CN109153181B - 用于生物产品的分配设备和系统 - Google Patents

Abstract

提供手持分配设备(10)。手持分配设备包括第一分配元件(12)和第二分配元件(50)，其中，第一分配元件(12)配置成分配结构材料，第二分配元件(50)配置成分配生物材料；其中，第二分配元件是单次使用且可灭菌的；以及其中，第一分配元件可连接至第二分配元件。另外，提供分配系统。分配系统包括可灭菌室、至少一个机器人臂组件和分配设备以及外部控制设备，其中，至少一个机器人臂组件和分配设备在可灭菌室内；其中，至少一个机器人组件配置成移动分配设备，该分配设备包括第一分配元件和第二分配元件，第一分配元件可释放地连接至第二分配元件；外部控制设备连接至至少一个机器人臂组件，并且配置成控制至少一个机器人臂组件；其中，第一分配元件配置成分配结构材料，以及第二分配元件配置成分配生物材料。

Description

用于生物产品的分配设备和系统

背景技术

本申请涉及手持分配设备，以及配置有该手持分配设备的系统，以及包括可灭菌的室的分配系统。

三维(3D)生物打印是采用3D打印技术用诸如细胞和支承部件的材料来生成细胞图案和生命组织的过程，其中，细胞功能和活力保存在打印构造内。近来，3D生物打印已开始并入支架打印，支架即提供用于细胞支承的结构。

当前用于3D生物打印的前沿解决方案的是具有部件的大3D打印机，该部件在填充有例如富含营养的介质的打印托盘上移动，从而潜在地导致颗粒脱落至托盘中。单次使用生物3D打印机示例在US2015/0035206A1中给出。

替代地，可利用诸如笔打印机的小比例的解决方案。例如US8834793B2公开了能够分配生物材料的笔，而US9102098B2公开了能够分配用于打印支架的结构材料的笔。通常，结构材料(例如热塑性塑料)笔打印机和生物材料笔打印机(诸如细胞分配器)单独存在。电子材料科学卓越ARC中心(ARC Center of Excellence for Electromaterials Science)开发了一种笔，该笔将细胞材料喷至诸如藻酸盐的生物高聚物内，然后将生物高聚物的外层包裹凝胶材料。当挤压时外层和内层在笔头中组合。

然而，笔在每次使用之后必须灭菌，并且遵守需要的灭菌条件会很麻烦。

因此，需要在无菌的条件下，允许将生物材料添加至结构材料和支架以有效且容易地形成多个物体的系统。具体地，在例如按比例放大至大比例的生物3D打印机之前，需要允许用户以小比例快速、容易和廉价地试验个多设计，同时检查结构材料和细胞的兼容性，并且优化其处理的手持设备。

一个应用可以是用于实验室和生物制药公司快速筛选材料、支架设计和形状，以试验它们的细胞和生物活性材料的材料兼容性，并且在增大比例之前优化它们的处理。用于生物制药工业的主要应用可以是在使用单次使用生物3D打印机之前，用于筛选3D打印细胞产品以进行功效和毒性测试。另外，该小比例的实验室技术可应用至筛选客户的生物活性材料，用于在诸如UniSart系列产品的诊断薄膜上的体外诊断中(IVD)测试，在生物传感器上打印，以及多种的定制的医疗的设备。

发明内容

根据一方面，提供了手持分配设备。该手持分配设备包括以下部分：

第一分配元件，配置成分配结构材料；以及

第二分配元件，配置成分配生物材料；

其中，第二分配元件是单次使用且可灭菌的；以及

其中，第一分配元件可释放连接至第二分配元件。

根据另一方面，提供系统。系统包括以下部分：

根据第一方面的手持分配设备；

至少一个单次使用生物反应器；以及

至少一个无菌连接组件，配置成将至少一个单次使用生物反应器连接至手持分配设备。

根据还一方面，提供分配系统。系统包括以下部分：

可灭菌的室；

在可灭菌室内的至少一个机器人臂组件和分配设备，其中，至少一个机器人组件配置成移动分配设备，该分配设备包括第一分配元件和第二分配元件，第一分配元件可释放地连接至第二分配元件；以及

外部控制设备，连接至至少一个机器人臂组件，并且配置成控制至少一个机器人臂组件；

其中，第一分配元件配置成分配结构材料，以及第二分配元件配置成分配生物材料。

附图说明

在下文中，参照示例性附图来详细描述示例性实施方式。根据说明书、附图和权利要求，其它特征会变得显而易见。

图1示出了包括附接机构的手持分配设备的示例。

图2示出了包括配有至少一个套筒的主体的手持分配设备的示例。

图3示出了包括附接机构的手持分配设备的其它示例。

图4示出了包括一个或多个温度调节元件的手持分配设备的示例。

图5示出了包括不同机构的分配元件的示例。

图6示出了包括手持分配设备和生物材料源的系统的示例。

图7示出了包括手持分配设备和两个生物材料源的系统的示例。

图8示出了包括手持分配设备、生物材料源、离心组件和横向流动组件的系统的示例。

图9示出了用于监测手持分配设备的外部监测设置的示例。

图10示出了包括可灭菌室、分配设备和人工操作的外部控制设备的分配系统的示例。

图11示出了包括可灭菌室、分配设备和自动操作的外部控制设备的分配系统的示例。

具体实施方式

在下文中，将参照附图给出对示例的详细描述。应理解的是，可对示例做出各种修改。具体地，一个示例的一个或多个元件可在其他示例中组合和使用，以形成新的示例。在下文中，具有撇号的附图标记与相应的普通数字表示相同但是处于不同配置的部件。例如，10表示处于脱离连接状态的分配设备，以及10’表示处于连接状态的分配设备。

图1至图11示出了可提供用于增材制造的结构材料和生物材料的分配设备的不同示例。换言之，由分配设备挤出的材料可用于打印3D物体，即，生成3D物体。3D物体是指在三维空间中存在的任何物体，而不管该物体的长度、宽度和深度的度量以及长度、宽度和深度的比率。

结构材料包括主要用于承载载荷和/或维持系统的组成部件并置的材料。结构材料承受载荷或应力，其中，应力可由机械、热或机械和热共同引起。结构材料可用于构造支架，即，为来源于生物系统的其它材料和细胞提供支承的结构。支架的架构对于例如结构、营养素运输和细胞基质相互作用的情况很重要。结构材料的示例为加热的热塑性塑料、水凝胶、纤维素、胶原蛋白、胶原蛋白纤维、生物纸(以及其它可分解的材料)、糖、环氧树脂和合成的聚合物。

生物材料可包括具有生物系统的材料，该材料诸如为细胞、细胞组分、细胞产品、其它分子、以及来源于生物系统的材料，该来源于生物系统的材料诸如为蛋白质、抗体和生长因子。另外，分配设备可分配与生物材料有关的其它材料，该其它材料例如是诸如营养素丰富的介质和计量药物产品的支援性流体。

这里描述的分配设备提供平台，该平台用于分配结构材料以及生物材料，其中，分配结构材料以形成支架或三维打印物体，可将生物材料分配在结构材料上，以形成打印产品。可打印诸如细胞结构、生物产品、移植物、支架结构、诊断装备等多种结构。

分配设备可采用增材制造的多种不同技术，从而逐层构建材料以形成3D产品。分配器件可包括但不限于挤压打印头、加热挤压打印头和喷射沉积打印头，其中，挤压打印头以连续流或以液滴来沉积固体、流体或半固体材料，加热挤压打印头可加热固体物料，以帮助固体物料如流体一样地流动，并且一旦打印在平台上，则固体物料可在平台上固化，喷射沉积打印头在图案内的具体区域上喷射材料的微粒化液滴。

如图1至图9所示，分配设备可为直接由操作员握持的手持设备，或如图10和图11所示，分配设备可由机器人控制工具来控制。根据一个示例，机器人控制工具可由操作员人工控制，操作员经由与通过操作员操纵的触笔模拟通信来进行该人工控制。根据另一示例，机器人控制工具可运行用于打印的预编程操作。

分配设备可包括至少两个分配元件，第一分配元件配置成分配结构材料，以及第二分配元件配置成分配生物材料。在一些示例中，分配设备可包括另外的分配元件，另外的分配元件例如用于分配与生物材料有关的材料，该与生物材料有关的材料例如为保存生物材料和/或生物材料的生存能力所需的材料，诸如支援性的流体。另外的分配元件可包括但不限于移液管分配元件、流体分配元件、喷射涂层分配元件、计量药物分配器、营养素丰富介质分配器、凝胶分配器、溅射涂层分配器和粘合剂分配工具。一个或多个分配元件可包括配置成控制材料的移动直到材料从分配尖端部进行分配的液压、气动、磁、电和/或手动式驱动机构。在一个示例中，驱动机构可包括至少一个进给马达。

另外或替代地，分配设备可包括用于修改打印物体的一个或多个修改工具。修改工具可包括但不限于打孔工具、刀片、切削工具、旋转螺钉、磨削工具、铭印工具、冲压工具和激光切割工具。

示例性地，分配设备可包括材料选择器开关，以在分配设备内的多个分配元件中选择应分配其材料的分配元件。换言之，材料选择器开关可选择待由分配设备分配的材料。

第一分配元件(还称为“结构材料分配元件”)和第二分配元件(还称为“生物材料分配元件”)可彼此固定或可释放地彼此连接。同样地，可连接另外的分配元件和/或修改工具。分配元件可直接连接，例如在物理上彼此接触，或例如经由第三元件间接连接。分配元件之间的连接可允许分配元件之间的电力、数据(例如，传感器数据、输入数据)和/或流体连接。

在一些示例中，分配元件彼此永久地连接，其中，分配设备形成为整体。在其它示例中，分配元件能够可释放地连接。换言之，分配元件可以以物理脱离连接状态或以连接状态存在，并且能够从一种状态至另一状态来回转换。可释放连接可经由诸如卡扣机构的附接机构来实现，该卡扣机构包括突出部和用于容纳突出部的相应配合孔。其它附接机构可包括但不限于可置换的锁定片和配合的接收保持器、扣件和磁体。

在一些示例中，分配设备可包括障碍物，该障碍物位于分配元件之间，以防止当连接时由于分配元件接近而导致不希望的效果。示例性地，第一分配元件可包括加热元件，以加热结构材料，以及障碍物(例如热障碍物)可保护生物材料，从而防止加热对在第二分配元件中的生物材料产生负面影响。

至少第二分配元件是可灭菌的、单次使用元件，以防止从一批生物材料至另一批生物材料的交叉污染。单次使用元件是一次性元件，即，在使用后丢弃的元件。单次使用元件配置成用于一次性使用，并且在其使用一次之后，完成其功能，并且可丢弃。单次使用元件由可灭菌材料形成，并且因为其一次性而有助于降低污染风险。

在使用之前，可灭菌的、单次使用生物材料分配元件可通过诸如伽马照射进行传送预灭菌，或通过操作员使用诸如由高压灭菌的经验证的灭菌方法来灭菌。可灭菌的、单次使用生物材料分配元件可通过标准化无菌连接器与多次使用且单次使用的生物反应器、微生物反应器、过滤器和其它生物处理设备的当前基础结构进行连接。例如，生物材料分配元件可使用无菌连接件连接至诸如生物反应器容器的生物材料进给源。来自进给源的生物材料在从分配元件分配之前可经历诸如过滤、浓缩等处理。

根据一个示例，可灭菌的、单次使用生物材料分配元件可连接至多次使用结构材料分配元件。根据另一示例，包括第一分配元件和第二分配元件的整个分配设备可以是可灭菌的和单次使用的。

分配设备旨在允许操作员快速筛选与生物材料兼容的结构材料。操作员能够容易地创建多个形状、设计、结构、支架和打印程序，以优化至最佳组合。本质上，这是在诸如单次使用打印机组件的大比例的生物3D打印机上的按比例增大的操作之前，确定打印的材料类型和形状是否与维持或促进细胞生长以及优化这种生长的情况相兼容。

分配设备可包括一个或多个定向和定位传感器，或可由外部监测设备定位地进行跟踪，以记录运动、材料分配和状态。可利用记录的分配设备的运动的该存储的定位文件，在大比例的生物3D打印机内从小比例的分配设备复制合格的打印设计。换言之，存储的与分配的方法和情况有关的信息可用于使用3D打印机，以与操作员使用分配设备构造三维物体完全相同的方式来打印结构材料和生物材料。

图1示出了包括附接机构的手持分配设备10的示例。可灭菌的、单次使用第二分配元件50使用附接机构直接连接至多次使用第一分配元件12。视图‘A’是处于脱离连接状态的分配设备10的侧视图，其中，分配设备10包括彼此脱离连接的第一分配元件12和第二分配元件50。

分配设备10的第一分配元件12可包括其中装有多个部件的打印机主体14。分配设备10的多次使用第一分配元件12可使用例如是热塑性材料的结构材料16，热塑性材料诸如为聚乳酸(PLA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、碳纤维、低熔点金属和/或其它低熔点结构材料。在其它示例中，结构材料可包括但不限于：羟磷灰石(HA)、胶原蛋白、纤维蛋白、水凝胶、脱乙酰壳多糖、透明质酸、糖、凝胶剂和粉末。

在该示例中，热塑性塑料结构材料16的一段可插入多次使用第一分配元件12的顶部，并且分配速度由进给马达18确定，其中，进给马达18具有至少一个齿轮20，以控制热塑性塑料结构材料16的运动。可利用多个进给马达18和齿轮20，以确保结构材料16稳定流动穿过第一分配元件12的顶部，直到从分配尖端部38分配结构材料16，以防止卡在设备的内部。

结构材料16可穿过内管状件22移动至诸如电力驱动加热元件的加热元件24，加热元件24由电连接46驱动。在该示例中，热塑性塑料结构材料16的加热以及穿过狭窄的分配尖端部38的分配可构成一种超高温灭菌，即使结构材料16来自于非无菌的进料，该超高温灭菌也可消灭结构材料16内的微生物。没有加热或压缩的其它分配方法在使用之前可需要无菌连接至无菌进料。

操作员可通过计算机控制板26来控制加热元件24的温度以及结构材料16的分配，其中，计算机控制板26可包括处理设备28、记忆存储设备30和无线通信设备32。多次使用第一分配元件12可包括一个或多个控制设备，以允许操作员例如利用分配和缩进按钮34来控制材料流。另外，可设置材料选择器开关36，以从多种材料选择应由分配设备10分配的材料，诸如一旦第二分配元件50连接至第一分配元件12，则从分配结构材料16转换至分配生物材料。另外或替代地，可利用诸如有线或无线的脚踏开关、可穿戴设备或其它远程输入的远程输入设备(未示出)来控制材料流和选择待分配材料。

分配设备10可在第一分配元件12中包括多个定位传感器44，该多个定位传感器44包括但不限于：运动传感器、定向传感器、陀螺传感器、环境传感器、照相机、显微镜照相机、热感照相机、深度传感器、超声波设备、磁强计、加速计、接近传感器、全球定位系统(GPS)设备、内测量单元(IMU)以及内部定位传感器或外部定位传感器。由操作员使用的来自分配设备10的定向和定位的信息可保存在文件中，利用该文件，可以以与使用大比例的单次使用生物3D打印机装置(未示出)手动打印完全相同的方式，打印出结构材料和生物材料的复制品。另外或替代地，用于定位的传感器还可用于在打印之前、在打印期间和/或在打印之后，扫描工作空间、打印托盘和/或三维物体。这些扫描可用于确定打印材料的结构或微观结构。

分配设备10的多次使用第一分配元件12可使用例如卡扣机构的附接机构42，以附接至位于单次使用第二分配元件50上的相应附接机构64。在该示例中，第一分配元件12和第二分配元件50直接连接。附接机构42可使得单次使用第二分配元件50与多次使用第一分配元件12连通地连接，其中，该连接可建立电、机械和/或流体连通。在该示例中，多次使用第一分配元件12与单次使用第二分配元件50之间的连接可包括热障碍物40，从而防止来自加热元件24的剩余热量对生物材料的分配产生负面影响。

单次使用第二分配元件50可由可灭菌的材料构造，并且可利用诸如伽马照射、高压灭菌和/或化学灭菌的经验证方法来进行灭菌。例如，单次使用第二分配元件50可包括装有多个部件的打印机主体52。另外，单次使用第二分配元件50可包括至少一个物理的无菌连接器和管部件58，其中，该至少一个物理的无菌连接器可包括诸如

连接器的两个或更多部件，该

连接器具有连接至细胞、介质和/或其它生物材料的外部无菌进给源的管，管部件58将无菌的进给材料从无菌连接件输送至内管54。替代地，无菌连接件可用至少一个可热焊接的管制成，该可热焊接的管可使用

可热焊接的管密封器(未示出)来连接。

内管54延伸打印机主体52的长度，直至位于与管部件58相对的端部处的分配尖端部56。分配尖端部56可包括多个形状以改变分配材料的分配轮廓，诸如缓慢以及聚焦或喷射在限定区域或图案上。另外，分配尖端部56还可包括约束设备(未示出)，该约束设备可部分关闭，以限制材料流动穿过尖端部56，或完全关闭，以阻止全部材料流动穿过尖端部56。替代地，操作员可在对于不同分配图案具有不同几何尺寸的多个分配尖端部之间选择，这可通过移动包括打印机主体52上多个尖端部配置(未示出)的圆盘传送带轮进行选择，或通过将预灭菌尖端部(未示出)附接至分配尖端部56进行选择。

当内管54填充有材料时，可利用诸如完整可测试的、灭菌等级的通气过滤器的通气过滤器62，来适当地使内管54通气。材料穿过单次使用第二分配元件50的运动可由诸如气动压力源、泵或电动马达的外部源来提供。替代地，泵、电动马达和/或气动压力源可位于分配设备10的内部。

视图‘B’是处于连接状态的分配设备10’的侧视图。在该示例中，多次使用第一分配元件12’使用附接机构42’进行连接，附接机构42’附接至单次使用第二分配元件50’上的相应附接机构64’。材料选择器开关36’可从用于选择多次使用第一分配元件12’的位置移动至用于选择单次使用第二分配元件50’的位置，因而可由操作员利用材料分配和缩进按钮来分配生物材料和/或与生物材料有关的材料。处于连接状态的分配设备10’可包括符合人体工程学的塑模手柄，该塑模手柄位于第一分配元件12’、单次使用第二分配元件50’上或穿过第一分配元件12’和单次使用第二分配元件50’，用于使操作员舒适地使用设备。

电力电缆48可插入电气连接件46，以为电加热元件24、至少一个进给马达18或其它电子部件提供动力。替代地，分配设备10可通过示例性地可再充电的电池、交流有线连接、驱动通信端口、太阳能单元、机械功率源、诸如手动曲柄的机电电力源或无线电力源的至少一个来提供动力。

单次使用第二分配元件50’可经由至少一个无菌连接件60’连接至生物进给源66。无菌连接件60’可使用诸如

连接器和/或其它物理无菌连接器的无菌连接器制造，和/或可通过将可热焊接管的一段管热焊接至用于与生物进给源66无菌连接的进给组件来实现。

图2示出了包括配有至少一个套筒120的主体的手持分配设备100的示例。

视图‘A’是处于脱离连接状态的手持分配设备100的侧视图。分配设备100包括可重复使用的多次使用第一分配元件102和用于插入可灭菌的单次使用的第二分配元件122的套筒120。分配设备100的多次使用第一分配元件102可包括其中装有多个部件的打印机主体104。在一个示例中，套筒120可以是打印机主体104的部分，使得套筒120和第二分配元件122直接连接。

多次使用第一分配元件102可利用诸如热塑性材料的结构材料106。在其它示例中，结构材料可包括羟磷灰石(HA)、胶原蛋白、纤维蛋白、水凝胶、脱乙酰壳多糖、透明质酸、糖、凝胶剂和粉末中的任何一种。

在该示例中，热塑性塑料结构材料106的一段可插入多次使用第一分配元件102的顶部，并且可由进给马达确定分配速度，其中，进给马达具有一个或多个齿轮，以控制热塑性塑料结构材料106的运动。结构材料106可朝向可加热热塑性塑料结构材料106的加热元件108移动穿过内管状件，并且通过狭窄的分配尖端部112分配热塑性塑料结构材料106。

操作员可通过计算机控制板114来控制加热元件108的温度和结构材料106的分配，其中，计算机控制板114可包括处理设备、记忆存储设备和无线通信设备。多次使用第一分配元件102可包括一个或多个控制设备，以允许操作员例如利用分配和缩进按钮110和材料选择器开关116来控制材料流，其中，材料选择器开关116从多种分配材料选择材料。示例性地，一旦将单次使用第二分配元件122连接至第一分配元件102，则材料选择器开关可从分配结构材料106转换至分配生物材料。

分配设备100可包括多个定位传感器118，该多个定位传感器118包括但不限于：运动传感器、定向传感器、陀螺传感器、环境传感器、照相机、深度传感器、磁强计、加速计、接近传感器、GPS设备以及内部定位传感器或外部定位传感器。

多次使用第一分配元件102的打印机主体104可包括单次使用第二分配元件122可插入的桶状件或套筒120。经由插入桶状件120的、在第一分配元件102与第二分配元件122之间的连接还可由诸如卡扣机构的附接机构进行协助。在该示例中，第一分配元件102和第二分配元件122直接连接。单次使用第二分配元件122的插入和可选附接至附接机构可使得第二分配元件122与多次使用第一分配元件102处于连通接触。连接可建立电、机械和/或流体连通。在该示例中，在多次使用第一分配元件102与单次使用第二分配元件122之间的连接可包括热障碍物，以防止来自加热元件108的剩余热量对生物材料的分配产生负面影响。

单次使用第二分配元件122可由可灭菌的材料构造，并且可利用诸如伽马照射、高压灭菌和/或化学灭菌的经验证方法进行灭菌。示例性地，单次使用第二分配元件122可包括其中装有多个部件的打印机主体。另外，第二分配元件122可包括诸如

连接器的至少一个物理无菌连接器124，该物理无菌连接器124包括两个或更多个部件，该物理无菌连接器124具有连接至细胞、介质和/或其它生物材料的外部无菌进给源的管部件126，其中，管部件126可将无菌进给材料从无菌连接件输送至内管128。替代地，无菌连接可用至少一根可热焊接的管制造，该可热焊接的管可使用

可热焊接的管密封器(未示出)进行连接。

内管128可延伸打印机主体的长度直至分配尖端部132，该分配尖端部132在与连接至管部件126的端部相对的一个端部处。分配尖端部132可包括多个形状以改变分配材料的分配轮廓，诸如缓慢以及聚焦或喷射在限定区域或图案上。当内管128填充材料时，可利用诸如完整可测试、灭菌等级的通气过滤器的通气过滤器134来适当地使内管128进行通气。

材料穿过单次使用第二分配元件122的运动可由诸如气动压力源、泵或电动马达的外部源来提供。替代地，泵、电动马达和/或气动压力源可以在分配设备100的内部。

视图‘B’是处于连接状态的分配设备100’的侧视图。在该示例中，单次使用第二分配元件122’可插入套筒120，并且还使用附接机构进行连接。材料选择器开关116’可从用于选择多次使用第一分配元件102'的位置移动至用于选择单次使用第二分配元件122’的位置，因而生物材料和/或与生物材料有关的材料可由操作员利用材料分配和缩进按钮110进行分配。处于连接状态的分配设备100’可包括在第一分配元件102’上的塑模手柄，该塑模手柄符合人体工程学，用于使操作员舒适地使用设备。

单次使用第二分配元件122’可经由至少一个无菌连接件124’连接至生物进给源130。无菌连接部124’可通过将可热焊接的管的一段管热焊接至用于与生物进给源无菌连接的进给组件来实现。无菌连接部124’可使用诸如

连接器和/或其它物理无菌连接器的无菌连接器制造，和/或可通过将可热焊接的管的一段管热焊接至用于与生物进给源无菌连接的进给组件来实现。

分配设备100’可由电力电缆(未示出)、示例性地可再充电的电池、驱动通信端口、太阳能单元、机械功率源、诸如手动曲柄的机电功率源或无线功率源来提供动力。

视图‘C’是处于脱离连接状态的分配设备150的侧视图。第一分配元件162和第二分配元件164可与参照视图‘A’和视图‘B’描述的相应元件相似。然而，第一分配元件162的主体的不包括套筒。反而，在该示例中，具有包括多个桶状件或套筒154和桶状件或套筒156的中央连接主体152，其中，多个第一分配元件162和第二分配元件164可插入桶状件或套筒154和桶状件或套筒156，以形成完成的组件。因而，第一分配元件162和第二分配元件164可经由中央连接主体152间接地连接。

还可使用附接机构将分配元件固定在套筒154和套筒156中。附接机构可使得多个第一分配元件162和第二分配元件164与中央连接主体152连通连接，其中，连接可包括电、机械和/或流体连通。

在该示例中，中央连接主体152可以是可灭菌的和单次使用的。另外，连接至中央连接主体152的多个第一分配元件162和第二分配元件164可以是可灭菌的和单次使用的。中央连接主体152可在多个桶状件154与桶状件156之间包括热障碍物158，以防止热能量传递，从而避免对第二分配元件164产生负面影响。另外，中央连接主体152可包括诸如按钮、开关、旋钮的多个控制元件160以及与参照视图‘A’和视图‘B’描述的那些相似的其它操作员控制元件。

视图‘D’是分配设备150’的侧视图，其中，通过热障碍物158分隔的多次使用第一分配元件162’和单次使用第二分配元件164二者都处于连接状态，并且使用附接机构附接至中央连接主体152。中央连接主体152可包括符合人体工程学的塑模手柄，用于使操作员舒适地使用设备。

在该示例中，多次使用第一分配元件162’可包括计算机控制板，该计算机控制板包括处理设备、记忆存储设备和无线通信设备。在中央连接主体152上的多个控制元件160可排列并且通信地附接至计算机控制板元件，以接收控制元件160的输入。替代地，计算机控制板和其它设备可部分地或整体地集成至中央连接主体152。

单次使用第二分配元件164’可经由至少一个无菌连接件166’连接至生物进给源，该生物进给源为诸如从多次使用生物反应器或单次使用生物反应器发源或加工的材料。例如，无菌连接件由无菌连接器构成，该无菌连接器为诸如

连接器和/或其它物理无菌连接器，两个或更多部件166’和部件168在该无菌连接器处连接在一起。在其它示例中，多次使用第一分配元件102可需要无菌连接件，该无菌连接件用于诸如水凝胶、羟磷灰石(HA)、胶原蛋白、纤维蛋白、脱乙酰壳多糖、透明质酸等的一些结构材料，这些结构材料不能加热至极端温度。因为加热确保在分配之前杀死结构材料中的全部微生物，如果不能加热，则进给材料在连接至分配设备150之前可需要灭菌，以防止最终打印物体的任何潜在污染。

如图1和图2中所示，结构材料分配元件通常可包括至少一个进给马达、至少一个根内管和至少一个分配尖端部，其中，该至少一个进给马达控制结构材料的运动，该至少一个内管容纳结构材料，该至少一个分配尖端部分配结构材料。另外，结构材料分配元件可包括至少一个控制设备(例如，分配和缩进按钮和/或材料选择器开关)，以控制材料的流以及当其它分配元件连接至结构材料分配元件时选择必须分配的材料。另外或替代地，结构材料分配元件可包括诸如计算机控制板的处理器件，以控制分配过程。示例性地，结构材料分配元件可包括加热元件以加热和熔化结构材料，以及处理器件可配置成控制加热元件的温度。

通常，生物材料分配元件可包括主体、至少一个内管、至少一个通气过滤器和至少一个分配尖端部，其中，主体由可灭菌的材料形成，至少一个内管容纳生物材料，至少一个通气过滤器在通气过滤器填充有材料时使内管适当地通气，至少一个分配尖端部分配生物材料。另外，生物材料分配元件可包括无菌连接器，该无菌连接器连接至材料进给源，以用于生物材料的无菌传递和分配。

如图1和图2中所示的生物材料分配元件和结构材料分配元件的组合仅是许多手持分配设备的可能配置中的一个。图3示出了包括附接机构的手持分配设备的其它示例，其中，可连接多个分配元件和/或可在连接的分配元件之间设置外部障碍物。

视图‘A’是多个可连接的分配元件处于脱离连接状态的分配设备230的侧视图。在该示例中，构成分配设备230的分配元件可包括多次使用第一分配元件232、单次使用第二分配元件262以及可以是多次使用或单次使用的移液管液体分配元件244。在其它示例中，分配设备230的部分可为不同分配元件，其中，分配元件可包括但不限于：喷射分配器、计量药物分配器、液体介质分配器、凝胶分配器或溅射涂层分配器。另外，诸如打孔工具、刀片、旋转螺钉、激光切割机、增压无菌空气、膜分配器(用于分配膜、卫衣、薄膜以及形状记忆聚合物)、静电纺丝纤维/纳米纤维分配器、用于荧光或DNA识别标签的分配器或其它工具的修改分配结构材料和/或生物材料的其它修改工具可附接至分配设备230，以用于修改打印物体。这些用于表面修改的打印后的修改工具的使用以及在打印的三维结构内的内部路径的生成在美国专利申请14/680180中进行了描述，该美国专利申请通过引用并入本文。

在该示例中，多次使用第一分配元件232分配可示例性地是热塑性材料的结构材料234。结构材料234可穿过内管状件(未示出)移动至加热元件(未示出)，并且通过狭窄的分配尖端部240进行分配。操作员可控制结构材料234的分配温度。另外，操作员可通过诸如材料分配和缩进按钮238和材料选择器开关236的多个控制设备来控制材料234的流，其中，当第二分配元件262与移液管液体分配元件244连接时，材料选择器开关236从多种材料选择应通过分配设备230分配的材料。

多次使用第一分配元件232可使用例如卡扣机构的附接机构242，以附接至在移液管液体分配元件244上的相应附接机构258。

移液管液体分配元件244可包括柱塞按钮246、体积调整旋钮250、体积指示器显示器252、尖端部喷射器按钮248、尖端部保持器254以及一次性的移液管尖端部256。移液管液体分配元件244可包括具有桶状件、轴、弹簧和O形圈的内部活塞组件(未示出)。移液管液体分配元件244可用于分配药物或化工产品的计量体积，或用于将液体介质或其它生长促进流体分配至打印的物体。

移液管液体分配元件244可使用例如卡扣机构的附接机构260，以附接至在单次使用第二分配元件262上的相应附接机构270。

单次使用第二分配元件262可由可灭菌的材料构成，并且可利用诸如伽马照射、高压灭菌和/或化学灭菌的经验证方法进行灭菌。在该示例中，单次使用第二分配元件262可包括其中装有多个部件的打印机主体。另外，单次使用第二分配元件262可包括至少一个物理无菌连接器和管部件，其中，诸如

连接器的至少一个物理无菌连接器包括两个或更多部件，该至少一个物理无菌连接器具有连接至细胞、介质和/或其它生物材料的外部的无菌进给源的管，管部件将无菌的进给材料从无菌连接件输送至内管(未示出)。

内管(未示出)可延伸打印机主体的长度直到在一个端部处的分配尖端部268。分配尖端部268可包括多个形状以改变分配材料的分配轮廓，诸如缓慢以及聚焦或喷射在限定区域或图案上。当内管填充有材料时，可使用诸如完整可测试、灭菌等级的通气过滤器的通气过滤器266，以适当地使内管(未示出)进行通气。材料穿过单次使用第二分配元件262的运动可由诸如气动压力源、泵或电动马达的外部源来提供。替代地，泵、电动马达和/或气动压力源可以是在分配设备230的内部。

视图‘B’是多个可连接的分配元件处于连接状态的分配设备230的侧视图。在该示例中，多次使用第一分配元件232’、移液管液体分配元件244’和单次使用第二分配元件262’利用它们相应的附接机构进行连接。附接机构可使得移液管液体分配元件244’、单次使用第二分配元件262’和多次使用第一分配元件232’彼此连通接触，其中，连接可建立电、机械和/或流体连通。在分配设备230’内的多个分配元件的每个之间，可具有热障碍物(未示出)，以防止热能量传递不利地影响移液管液体分配元件244和第二分配元件262。处于连接状态的分配设备230’可包括符合人体工程学的塑模手柄，塑模手柄在第一分配元件232’、移液管液体分配元件244’、单次使用第二分配元件262’上，或穿过全部元件，用于使操作员舒适地使用设备。

在分配设备230’的连接配置中，材料选择器开关236’可将选择的分配元件改变为诸如移液管液体分配元件244’或单次使用第二分配元件262’，以允许操作员利用材料分配和缩进按钮238控制材料的流。移液管液体分配元件244’可利用分配元件本身上的、材料分配和缩进按钮238或移液管柱塞按钮246，这取决于哪个对操作员的操作更舒适。相应分配元件的分配尖端部240、分配尖端部254和分配尖端部268充分地间隔开，以防止与另一元件重叠或喷射至另一元件，诸如防止来自移液管液体分配元件244’的喷射涂层液体与第一分配元件232’的加热分配尖端部接触。

单次使用第二分配元件262’可经由至少一个无菌连接件264’连接至生物进给源272。无菌连接件264’可使用诸如

连接器的无菌连接器和/或其它的物理无菌连接器制成，和/或可通过将可热焊接的管的一段热焊接至用于与生物进给源无菌连接的进给组件来实现。

视图‘C’是分配设备280的侧视图，其中，多次使用第一分配元件282附接至热障碍物286，以防止如上述示例中讨论的加热元件不利地影响单次使用第二分配元件284内的生物材料。热障碍物286可形成为使得通过附接机构(未示出)在多次使用第一分配元件282与单次使用第二分配元件284之间提供连通接触。热障碍物286可向下延伸至分配尖端部288和分配尖端部289，以防止在从分配尖端部288分配结构材料与从分配尖端部289分配生物材料期间、来自加热元件的任何负面热效应。

视图‘D’是分配设备290的侧视图，其中，多次使用第一分配元件292附接至隔离元件296，以防止如上述示例中讨论的加热元件不利地影响单次使用第二分配元件294内的生物材料。隔离元件296可形成为使得通过附接机构(未示出)在多次使用第一分配元件292与单次使用第二分配元件294之间提供连通接触。隔离元件296可仅沿着第一分配元件292和第二分配元件294的一段的部分地延伸，以在分配尖端部298与分配尖端部299之间留下缺口，在该缺口处，来自工作空间的气流可防止在来自分配尖端部298的结构材料的分配与来自分配尖端部299的生物材料的分配期间，来自加热元件的任何负面热效应。

如参照图1至图3所讨论的，结构材料分配元件可包括诸如加热元件的温度调节元件。另外或替代地，诸如冷却元件和增温元件的其它温度调节元件可包括在分配设备中，以调节待分配材料的温度。在一个示例中，温度调节可通过分配设备中填充有热调节流体的一个或多个管线完成。热调节管线可使用外部泵和/或气动加压源来填充、适当地排放和再循环。用于流体的温度调节设备可以是外部设备，该外部设备在容器内加热和/或冷却热调节流体，以及通过热调节管线再循环流体。在另一示例中，温度调节可借助于单次使用化学温度调节元件完成，该单次使用化学温度调节元件可使用放热的和/或吸热的化学反应来作为待分配材料的单次使用温度调节。图4示出了包括一个或多个温度调节元件的手持分配设备的示例。

视图‘A’是包括其中装有多个部件的打印机主体302的单次使用分配设备300的侧视图，其中，多个部件由可灭菌的材料制成，并且可利用诸如伽马照射、高压灭菌和/或化学灭菌的经验证方法进行灭菌。在该示例中，分配设备300可包括结构材料分配元件和生物材料分配元件，其中，结构材料分配元件将材料从分配尖端部312分配出去，生物材料分配元件将材料从分配尖端部318分配出去。换言之，分配元件永久性地连接，并且可形成在一起。单次使用分配设备300可包括用于使操作员舒适地使用设备的符合人体工程学的塑模手柄。

分配设备300的结构材料分配元件可利用诸如低熔点热塑性材料的结构材料304，该低熔点热塑性材料的熔点比打印机主体302和在分配设备300内的其它内部部件的熔点更低。在其它示例中，结构材料可包括羟磷灰石(HA)、胶原蛋白、纤维蛋白、水凝胶、脱乙酰壳多糖、透明质酸、糖、凝胶剂、粉末或其它结构材料，该其它结构材料不需要加热超过塑料材料的熔点温度，其中，该塑料材料由打印机主体302和分配设备300内的其它内部件使用。

结构材料304可插入分配设备300的结构材料分配元件部分的顶部，并且可由进给马达(未示出)确定分配速度，该进给马达具有多个齿轮(未示出)，以控制热塑性塑料结构材料的运动。在该示例中，整个分配设备是单次使用的，进给马达(未示出)可通过附接至流体驱动器和温度调节连接器306的外部气动/液压源驱动。

在一个示例中，气动压力源可连接至流体驱动器和温度调节连接器306。在这种情况下，在运行通过进给马达(未示出)之后，废气可通过过滤器305在远离打印物体的方向上简单地排出压力，或过滤器可连接至管的一段上，其中，管的该段从工作区移除过量压缩空气。在另一示例中，液压源可连接至流体驱动器和温度调节连接器306。在这种情况下，在运行通过进给马达(未示出)之后，废液压力可使用管线将压缩流体远离工作区排出，或将流体回收在容器(未示出)中，在容器中流体可加压并且再循环通过设备。

结构材料304可通过内管状件(未示出)移动至单次使用加热元件(未示出)，单次使用加热元件参照视图‘B’和视图‘C’较详细地进行描述。

分配设备300的单次使用生物材料分配元件可经由至少一个无菌连接件314连接至生物进给源。当内管填充有材料时，可利用诸如完整可测试、灭菌等级的通气过滤器的通气过滤器316，以适当地使内管(未示出)进行通气。无菌连接件314可使用诸如

连接器的无菌连接器和/或其它的物理无菌连接器制成，和/或可通过将可热焊接的管的一段热焊接至与生物进给源无菌连接的进给组件来实现。

操作员可通过分配和缩进按钮310和材料选择器开关308控制结构材料和生物材料的分配，其中，材料选择器开关308可从结构材料分配转换至生物材料分配。在该示例中，控制可调节气动/液压的方向和力，气动/液压控制单次使用设备300内的材料的流。

视图‘B’是包括流体温度控制机构的单次使用分配设备320的侧视图。单次使用分配设备320可以是单次使用分配设备300的可能实施方式。

单次使用分配设备320可包括其中装有多个部件的打印机主体322，该多个部件由可灭菌的材料制成，并且可利用诸如伽马照射、高压灭菌和/或化学灭菌的经验证方法进行灭菌。

设备320可包括在热调节组件333内的内部再循环通道，以传递用于加热和冷却分配设备320内的元件的流体。个体流体传导元件可通过诸如如视图‘A’所示的流体驱动器和温度调节连接器306的单个连接件连接，以对齐和连接个体管线中的每个。管线可彼此隔离并且绝缘，以防止剩余热量或冷却不利地影响附近温度控制管线的温度。管线可包括会在下文中较详细描述的流体线330、加热管线340、冷却管线346和增温管线366中的至少一个。

示例性地，第一分配元件324可包括结构材料326、进给马达328、通气过滤器332、内管334、加热元件336、冷却元件342和分配尖端部348。进给马达328可由附接至流体线330的外部气动压力源驱动。在运行通过进给马达328之后，废气可通过通气过滤器332在远离打印物体的方向上简单地排出压力，或通气过滤器332可连接至管的一段上，其中，管的该段将过量压缩空气从工作区移除。

进给马达328可转动多个齿轮，该多个齿轮将结构材料326进给至内管334中，进给至加热元件336。加热元件336可包括使加热流体从外部温度调节流体源穿过加热管线340循环的组件，该加热流体诸如为加热无菌过滤水、乙二醇和/或蒸汽。加热管线340可连接至内加热再循环回路338，该内加热再循环回路338可绝缘，以保护内部部件和其它温度控制的流体线免遭升高温度的不利影响。加热元件336、加热管线340和内加热再循环回路338可由高熔点的塑料和/或金属部件制成，以抵抗变形和/或促进在加热流体的再循环期间的热传递，以熔化和分配结构材料326。

单次使用分配设备320可进行预灭菌，并且在流体管线中没有任何流体的情况下提供。然后，在使用之前，管线可填充有热调节流体。热调节管线可使用外部泵(未示出)和/或气动加压源(未示出)来进行填充、适当地排放和再循环。温度调节设备可以是外部设备，该外部设备在容器内加热和/或冷却热调节流体，以及通过分配设备320内的热调节管线再循环流体。

在一些情况下，具体地，如果加热元件的温度调节使用未紧密地控制的加热流体，则结构材料326在其传递通过加热元件336之后可部分地冷却，从而在其从结构材料分配尖端部348分配之前，实现结构材料326的期望的分配率和稳定性。冷却元件342可包括使冷却流体从外部温度调节流体源穿过冷却管线346循环的组件，该冷却流体为诸如冷却、冷的或冷冻了的无菌过滤水、盐水、乙二醇和/或空气。冷却管线346可连接至内部冷却再循环回路344，该内部冷却再循环回路344可绝缘，以保护内部部件和其它温度控制流体线免遭冷却温度的负面影响。冷却元件342、冷却管线346和内部冷却再循环回路344可由塑料和/或金属部件制成。

温度传感器可嵌入至加热元件336和冷却元件342，以将与在分配设备320内的分配有关的情况提供反馈至计算机控制板和/或操作员。第二分配元件356可包括热障碍物，以防止加热元件336和/或冷却元件342以及内部的内加热再循环回路338和热流体控制线不利地影响生物材料的分配。

第二分配元件356可包括增温元件364，以在分配期间，使细胞和/或生物材料保持在诸如培育温度37℃的稳定温度处。增温元件364可包括使增温流体从外部温度调节流体源穿过增温管线366循环的组件，该增温流体为诸如增温无菌过滤水、盐水、乙二醇和/或空气。增温管线366可连接至内部增温再循环回路365，该内部增温再循环回路365可绝缘，以保护内部部件和其它温度控制流体线免遭增温温度的负面影响。内部增温再循环回路365可定位成使得管线穿过热障碍物354。增温元件364可定位成使得在生物材料分配尖端部368的分配出之前，增温元件364在内管362整个长度上提供稳定的增温和热传递。

第二分配元件356可经由至少一个无菌连接件358连接至生物进给源。当内管362填充有材料时，可利用诸如完整可测试、灭菌等级的通气过滤器的通气过滤器360，适当地使内管362进行通气。无菌连接件358可使用诸如

连接器的无菌连接器和/或其它的物理无菌连接器制成，和/或可通过将可热焊接的管的一段热焊接至用于与生物进给源无菌连接的进给组件来实现。

操作员可通过分配和缩进按钮350和材料选择器开关352控制结构材料和生物材料的分配，其中，材料选择器开关352可从分配结构材料326转换至分配生物材料。在该示例中，控制可调节气动压力的方向和力，气动压力控制单次使用设备320内的材料的流。

视图‘C’是包括多个单次使用化学加热元件的单次使用分配设备370的侧视图。单次使用分配设备370可以是单次使用分配设备300的可能实施方式。

单次使用分配设备370可包括其中装有多个部件的打印机主体372，该多个部件由可灭菌的材料制成，并且可利用经验证方法进行灭菌。

设备370可包括单次使用化学加热元件或可再用的化学加热元件，其中，单次使用化学加热元件基于诸如当暴露在空气中时的铁的放热氧化机理，可再用的化学加热元件基于诸如过饱和溶液的放热结晶的机理。

设备370的第一分配元件374可包括结构材料376、进给马达378、通气过滤器380、内管、双室化学加热元件382和化学加热元件384以及分配尖端部。进给马达378可由附接至流体线383的外部气动压力源驱动。

在运行通过进给马达378之后，废气可通过通气过滤器380在远离打印物体的方向上简单地排出压力，或通气过滤器380可连接至管的一段上，其中，管的该段将剩余压缩空气从工作区移除。

进给马达378可转动多个齿轮，该多个齿轮将结构材料376进给至内管334中，进给至双室加热元件382和加热元件384。双室加热元件382和加热元件384可包括诸如氧化钙和水的两种不同的化工材料，双室加热元件382和加热元件384由密封件388保持隔开。示例性地，当由操作员通过在方向390上从插槽386拉动包括密封件388的带子来移除密封件388时，在双室加热元件382和加热元件384中的两种隔开的化学品混合。该混合导致引起加热元件温度升高的放热反应。在其它示例中，可使用单级化学品加热元件(未示出)，其中，可移除密封件388以将单级元件暴露至空气，将铁的放热氧化作为加热源。所使用的化学加热方法必须具有足够的热量和持续时间，以提供稳定的热能量，用于熔化计划使用的结构材料376。

设备370的第二分配元件392可包括热障碍物404，以防止化学加热元件382和化学加热元件384不利地影响生物材料的分配。第二分配元件392可包括双室增温元件396和增温元件394，该双室增温元件396和增温元件394可包括由密封件400保持隔开的两种不同化学材料。示例性地，当由操作员通过在方向402上从插槽398拉动包括密封件400的带子来移除密封件400时，在双室增温元件396和增温元件394中的两种隔开的化学品混合，导致引起增温元件温度增加的放热反应。增温元件室394可使用脉石和/或凝胶来调节和控制放热反应，从而当生物材料移动穿过内管时，防止剩余热量损害生物材料。替代地，可利用通过移除密封件400，将醋酸钠的过饱和溶液暴露至金属盘，这有助于引发从放热反应产生热量的成核和结晶。

温度传感器可嵌入至加热元件和增温元件，以将与分配设备370内的分配有关的情况提供反馈至计算机控制板和/或操作员。可使用多个加热和增温元件室，以在限定持续时间上保持加热，限定持续时间取决于需要完成材料至打印物体的过程的时间长度。替代地，操作员可移除使用的化学加热元件，并且用诸如可替换的筒配置的新元件来更换它们。替代地，如果化学加热元件没有持续完成物体的打印所需要的持续时间，则操作员可处理上述的分配设备370，并且将其连接至新的分配设备。

通过上述分配设备分配的结构材料和生物材料在分配之前都可需要一些种类的预处理。预处理的示例可包括但不限于混合、选择、改变材料的浓度。图5示出了包括用于待分配的材料的预处理的不同机理的分配元件的示例。参照上述附图描述的任何分配设备可包括这些分配元件中的一个或多个分配元件。

视图‘A’是包括混合设备的单次使用生物材料分配元件500的侧视图，混合设备包括具有一个或多个叶轮502的轴，该轴可连接至包括密封件的外部磁或齿轮轴连接件504。轴连接件可以是驱动轴和叶轮502旋转的结构。

用于生物材料的内管可包括多个挡板506，以帮助混合和分配从进给源508清洁地接收的生物材料。混合设备和挡板506可允许不均匀材料的适当混合和均匀，以便容易地分配粘性材料，和/或用于促进诸如分配细胞时同时移除细胞碎片的较密集或较不密集材料的分配。另外或替代地，在分配之前，具有无菌空气连接件(未示出)的分布器(未示出)和/或微型分布器(未示出)可用于适当地曝气和混合生物材料。另外，生物材料可与凝胶剂、水凝胶、藻酸盐或增稠剂结合，以帮助精确分配和附接至构筑物和/或支架。增稠剂可通过进给材料的上游连接件或经由备用无菌连接器(未示出)在单次使用第二分配元件500的内管内添加。增稠剂可需要利用混合设备进行有力的混合，以实现用于分配的适当稳定性。

视图‘B’是包括一个或多个内部辊元件512的单次使用第二分配元件510的侧视图，一个或多个内辊元件512可通过磁或齿轮连接件516连接至外部驱动机构和/或连接的多次使用结构材料分配元件的驱动机构。驱动机构(未示出)可利用齿轮轴、磁组件、气动空气源和/或液压流体源来驱动内部辊元件512。内辊元件512可促进从进给源514清洁地接收的生物材料的混合和分配。辊元件可包括不同节距和长度的多个突出部或叶轮刀片，以在分配之前辅助移动或选择具有限定规格的材料。另外，内部辊元件512可促进诸如细胞的具体材料的分配，该具体材料具有某些限定形状和密度。

视图‘C’是单次使用第二分配元件520的侧视图，该单次使用第二分配元件520包括用于在分配之前浓缩或稀释生物材料的一个或多个内部薄膜元件522。内部薄膜元件522可合并至内管，并且用于在分配之前，使用外部连接件524和真空力526从生物材料移除流体材料。内部薄膜元件522尺寸可设计成适当地移除选择的材料，并且控制移除力，以保护剩余生物材料，诸如，用于移除流体以进行浓缩，同时保持用于分配的健康细胞。在其它示例中，无菌流体可通过灭菌等级薄膜元件注射至第二分配元件520，以将从进给源528清洁地接收的生物材料稀释至具体浓度。示例是用于减少用于从附接板移除细胞的胰蛋白酶浓度，或提供化学帮助，以促进细胞或生物材料粘附至打印结构材料。生物材料分配尖端部530可包括鲁尔锁连接件或其它附接机构，以附接至尺寸过滤器设备，该尺寸过滤器设备532可正好在分配生物材料之前放置。尺寸过滤器设备532可提供灭菌等级流体，因而移除任何潜在的细菌污染，同时允许诸如蛋白质的小生物材料穿过。多个内部薄膜元件522以及尺寸过滤器设备532可以是完整可测试的。

视图‘D’是单次使用第二分配元件540的侧视图，该单次使用第二分配元件540包括在分配之前用于控制细胞保留和浓缩的单次使用细胞浓缩器设备542，该单次使用细胞浓缩器设备542诸如为

单次使用细胞浓缩器设备542可清洁地连接至具有两个管线的生物材料进给源544。通过离心力场中的沉降，借助于在细胞浓缩器设备542的内部内的材料的流来浓缩材料，这与离心分离相似但没有可移动的部分。细胞被浓缩，并经由单次使用生物材料分配器540的浓缩下溢连接件546进入内管，而细胞碎片和使用过的介质经由溢出连接件548移除。在其它示例中，可期望相反的产品，并且可改变单次使用浓缩器设备542连接，以使用管线548向单次使用生物材料分配器540供应，而从浓缩下溢连接546丢弃材料。换言之，可丢弃细胞，并且可收获包括期望的生物材料的使用过的介质，并且可在单次使用生物材料分配器540的内管内使用。

手持分配设备可经由无菌连接组件连接至生物材料源，无菌连接组件可包括但不限于过滤系统、缓冲器皿容器、管状件、发酵罐、横向流动组件、薄膜吸附器、离心装置和培育器的任何组合。

图6示出了包括手持分配设备624和生物材料源602的系统600的示例。手持分配设备624可包括参照图1至图5所描述的一个或多个分配设备的特征。

无菌打印和进给材料系统600可包括诸如单次使用生物反应器的生物材料源602，该单次使用生物反应器可例如是微生物反应器，该微生物反应器经由无菌连接器604连接至过滤系统。过滤系统(或过滤器系统)可包括一个或多个过滤器，该一个或多个过滤器包括但不限于深度过滤器606、前置过滤器608和灭菌等级过滤器610。如果在过滤器内会捕获的细胞和/或细胞产品是用于打印的期望的生物进给材料，则过滤器系统是可选的。

过滤器系统可示例性地通过另外的无菌连接器(未示出)连接至缓冲器皿容器614，或可作为完整组件进行灭菌。缓冲器皿容器614可使用从生物反应器602过滤的材料进行填充，这可由恒定压力或恒定流动源驱动。灭菌等级通气过滤器616可允许缓冲器皿容器614在填充期间通气。在完成过滤处理之后或缓冲器皿容器614充满之后，至过滤器系统的阀612可关闭，并且调节压缩空气管线618可附接至灭菌等级空气过滤器616。

压力驱动液体向上至浸管状件620，并且进入管件，该管件经由无菌连接器622连接至分配设备624。来自缓冲器皿容器614的材料可利用诸如伽马辐射旋液分离器(未示出)的细胞保留和浓缩设备进行浓缩。另外，生物材料可连接至传感器设备和/或具有用于细胞计数和细胞活力的集成传感器设备。用于细胞计数和细胞活力的传感器设备可包括但不限于核计数器、流动细胞仪和/或无线电频率阻抗设备，优选地是

ViaMass传感器单元。

操作员可利用在干净环境内具有足够的气流的分配设备624以防止污染，该干净环境内诸如层流净化罩或生物安全柜，或在诸如隔离器、手套箱或无菌室的灭菌环境内。操作员可使用分配设备624的结构材料分配元件精确地控制将结构材料分配至诸如多孔板626的容器或打印托盘上，以形成支架或支承生物材料的结构。处理的生物材料可使用分配设备624的生物材料分配元件精确地沉淀至多孔板626内的结构材料上。多孔板626内的3D打印物体通过来自人工操纵的分配设备624的结构材料逐层增材打印形成。在打印结构材料之后，可添加生物材料，以及可在多孔板626内的打印物体填充营养流体介质。可覆盖多孔板626，从打印环境移除，并且在培育容器内培育，以用于进一步研究、采样和/或评估。

图7示出了包括手持分配设备680和多个生物材料源的系统630的示例，其中，该多个生物材料源诸如为单次使用生物反应器632和单次使用生物反应器654。手持分配设备680可包括参照图1至图5所描述的一个或多个分配设备的特征。

灭菌打印和进给材料系统630可包括至少单次使用生物反应器632和单次使用生物反应器654，单次使用生物反应器632和单次使用生物反应器654经由无菌连接器634和无菌连接器656连接至其相应的过滤组件。用于第一单次使用生物反应器632的过滤系统可包括一个或多个过滤器，该一个或多个过滤器包括但不限于深度过滤器636、前置过滤器608和灭菌等级过滤器640。用于第二单次使用生物反应器654的过滤系统可包括一个或多个过滤器，该一个或多个过滤器包括但不限于前置过滤器658、支原体保持过滤器660和病毒保持过滤器662。如果在过滤器内会捕获的细胞和/或细胞产品是用于打印的期望的生物进给材料，则过滤器系统组件是可选的。

过滤器系统组件可示例性地借助于另外的无菌连接器(未示出)连接至缓冲器皿容器644和缓冲器皿容器666或可作为完整组件进行灭菌。缓冲器皿容器644和缓冲器皿容器666可使用从单次使用生物反应器632和单次使用生物反应器654处理的材料进行填充，这可由恒定压力或恒定流动源驱动。灭菌等级通气过滤器646和灭菌等级通气过滤器668可允许缓冲器皿容器644和缓冲器皿容器666在填充期间通气。在完成过滤处理之后或缓冲器皿容器644和缓冲器皿容器666充满之后，至过滤器系统组件的阀642和阀664可关闭，并且调节的压缩空气管线648和压缩空气管线670可分别附接至灭菌等级空气过滤器646和灭菌等级空气过滤器668。

压力驱动液体向上至浸管状件650和浸管状件672，并且进入管件，管件经由无菌连接器652和无菌连接器674连接至分配设备680。多个生物材料进给源可清洁地连接至分配设备680上的歧管676。选择阀678位于歧管676上，可用来在分配期间选择连接至单次使用生物材料分配元件的内管的进给源。

操作员可使用分配设备680的结构材料分配元件精确地控制将结构材料分配至诸如多孔板682的容器或打印托盘上，以形成支架或支承生物材料的结构。处理的生物材料可使用分配设备680的生物材料分配元件精确地沉淀至多孔板682内的结构材料上。在多孔板682内的3D打印物体通过来自人工操纵的分配设备680的结构材料逐层增材打印而形成。在打印结构材料之后，可添加生物材料，以及可在多孔板682内的打印物体填充有营养流体介质。分配设备680可将材料从单个生物进给源分配至多孔板682内的至少一个孔内，单个生物进给源诸如为源自单次使用生物反应器632的材料，或源自单次使用生物反应器632和单次使用生物反应器654的材料可在多孔板682内的至少一个孔内分配。不同进给源可通过操作员分配至结构材料或支架的不同部分上，以形成完成物体。可覆盖多孔板682，从打印环境移除，并且在培育容器内培育，以用于进一步研究、采样和/或评估。

图8示出了包括手持分配设备742、生物材料源的系统700的示例，其中，该生物材料源为诸如单次使用生物反应器702、离心组件706和横向流动组件728。手持分配设备742可包括参照图1至图5所描述的一个或多个分配设备的特征。

灭菌打印和进给材料系统700可包括经由无菌连接器704连接至离心组件706的单次使用生物反应器702。过滤系统组件可经由无菌连接器(未示出)连接至离心组件706，并且包括一个或多个过滤器，该一个或多个过滤器包括但不限于深度过滤器708、前置过滤器710和灭菌等级过滤器712。如果在过滤器内会捕获的细胞和/或细胞产品是用于打印的期望生物进给材料，则过滤器系统是可选的。

过滤器系统组件可示例性地通过另外的无菌连接器(未示出)连接至缓冲器皿容器716，或可作为完整组件进行灭菌。缓冲器皿容器716使用从生物反应器过滤的材料进行填充，这可由恒定压力或恒定流动源驱动。灭菌等级通气过滤器718可允许缓冲器皿容器716在填充期间通气。在完成过滤处理之后或缓冲器皿容器716充满之后，过滤器系统的阀714可关闭，并且调节压缩空气管线720可附接至灭菌等级空气过滤器718。

压力驱动液体向上至浸管状件722，并且进入管件，该管件经由无菌连接器722连接至预灭菌薄膜吸附器726。薄膜吸附器726可以是用于生命分子的可逆结合的层离法薄膜承载功能组。期望分子可使用薄膜吸附器捕获并且稍后洗脱，或在进一步处理之前可通过薄膜吸附移除不期望的分子。薄膜吸附器726可连接至预灭菌横向流动组件728。横向流动组件728可包括多个变化尺寸的微量过滤和/或超细过滤盒。

横向流动组件728可经由无菌连接器(未示出)连接至缓冲器皿容器732。缓冲器皿容器732使用从横向流动组件728过滤和/或浓缩的材料进行填充，这可由恒定压力或恒定流动源驱动。另外或替代地，可发生其它生物材料的共同的生物过程处理方法，生物过程处理方法诸如为柱色谱法、高效液相色谱法(HPLC)、快蛋白质液相色谱(FPLC)，并且这些其它处理中的一个可填充缓冲器皿容器732。灭菌等级通气过滤器734可允许缓冲器皿容器732在填充期间通气。在完成横向流动处理之后或缓冲器皿容器732充满之后，至横向流动组件的阀730可关闭，并且调节压缩空气管线736可附接至灭菌等级空气横向流动器734。

压力驱动液体向上至浸管状件738，并且进入管件，该管件经由无菌连接器740连接至分配设备742。操作员可使用分配设备742的结构材料分配元件，精确地控制将结构材料分配至诸如多孔板744的容器或打印托盘上，以形成支架或支承生物材料的结构。处理的生物材料可使用分配设备742的生物材料分配元件精确地沉淀至多孔板744内的结构材料上。多孔板744内的3D打印物体通过来自人工操纵的分配设备742的结构材料逐层增材打印而形成。在结构材料的打印之后，可添加生物材料，以及可在多孔板744内的打印物体填充营养流体介质。可覆盖多孔板744，从打印环境移除，并且在培育容器内培育，以用于进一步研究、采样和/或评估。另外或替代地，操作员可将生物材料分配至诸如薄膜(未示出)和/或诊断带部(未示出)的备用基板上。分配设备742可将沉淀蛋白质和/或其它浓缩的超过滤器材料喷射至薄膜带部上，以用于在诊断分析中使用。另外，可通过将来自分配设备742的材料逐层增材打印，将其它结构部件添加至薄膜带部。

如参照图1和图2所描述的，分配设备可包括定位传感器。通常，定位传感器可形成在分配设备内、连接至分配设备或插入在分配设备内，以用于跟踪在三维空间中的定向和运动。另外，分配设备可包括其它内部传感器，以收集与诸如分配体积或分配速度的分配过程有关的附加信息。替代地，可使用外部监测设备在工作空间内跟踪诸如定位、定向、运动、分配材料、分配体积和状态的、与分配设备的分配过程有关的数据。由内部传感器和/或外部监测设备产生的数据可存储为内部记忆储设备、外部记忆存储设备、连接记忆存储设备和/或网络记忆存储设备中的文件。可例如按比例放大来编辑存储的数据，并且用于在这种单次使用生物3D打印机的大比例的3D打印机内打印3D物体的多个复制品。

图9示出了用于监测手持分配设备1010的外部监测设置的示例。手持分配设备1010可包括参照上述附图所描述的一个或多个分配设备的特征。

图9示出了包括增强现实系统1006的外部监测系统设置1000的前视图，该增强现实系统1006包括使用有线/无线连接至显示设备1004的照相机和光阵列传感设备1002。照相机和光阵列传感设备1002可包括一个或多个照相机和一个或多个可调整的灯，其中，一个或多个照相机诸如摄像机、深度照相机、红外照相机、热感照相机或光探测和测距(LIDAR，light detection and ranging)等，一个或多个可调整的灯充分照亮工作空间，从而用于最佳的跟踪标记。照相机和光阵列传感设备1002可监测和成像工作空间1008，该工作空间1008可包括一个或多个识别标记。

工作空间1008可位于具有足够气流的干净环境内以防止污染，干净环境诸如为层流净化罩或生物安全柜，或在诸如隔离器、手套箱或无菌室的灭菌环境内。另外，工作空间1008可位于非无菌的或非干净的环境的台面或工作台上，用于遵循限定协议实践打印多个三维的物体。

一个或多个识别标记可识别工作空间视场内的物体，并且提供与一个或多个识别标记有关的链接信息，编码协议标识符从待遵循的数据库加载指令的专用程序，以用于打印多个物体。识别标记可例如是静止或可变的增强现实标记。增强现实标记可以是提供独特识别信息和定位信息的物理标签或虚拟标签。可变的增强现实标记可具有至少两个状态(例如，可变的增强现实标记展示两个不同图像)，并且那些状态中的一个的呈现可由操作员的输入或例如以编程间隔的计算机产品输入触发。坐标标记1022、坐标标记1024可提供增强坐标系统1026，在坐标系统1026中，在坐标标记物1022与坐标标记物1024之间以及在传感设备1002的视场内的物体可基于在坐标标记1022与坐标标记1024之间的相对距离进行跟踪，这可视为如美国专利8,749,396B2中描述的在显示设备1004上的增强图像，该美国专利8,749,396B2通过引用并入本文。显示设备1004可以是监测器、屏幕、投影显示器、诸如头戴式显示设备(HMD)的可穿戴显示器、增强现实显示器、虚拟现实显示器或混合现实显示设备。

操作员1012可使用分配设备1010将结构材料和/或生物材料分配至例如可以是多孔板1020的分配容器或打印机托盘。增强现实系统1006可通过使用都位于分配设备1010上的一个或多个发光二极管1018和可变标记1016，以三维形式精确跟踪分配设备1010在工作空间1008内的运动，其中，一个或多个发光二极管1018可示例性地为红外线发光二极管，以及其中，每个红外线LED发出不同的具体波长。分配设备1010上的可变标记1016可根据选择的待分配材料、分配的启动、分配的速度、分配的状态以及分配材料的体积，改变至增强现实系统1006的呈现。增强现实系统1006可呈现多个3D虚拟物体1032的增强显示1028，从而根据限定协议示出需要分配至多孔板1020或打印托盘的每个孔的材料类型、材料形状以及材料体积。

增强现实系统1006可将发光二极管1018的运动以及可变标记1016位置和呈现记录为3D线框图，3D线框是跟踪三维空间中的标记随着时间的推移的运动的虚拟线，并且将标记的运动与在预编程公差内的参考图进行比较，如美国专利8,982,156B2中所描述的，美国专利8,982,156B2通过引用并入本文。当可变标记1016改变其至增强现实系统1006的呈现时，该改变可记录在由增强现实系统存储的线框图上。分配设备1010可包括一个或多个位置传感器1014，该一个或多个位置传感器1014包括但不限于运动传感器、定向传感器、陀螺传感器、环境传感器、照相机、深度传感器、磁强计、加速计、接近传感器、GPS设备、IMU以及内部定位传感器或外部定位传感器。来自分配设备组件1010的一个或多个定向传感器和定位传感器的信息可经由有线或无线连接通信至增强现实系统1006，以提供用于增强现实显示器1004的额外的实时定位信息。

另外，增强现实系统1006可提供分配设备1010的正确程序和适当定位的叠加视频和/或动画1030，以物理地打印3D虚拟物体1032。可在显示器1004上执行程序，使得操作员可跟随叠加视频和/或动画1030，以正确地完成与工作任务的执行有关的适当程序和序列。叠加视频和/或动画1030可自动加速或减速，以基于红外线LED标记跟踪、可变标记跟踪、定位传感器跟踪或以上跟踪的组合，模仿操作员1012的速度和步骤。替代地，分配设备1010、增强显示1028和待打印的3D虚拟物体1032的定位跟踪信息可显示在虚拟现实显示设备(未示出)或混合现实显示设备(未示出)上。操作员可由软件进行评估和等级，该软件跟踪在操作员限定系统内用于执行或遵循在误差范围内的用于预定任务的适当技术的可变标记的运动和呈现。如果操作员满足一定熟练水平，则增强现实系统1006可确定操作员具有符合满足执行工作任务要求的资格。该资格可以是对于操作员的初始资格，或者是诸如年度再训练和评估部分的预编程周期资格中的一个。

图1至图9中示出的分配设备是手持分配设备。然而，替代地，具有相同特性的这种分配设备可由机器人控制工具控制。根据一个示例，机器人控制工具可以是通过与由操作员操作的外部控制设备的通信来由操作员人工控制。根据另一示例，机器人控制工具可由自动操作的外部控制设备来控制，并且运行用于打印的预编程操作。图10和图11示出了包括可灭菌室、分配设备和外部控制设备的分配系统的示例。

图10中示出的分配系统800可包括可灭菌室802，该可灭菌室802包括至少一个机器人臂组件804、端口814和转移舱口810，其中，端口814使外部控制设备830与机器人臂组件804连接，转移舱口810用于室802。室802可位于具有足够气流的干净环境内，以防止污染，干净环境诸如层流净化罩或生物安全柜，或在诸如隔离器、手套箱或无菌室的灭菌环境内。在一个示例中，室802可以是预灭菌室，该预灭菌室包括机器人臂组件804、分配设备806和多个诸如多孔板808的容器或打印托盘。分配设备806可以是单次使用组件，该单次使用组件与预灭菌室802一起灭菌，或者单次使用组件可使用来自无菌室的替代灭菌方法单独地进行灭菌，并且利用无菌连接和插入方法(未示出)清洁地插入。

示例性地，机器人臂组件804可利用一个或多个致动器来控制分配设备的定位和运动。包括多个致动器的机器人臂组件804可由可灭菌的(伽马辐射和/或高温高压消毒)塑料材料和涂胶密封件构成。例如，机器人臂组件804可通过利用致动器以转动旋转底座来控制。致动器可由液压、气动、电或有磁力地控制方法(未示出)驱动。在一个示例中，机器人臂组件804的运动可经由外部控制设备控制，外部控制设备可以是由操作员操作的、灭菌室802外部的人工控制器。

外部控制设备830可利用一个或多个液压和/或气动的管线818，以使流体穿过端口814移动至位于机器人臂组件804上的致动器以控制运动。管线818可通过填充组件820使用无菌流体填充，其中，流体可施加液压和/或气动压力。例如，管线可使用诸如无菌过滤水的无菌液压流体进行填充。无菌过滤水可在灭菌之后，进入机器人臂组件804和外部控制设备830，以及设置为由操作员使用。内部机器人臂组件804的管线可利用无菌连接器(未示出)连接至外部填充组件820和/或外部控制设备830。净化水可进入穿过管线824、穿过灭菌等级过滤器826以及然后进入填充组件820，填充组件820可用作歧管，以完全地填充个体管线818中的每个。管线818的内部可通过灭菌等级通气过滤器828清除空气，当移位空气由无菌过滤的水移位进入组件时，灭菌等级通气过滤器828允许移位空气排放至大气。当流体线的装料完成时，填充组件820上的阀822可关闭。在渗漏或压力损失的情况下，额外的无菌过滤水、其它流体或在其它示例中的空气或气体可经由填充组件820添加至管线818。

可使用外部控制设备830来控制机器人臂组件804的运动。外部控制设备830可以是分配设备806的形状，以通过操作员的手834模拟设备的运动和控制。替代地，外部控制设备830可以是触笔的形状或分配设备806的实际形状或设计的其它最小化模拟，这由无菌室802内部的机器人臂组件804的操作员提供运动和外部控制。

多个液压和/或气动活塞可布置为活塞组件836，并且用流体填充，其中，活塞可由操作员推动和/或拉动。活塞836中的一个的运动可改变活塞内部的密封件的运动，并且改变内部流体的排量，导致机器人臂组件804上的相应活塞812的运动。由移动穿过管线至无菌室802内的流体的压力传递运动。

外部控制设备830的主体832可包括与分配设备806全部相同的按钮、开关和显示器。数据电缆838可通过相应内部数据电缆816将从例如按下按钮或来自主体832其它输入产生的数据传递至内部分配设备806。数据电缆816和数据电缆838可提供至内部的分配设备806的数据、功率和/或流体连通。示例性地，来自外部控制设备的指令可包括但不限于使用分配和缩进按钮进行材料的分配，以及使用材料选择器开关选择分配的材料(诸如结构材料或生物材料)。相反地，内部数据电缆816可将诸如定位与定向的传感器信息和有关信息从内部的分配设备806传递至外部控制设备主体832上的相应数据电缆838。

内部分配设备806和/或外部控制设备830可包括多个定位传感器，该多个位置传感器包括但不限于运动传感器、定向传感器、陀螺传感器、环境传感器、照相机、深度传感器、磁强计、加速计、接近传感器、GPS设备、IMU以及内部定位传感器或外部定位传感器。来自由操作员使用的生物三维材料分配设备组件806的定向和定位的信息可保存在文件中，可利用该文件以与利用大比例的单次使用生物3D打印机(未示出)的手动打印完全相同的方式打印出结构材料和生物材料的复制品。

机器人臂组件804的目的是从灭菌室802内部的分配设备806移动、操作和分配材料，同时操作员在灭菌室802的外部舒适地操作。实际上，在隔离器或手套箱内的操作通常意味着用笨重的手套处理，使得将材料分配至小打印托盘或多孔板808的精密控制会不足够地机动。

转移舱口810可用来从灭菌室802清洁地移除物体和/或连接至另外的灭菌室，以形成更复杂的组件。另外，机器人臂组件804可用来通过连接的转移舱口810将材料从一个灭菌室移动至另一个灭菌室。

图11示出了包括室852的分配系统850，该室852可包括至少一个机器人臂组件854、端口865和转移舱口860，其中，端口865连接至外部控制设备(或自动操作的外部控制设备)880，转移舱口860用于室852。室852可在具有足够气流的干净环境内以防止污染，干净环境诸如为层流净化罩或生物安全柜，或在诸如隔离器、手套箱或无菌室的灭菌环境内。示例性地，室852可以是预灭菌室，该预灭菌室包括机器人臂组件854、分配设备856和多个诸如多孔板858的容器或打印托盘。分配设备856可以是单次使用组件，该单次使用组件与预灭菌室852一起灭菌，或者单次使用组件可单独地使用来自无菌室的替代灭菌方法灭菌，并且利用无菌连接和插入方法(未示出)清洁地插入。

在一个示例中，机器人臂组件854可利用多个致动器，以控制分配设备856的定位和运动。包括多个致动器的机器人臂组件854可由可灭菌的(伽马辐射和/或高温高压消毒)塑料材料和涂胶密封件构成。示例性地，机器人臂组件854可通过利用致动器以转动旋转底座来控制。致动器可由液压、气动、电或有磁力地控制方法(未示出)驱动。

在一个示例中，机器人臂组件854可经由外部控制设备880进行控制。外部控制设备880可利用多个液压和/或气动管线866，以将承压流体移动至位于机器人臂组件854上的致动器组件862，从而控制运动。管线866可通过填充组件868使用无菌流体填充，其中，流体可施加液压和/或气动压力。例如，管线可使用诸如无菌过滤水的无菌液压流体填充。无菌过滤水可在灭菌之后，进入机器人臂组件854和外部控制设备880，以及设置为由操作员使用。内部机器人臂组件854的管线可利用无菌连接器(未示出)连接至外部填充组件868和/或外部控制设备880。净化水可进入穿过管线870，穿过灭菌等级过滤器872，以及然后进入填充组件868，填充组件868可用作歧管，以充分地填充个体管线866中的每个。管线866的内部可通过灭菌等级通气过滤器874清除空气，当移位空气由无菌过滤的水移位进入组件时，灭菌等级通气过滤器874允许移位空气排放至大气。当流体线的装料完成时，填充组件868上的阀876可关闭。

可使用外部控制设备880来控制机器人臂组件854的运动。布置在活塞组件882中的多个液压和/或气动活塞可用流体填充，并且活塞头(未示出)的运动可用处理设备886自动控制。记忆存储设备888可将本地的程序存储至外部控制设备880，以控制机器人臂组件854在程序内的运动，该程序用于在无菌室852内使用机器人臂组件854和内部的分配设备856执行打印物体。处理设备886还可基于存储在记忆存储设备888内的程序，处理传感器数据和改变机器人臂组件854的运动。

来自分配设备856的数据电缆864可通过数据连接884连接至外部控制设备880，以从在外部控制设备880处的预编程按钮按下和设置来通信数据，并且通过数据电缆864将数据发送至内部分配设备856。数据电缆864可提供从外部控制设备880上的数据连接884至内部分配设备856的数据、功率和/或流体连通。来自外部控制设备880的指令的示例包括但不限于材料的分配和分配材料的选择。相反地，内部数据电缆864可从内部分配设备856将诸如定位与定向的传感器数据和有关信息传递至外部控制设备880上的相应数据连接884。

另外，外部控制设备880可包括无线电通信设备890，以通过与外部网络和/或移动设备通信输入机器人臂组件控制协议、无线传感器信息。外部控制设备880可利用无线通信设备890从无线外部控制设备894接收无线数据902，无线外部控制设备894是由灭菌室852外部的操作员895操作的人工控制器。无线外部控制设备894可利用定位信息，将指令发送至外部控制设备880，以控制灭菌室852内部的机器人臂组件854的运动。无线外部控制设备894可以是分配设备856的形状，以通过操作员的手895模拟设备的运动和控制。替代地，无线外部控制设备894可以是触笔形状或分配设备856的实际的形状或设计的其它最小化模拟。

无线外部控制设备894可包括处理设备896、记忆存储设备898、电力设备(未示出)和通信设备900，其中，电力设备诸如为电力有线源或电池驱动源，通信设备900将来自无线外部控制设备894的运动的数据无线通信902至外部控制设备880或另一计算机设备。无线外部控制设备894可包括机器人臂组件支架892，机器人臂组件支架892模仿无菌室中的机器人臂组件，以向操作员提供控制实际设备的感觉。

无线外部控制设备894可包括与分配设备856的全部相同的按钮、开关和显示器。来自无线外部控制设备894的指令包括使用分配和缩进按钮进行材料的分配，以及使用材料选择器开关选择分配材料，可无线地通信902至外部控制设备880或另一计算机设备。来自机器人臂组件支架892上的致动器中的传感器的数据可通信至无线外部控制设备894，以用于处理、记忆存储和外部通信。来自无线外部控制设备894的无线数据902可通过机器人臂组件854的运动和使用内部分配设备856分配、在无菌室852内进行实时打印。替代地，来自无线外部控制设备894的无线数据902可存储在记忆设备888和记忆设备898中，作为用于稍后执行的物体打印文件。

内部分配设备856和/或无线外部控制设备894可包括多个定位传感器，该多个定位传感器包括但不限于运动传感器、定向传感器、陀螺传感器、环境传感器、照相机、深度传感器、磁强计、加速计、接近传感器、GPS设备、IMU以及内部定位传感器或外部定位传感器。来自由操作员使用的分配设备856或无线外部控制设备894的定向和定位的信息可保存在文件中，可利用该文件如利用大比例的单次使用生物3D打印机910的手动打印完全相同的方式打印出结构材料和生物材料的复制品。另外或替代地，来自无线外部控制设备894上的定位传感器的数据通信902可实时地用于实践打印虚拟物体，该虚拟物体使用增强现实显示器904、虚拟现实显示器906和/或混合现实显示器(未示出)。操作员可移动无线外部控制设备894，并且可通过使用增强现实、虚拟现实和/或混合现实的计算机程序虚拟地实施可比较的运动和分配动作。这在没有损耗贵重的结构材料和/或贵重的生物材料的情况下、在打印实际的物体之前，会允许操作员实践多个虚拟物体的打印。用于在增强现实、虚拟现实和/或混合现实环境中打印的文件可保存在记忆存储设备中，并且使用外部控制设备880和/或大比例单次使用生物3D打印机910来执行。

机器人臂组件854的目的是从灭菌室852内部的分配设备856移动、操作和分配材料，而操作员在灭菌室852的外部舒适地操作。实际上，在隔离器或手套箱内的操作通常意味着用笨重的手套处理，使得分配材料至小打印托盘或多孔板858的精密控制可不足够地机动。

转移舱口860可用来从灭菌室852清洁地移除物体和/或连接至另外的灭菌室，以形成更复杂的组件。另外，机器人臂组件可用来通过连接的转移舱口860将材料从一个灭菌室移动至另一灭菌室。

大比例单次使用生物3D打印机910可在无菌室912内操作，该无菌室912具有打印平台918和打印机头926，其中，打印平台918由液压和/或气动的线性致动器驱动，打印机头926具有如US专利申请14/927,848中描述的铰接轴接头922和铰接轴接头924，US专利申请14/927,848通过引用并入本文。打印机头926上的至少两个铰接轴接头922和铰接轴接头924允许打印机头分配器928相对于打印托盘920以多个角度进行定位。液压和/或气动驱动的线性致动器914和液压和/或气动驱动的线性致动器916以不同的高度延伸，导致打印平台918和打印托盘920相对于打印机头分配器928以一定角度定位。打印托盘920以多个角度的多轴定位，以及打印机头分配器928的多轴定位允许用于使用通过标准3轴坐标打印系统设置的打印机打印的额外的自由度和增加打印的灵活性。这些额外的自由度模仿操作员在使用分配设备856设备和/或无线外部控制设备894打印物体期间会做出的运动。

Claims (14)

1.一种手持分配设备，包括：

第一分配元件，配置成分配结构材料；

第二分配元件，配置成分配生物材料；

至少一个温度调节元件，所述至少一个温度调节元件在所述第一分配元件和所述第二分配元件中的至少一个中，所述至少一个温度调节元件配置成调节待分配的所述结构材料和所述生物材料中的至少一个的温度；以及

热保护障碍物，位于所述第一分配元件与所述第二分配元件之间，

其中，所述第二分配元件是单次使用且可灭菌的，以及

其中，所述第一分配元件可连接至所述第二分配元件以允许所述第一分配元件和所述第二分配元件之间的电力、数据和/或流体连通。

2.如权利要求1所述的手持分配设备，其中，所述第一分配元件经由附接机构可释放地连接至所述第二分配元件。

3.如权利要求1或2所述的手持分配设备，其中，整个手持分配设备是单次使用且可灭菌的。

4.如权利要求1或2所述的手持分配设备，还包括多个分配元件，所述多个分配元件配置成分配与所述生物材料有关的材料，其中，所述多个分配元件可连接至所述第一分配元件和所述第二分配元件中的至少一个。

5.如权利要求1或2所述的手持分配设备，还包括材料选择器开关，所述材料选择器开关配置成选择所述结构材料或者所述生物材料，以用于由所述手持分配设备进行分配。

6.如权利要求1或2所述的手持分配设备，还包括至少一个修改工具，所述至少一个修改工具配置成修改分配的结构材料和分配的生物材料中的至少一个。

7.如权利要求1或2所述的手持分配设备，还包括：

至少一个管线，配置成输送温度调节流体；

至少一个温度调节元件，包括使所述温度调节流体循环的组件，以及配置成调节待分配的所述结构材料和所述生物材料中的至少一个的温度。

8.如权利要求1或2所述的手持分配设备，还包括：

单次使用化学温度调节元件，配置成使用化学反应，以用于待分配的所述结构材料和所述生物材料中的至少一个的单次使用温度调节。

9.如权利要求1或2所述的手持分配设备，其中，所述第一分配元件、所述第二分配元件和多个分配元件中的至少一个包括液压、气动、磁、电和手动驱动机构中的至少一个，所述液压、气动、磁、电和手动驱动机构中的至少一个配置成控制材料的运动，直到从分配尖端部分配所述材料。

10.如权利要求1或2所述的手持分配设备，还包括定位传感器，所述定位传感器配置成跟踪所述手持分配设备在三维空间中的定向和运动。

11.如权利要求1或2所述的手持分配设备，还包括发光二极管和识别标记中的至少一个，所述发光二极管和所述识别标记中的所述至少一个配置成由外部监测设置监测。

12.一种系统，包括：

根据权利要求1至11中任一项所述的手持分配设备；

至少一个生物材料源；以及

至少一个无菌连接组件，配置成将所述至少一个生物材料源连接至所述手持分配设备。

13.如权利要求12所述的系统，其中，所述至少一个生物材料源包括多个生物材料源，所述至少一个无菌连接组件包括多个无菌连接组件，以及所述手持分配设备包括歧管，所述歧管配置成选择在分配期间待连接至所述第二分配元件的所述生物材料源。

14.一种系统，包括：

根据权利要求11所述的手持分配设备；

监测设置，包括至少一个照相机，其中，所述监测设置配置成通过使用所述发光二极管和所述识别标记中的所述至少一个，通过跟踪所述手持分配设备监测所述手持分配设备。

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