通过数字光刻系统和方法的动态微加工与流程

背景技术：

技术实现思路

1、本文提供了用于形成三维物体的增材制造系统的实施方式，该系统包括：流体贮器，用于容纳可光聚合材料；可浸入所述流体贮器内的平台；至少一个光源，用于光聚合所述可光聚合材料；一个或多个空间光调制器，其沿着至少一个光源的光路布置，多个空间光调制器通过调制来自至少一个光源的光来投影三维物体的二维横截面的序列；可编程控制器，用于协调该二维横截面的序列的投影和平台的移动以形成三维物体。

2、在一些实施方式中，该系统还包括多个光学器件以将二维横截面聚焦到光学平面上。在一些实施方式中，多个空间光调制器包括一个或多个数字微镜设备。在一些实施方式中，多个空间光调制器包括一个或多个液晶设备。在一些实施方式中，至少一个光源包括发光二极管。

3、在一些实施方式中，平台连续移动。在一些实施方式中，至少一个光源包括激光。在一些实施方式中，激光被光栅化到与焦平面重合的可光聚合材料的平面上。

4、在一些实施方式中，平台逐渐地移动。在一些实施方式中，多个空间光调制器与光源结合使用。在一些实施方式中，所述系统包括四个空间光调制器。在一些实施方式中，四个空间光调制器被配置为使得每个空间光调制器包括二维横截面的一个象限。

5、在一些实施方式中，平台支撑三维物体的底部。在一些实施方式中，多个空间光调制器将三维物体的二维横截面投影到所述平台上方的光学平面上。在一些实施方式中，平台被移动远离光学平面，使得所投影的物体的二维横截面入射到与物体的先前形成的层相邻的可光聚合材料上。在一些实施方式中，平台移动远离光源并朝向流体贮器的底部移动。在一些实施方式中，平台以连续运动方式移动。在一些实施方式中，平台逐渐地移动。在一些实施方式中，光源在三维物体的形成期间被间歇地激活。

6、在一些实施方式中，该系统还包括至少容纳流体贮器和平台的外壳。在一些实施方式中，外壳包括空气过滤系统，其中外壳和空气过滤系统被配置为提供用于形成三维物体的无菌环境。

7、在一些实施方式中，平台包括可灌注基底。在一些实施方式中，可灌注基底是可移除的。在一些实施方式中，可灌注基底包括一个或多个通孔。在一些实施方式中，一个或多个通孔被配置为与提供在所述三维物体内部的一个或多个可灌注管腔对准。

8、在一些实施方式中，系统还包括灌注装置，其中灌注装置将溶液泵送通过三维物体。在一些实施方式中，还提供灌注装置以将溶液泵送通过可灌注基底。在一些实施方式中，溶液是可光聚合材料。在一些实施方式中，其中溶液是生物溶液。在一些实施方式中，生物溶液包括细胞、细胞培养基、颗粒、血液、合成血液或其组合。在一些实施方式中，细胞包括干细胞、雪旺细胞(schwann cell)或其组合。在一些实施方式中，其中灌注装置包括蠕动泵。

9、在一些实施方式中，灌注装置包括注射器。在一些实施方式中，其中注射器是气动操作的。在一些实施方式中，注射器的气动操作是数字驱动的。在一些实施方式中，数字驱动由可编程控制器执行。

10、在一些实施方式中，该系统还包括泵系统，其中泵系统被配置为用可光聚合材料填充流体贮器。在一些实施方式中，泵系统还被配置为从流体贮器中移除未聚合的材料。

11、在一些实施方式中，流体贮器包括多个子贮器。在一些实施方式中，子贮器中的每一个包括不同的光聚合物材料。在一些实施方式中，子贮器中的每一个都耦合到泵系统。

12、在一些实施方式中，第一可光聚合材料和第二可光聚合材料中的至少一个包括在被光源照射时触发聚合的光引发剂。在一些实施方式中，第一可光聚合材料和第二可光聚合材料中的至少一个包括猝灭组分，其中猝灭组分减少来自光源的信号以防止在不直接期望被照射的区域中的过度固化或意外固化。在一些实施方式中，猝灭组分包括作用于由光引发剂生成的自由基的化学物质。在一些实施方式中，猝灭组分包括染料，所述染料用于降低入射在焦平面上的光源的强度。在一些实施方式中，第一可光聚合材料和第二可光聚合材料中的至少一个包括猝灭组分，其中猝灭组分降低来自光源的信号以防止在不直接期望被照射的区域中的过度固化或意外固化。

13、在一些实施方式中，该系统还包括灌注装置，其中灌注装置将可光聚合材料泵送通过可灌注基底。在一些实施方式中，还提供灌注装置以将可光聚合材料泵送通过三维物体。在一些实施方式中，灌注装置包括蠕动泵。在一些实施方式中，灌注装置包括注射器。在一些实施方式中，注射器是气动操作的。在一些实施方式中，注射器的气动操作是数字驱动的。在一些实施方式中，数字驱动由可编程控制器执行。

14、在一些实施方式中，可光聚合材料包括生物光聚合物材料、合成光聚合物材料或其组合。在一些实施方式中，生物光聚合物材料包括天然存在的生物材料、合成改性的生物材料或其组合。在一些实施方式中，合成改性的生物光聚合物材料包含一个或多个丙烯酸基团。在一些实施方式中，合成改性的生物光聚合物材料包括甲基丙烯酸化明胶、甲基丙烯酸化透明质酸、甲基丙烯酸化藻酸盐、聚乙二醇二丙烯酸酯、丙烯酸化己内酯或其组合。在一些实施方式中，合成改性的生物光聚合物材料包括含有一到四个丙烯酸基团的聚乙二醇。在一些实施方式中，可光聚合材料包括细胞粘附配体和指导细胞迁移和增殖的化学线索。在一些实施方式中，细胞粘附配体可以包括rgd肽序列。

15、本文提供了用于形成三维物体的方法的实施方式，包括：(a)将基板浸入可光聚合材料中并与焦平面相邻；(b)将三维物体的第一横截面投影到焦平面上并入射到可光聚合材料上以聚合三维物体的第一层；(c)将基板移动离开所述焦平面；(d)将三维物体的后续横截面投影到焦平面上并入射到可光聚合材料上以聚合所述三维物体的后续层，其中后续层耦合到三维物体的前一层；以及(e)重复(c)和(d)直到由可光聚合材料形成三维物体。

16、本文提供了用于形成三维物体的方法的实施方式，包括：(a)将基板浸入第一可光聚合材料中并与焦平面相邻；(b)将三维物体的第一横截面的至少一部分投影到焦平面上并入射到第一可光聚合材料上以聚合第一可光聚合材料的第一层；(c)将基板移动离开所述焦平面；(d)将三维物体的后续横截面的至少一部分投影到焦平面上并入射到第一可光聚合材料上以聚合第一可光聚合材料的后续层，其中后续层耦合到前一层；以及(e)重复(c)和(d)直到三维物体的第一主体由第一可光聚合材料形成。

17、在一些实施方式中，该方法还包括从第一主体移除未聚合的第一可光聚合材料的步骤。在一些实施方式中，该方法还包括以下步骤：(f)将后续的可光聚合材料添加到第一主体；(g)将三维物体的横截面的至少一部分投影到焦平面上并入射到后续的可光聚合材料上以聚合后续的可光聚合材料的第一层，其中后续的可光聚合材料的第一层被耦合到基板或第一主体；(h)移动基板；(i)将三维物体的后续横截面的至少一部分投影到焦平面上并入射到后续的可光聚合材料上以聚合后续的可光聚合材料的后续层，其中后续层耦合到后续的可光聚合材料或第一主体的前一层；以及(j)重复(h)和(i)直到三维物体的后续主体由后续的可光聚合材料形成。在一些实施方式中，执行(f)至(j)以形成三维物体。

18、本文提供了用于形成三维物体的方法的实施方式，包括：(a)将基板浸入第一可光聚合材料内并与焦平面相邻；(b)将三维物体的第一横截面的至少一部分投影到焦平面上并入射到第一光聚合材料上以聚合第一可光聚合材料的第一层；(c)将基板移动离开所述焦平面；(d)将三维物体的后续横截面的至少一部分投影到所述焦平面上并入射到第一可光聚合材料上以聚合第一可光聚合材料的后续层，其中后续层耦合到前一层；以及(e)重复(c)和(d)直到三维物体的第一主体由第一可光聚合材料形成。

19、在一些实施方式中，该方法还包括从第一主体移除未聚合的第一可光聚合材料的步骤。在一些实施方式中，该方法还包括在第一主体的内部提供可灌注管腔的步骤。在一些实施方式中，该方法还包括以下步骤：(f)将第二可光聚合材料添加到第一主体；(g)将三维物体的横截面的至少一部分投影到焦平面上并入射到第二可光聚合材料上以聚合第二可光聚合材料的第一层，其中第二可光聚合材料的第一层被耦合到基板或第一主体；(h)移动基板；(i)将三维物体的后续横截面的至少一部分投影到焦平面上并入射到第二可光聚合材料上以聚合第二可光聚合材料的后续层，其中后续层耦合到第二可光聚合材料或第一主体的前一层；以及(j)重复(h)和(i)直到三维物体的第二主体由第二可光聚合材料形成。