 1의 클린 챔버(5)의 실시예를 도시하고, 유닛 외부로부터의 공기(25)가 공기 공급 유닛(30)에 들어가서 통과하여, 공기 공급 유닛의 출력이 클린 챔버(5)를 통해 3D 프린터(미도시)로 클린하며 수직 방향의 층류(35)를 생성할 수 있다. 추가로, 배기구(미도시)는 챔버의 바닥에 위치된다.
도 3 및 도 4는 3D 바이오프린터와 일체화된 클린 챔버 하우징의 특정 실시예를 도시한다. 일체형 클린 챔버-3D 바이오프린터(105)는 큐비클형 하우징을 형성하기 위해 내화학적으로 설계된 분말 코팅 강철 프레임(145)을 갖는다. 하우징은, 차단될 때 에어록(airlock)을 형성하기 위한 밀봉부를 가질 수 있는 전방 도어(160) 및 내부를 관측하기 위해 하우징의 양측에 있는 2개의 윈도우(150)를 더 포함한다. 전면 도어는 유리, 플렉시글래스 또는 플라스틱으로 제조되어, 도어가 닫혀있을 때 프린트 베드 내부에 대한 관측을 제공할 수 있다. 하우징의 탑에는 소형 팬 및 HEPA 필터를 포함하는 공기 공급 유닛(130)이 있다. 하우징의 전면 도어 아래에는 3D 바이오프린터 내부와 인터페이싱하기 위한 다양한 디스플레이 및 제어부(165)가 있다. 디스플레이 또는 제어부에는 압력 센서 및 온/오프 스위치를 위한 디스플레이를 포함한다. 하우징 내부에, 압출을 위한 이동식 플랫폼 또는 프린트 베드(190) 및 주사기(185)를 포함하여, 3D 바이오프린터 내부의 다양한 구성 요소를 볼 수 있다. 이동식 프린트 베드는 멀티웰 플레이트, 페트리 접시, 및/또는 유리 슬라이드를 지지할 수 있다. 윈도우(150)의 바닥에는 클린 챔버를 통과하는 공기를 배출하기 위한 통기구(155)가 있다. 또한, 도 3 및 도 4에는 복수의 지지 부재(170)가 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 지지 부재(170)는 프레임(145)에 결합되어 있으며, 이동식 프린트 베드(190)와 주사기(185)와 같은 유체 공급원을 지지한다. 또한, 이동식 프린트 베드(190)의 이동은 복수의 지지 부재(170)에 의해 가이드된다.
본 발명의 실시예는 다음을 포함할 수 있는 클린 챔버 내부의 3D 바이오프린터의 추가 특징을 제공한다. 바이오프린터는 300 nm 내지 500 nm 범위의 파장을 갖는 UV 경화 광뿐만 아니라 프린팅 영역의 살균을 위한 UV 광을 포함할 수 있다. 바이오프린터는 하이드로겔 내에, 하이드로겔 상에, 또는 하이드로겔 없이 진핵 세포 및 원핵 세포를 프린팅하기 위한 프린트 헤드를 가질 수 있다. 프린트 헤드는 1 내지 20,000,000 cP(centiPoise)의 동적 점도 범위를 갖는 재료를 분배할 수 있다. 프린트 헤드는 생체 재료, 하이드로겔, 탈세포화된 인체 및 동물의 조직 및 기관으로부터 제조된 재료뿐만 아니라 정의 및 비정의된 패턴으로 현탁된 세포를 분배하는 데 사용될 수 있다. 프린트 헤드는 3D 구조물을 만들기 위해, 진핵 및 원핵 세포를 포함하는 것들을 포함하여, 생체 재료들을 분배할 수 있다. 실시예에서, 바이오프린터는 1과 20개 사이의 프린트 헤드, 예를 들어, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 또는 20개의 프린트 헤드를 포함할 수 있다. 프린트 헤드는 1 mm와 100 mm 사이의 간격으로 서로 떨어져 위치할 수 있다. 프린트 헤드는 직선형 또는 원추형 팁을 갖는 니들 및 동축 니들을 통해 바이오링크와 같은 재료를 분배할 수 있다. 바이오링크는 분배하기 전에 인체의 세포와 혼합될 수 있다. 또한, 실시예는 재료가 제거가능한 기판 상에 또는 프린트 베드 자체의 탑에 직접 분배될 수 있는 프린트 베드를 제공한다. 프린트 베드는 페트리 접시, 멀티웰 플레이트, 및/또는 유리 슬라이드를 고정할 수 있다. 바이오프린터는 공압, 기계적 압력, 가열 압출, 유압 압출, 또는 공압식 압출을 사용하거나, 압전식 어플리케이터를 갖는 제트 프린트, 또는 공압식 어플리케이터가 있는 제트 디스펜서에 의해 재료를 분배한다. 실시예에서, 프린트 헤드 및 프린트 베드는 고효율 공기 필터(들) 아래에 위치하여, 클린 챔버로 들어가는 필터링된 공기를 직접 수용할 수 있다. 클린 챔버 내부에 생성된 필터링된 공기 및 양압은 셀을 포함하는 및 셀이 없는 3D 구조물의 살균 프린팅을 가능하게 한다.
대안적인 실시예에서, 하우징은 다양한 다른 구성의 3D 프린터 또는 바이오 프린터를 수용할 수 있으며, 비제한적인 예는 미국 특허 제7051654호, 제8241905호, 제8691274호, 제9149952호, 및 미국 출원 공개 제20130302872호에 기재되어 있다. 본 발명은, 하우징이 본 분야에 공지된 임의의 3D 프린터 또는 바이오프린터뿐만 아니라, 3D 프린터 또는 바이오프린터 기술의 장래의 개선을 수용하도록 구성될 수 있다는 것을 고려한다. 클린 챔버의 하우징은 3D 프린터 또는 바이오프린터와 일체화된 방식으로 제조될 수 있으며, 또는 대안적으로, 3D 프린터 또는 바이오프린터를 수용할 수 있도록 개조될 수 있다.
추가적인 실시예는 3D 프린팅 또는 3D 바이오프린팅용 키트를 제공한다. 키트는 일체형 클린 챔버-3D 바이오프린터뿐만 아니라 하이드로겔, 주사기, 결합제, 세포, 멀티웰 플레이트, 페트리 접시, 교체 필터 등과 같은 3D 바이오프린터에 사용하기 위한 다양한 시약 및 소모품을 포함한다.
본 발명은 다양한 특징을 갖는 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 상기에 제공된 개시 내용에 비추어, 본 발명의 범위 또는 정신을 벗어나지 않고 본 발명의 실시에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 본 본야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 본 분야의 통상의 기술자는, 개시된 특징들이 단일의, 임의의 조합으로 사용되거나, 또는 주어진 어플리케이션 또는 설계의 요건 및 사양에 기초하여 생략될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 실시예가 어떤 특징들을 "포함하는"을 언급할 때, 실시예들은 선택적으로, 임의의 하나 이상의 특징들로 "이루어지고", 또는 "본질적으로 이루어진"일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들은 본 발명의 명세서 및 실시의 고려로부터 본 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
값의 범위가 본 명세서에 제공되는 경우, 그 범위의 상한과 하한 사이의 각각의 값이 또한 구체적으로 개시된다는 것을 특히 유의해야 한다. 작은 범위의 상한 및 하한은 또한 이 범위에 독립적으로 포함되거나 제외될 수 있다. 단수 형태인 "하나의"는 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다. 명세서 및 실시예는 사실상 예시적인 것으로 고려되어야 하고, 본 발명의 본질을 벗어나지 않는 변형이 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 또한, 본 개시 내용에 인용된 모든 참고 문헌은 각각 본원에서 그 전체가 개별적으로 참고 문헌으로 포함되며, 본 발명의 개시를 보충하는 효율적인 방법을 제공할 뿐만 아니라 본 분야의 통상의 지식을 가진 자의 수준을 상세하게 설명하는 배경을 제공하기 위한 것이다.

Claims (5)

  1. 실험 기기로서,
    금속 프레임과, 유리 또는 플라스틱 윈도우 및 도어를 포함하는 하우징;
    상기 하우징의 탑에 형성되며, 공기 공급구, 필터 및 팬을 포함하여 상기 하우징 내부에 양압 환경을 유지하도록 구성된 공기 공급 유닛, 이때, 상기 필터는 상기 하우징을 둘러싸고 있는 주위 공기의 적어도 99%의 입자를 필터링하도록 구성되며;
    상기 하우징 내부에 배치되며 멀티웰 플레이트, 페트리 접시 및 유리 슬라이드 중 하나 이상을 지지하는 이동식 프린트 베드;
    상기 이동식 프린트 베드 상에 배치되며, 주사기를 갖는 유체 공급원;
    상기 프레임에 결합되어 있으며, 상기 이동식 프린트 베드와 유체 공급원을 지지하며, 상기 이동식 프린트 베드의 이동을 가이드하는 복수의 지지 부재; 및
    상기 하우징의 측면 또는 바닥에 배치된 하나 이상의 통기구를 포함하고,
    상기 공기 공급 유닛, 상기 이동식 프린트 베드, 상기 유체 공급원 및 상기 복수의 지지 부재는 상기 하우징과 일체화되어 있으며,
    상기 공기 공급 유닛 및 상기 하나 이상의 통기구는, 상기 공기 공급 유닛 및 상기 하나 이상의 통기구 사이에 상기 프린트 베드가 배치되도록 상기 하우징 내에 배치되어 있으며,
    상기 공기 공급 유닛 및 상기 하나 이상의 통기구는 사용동안 상기 하우징 내에 양압을 유지하도록 구성되어 있되, 상기 양압은 상기 하우징을 둘러싸는 주위 압력보다 높으며 0.02 인치 내지 0.2 인치의 물기둥의 양압차를 가지며,
    상기 하우징은
    상기 이동식 프린트 베드 및 유체 공급원과 인터페이스를 통해 연결되는 하나 이상의 제어부 또는 디스플레이; 및
    상기 윈도우, 도어 및 인터페이스의 주위에 밀봉 시스템을 추가로 포함하고,
    상기 하우징 내부에는 300-400 nm 범위의 파장을 갖는 UV 광원이 배치되어 있고,
    상기 하우징 내부에는100-280 nm 범위의 파장을 갖는 UV 광원이 배치되어 있으며,
    상기 실험 기기는 표준 실험실 벤치의 폭보다 작은 풋프린트를 갖도록 치수가 정해진, 실험 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기 공급 유닛 및 상기 하나 이상의 통기구는 수직 방향의 공기 층류를 제공하도록 구성되어 있는, 실험 기기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실험 기기는 1 m3 미만의 부피를 갖는, 실험 기기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밀봉 시스템은 고무, 실리콘 또는 접착제와 조합된 폼 재질인, 실험 기기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 프레임은 분말 코팅 강철 프레임인, 실험 기기.
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