《Science》 利用超聲波技術(shù)在豬體內(nèi)可實(shí)現(xiàn)深層3D打印

導(dǎo)讀：超聲波3D打印技術(shù)采用聲波固化墨水的獨(dú)特方式,，使其能夠在不透明介質(zhì)或具有較大穿透深度的情況下在生物體內(nèi)進(jìn)行體積3D打印,。未來該技術(shù)如果用于醫(yī)療行業(yè),，那么是否意味著可以在不開刀的情況下進(jìn)行內(nèi)科手術(shù),？

△通過在整個(gè)左心耳體積中輸送和固化聲波墨水的微創(chuàng)方式,，研究人員強(qiáng)調(diào)了他們利用聚焦超聲波技術(shù),，成功的開發(fā)一種深聲聲學(xué)體積打�,。―VAP）打印方法

2023年12月9日，南極熊獲悉,，由杜克大學(xué)和哈佛醫(yī)學(xué)院Xiao Kuang博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種生物相容性墨水,，可以通過吸收超聲波固化成不同的3D形狀和結(jié)構(gòu)。由于它對(duì)聲波而不是光做出反應(yīng),，因此這種墨水可用于深層組織,，用于從骨愈合到心臟瓣膜修復(fù)等生物醫(yī)學(xué)目的。他們的研究結(jié)果已發(fā)表在12月7日的《科學(xué)》雜志上,。

△論文“自增強(qiáng)聲波墨水可實(shí)現(xiàn)深度穿透聲波體積打印”（傳送門）

DVAP可以在內(nèi)部進(jìn)行3D打印

研究人員重點(diǎn)介紹了他們的3D打印方法,，Kuang團(tuán)隊(duì)表示：“聚焦超聲波的深度滲透，使得不透明納米復(fù)合材料的體積制造和通過厘米厚的組織進(jìn)行打印成為可能,，而這是通過最先進(jìn)的光打印技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的,�,！�

研究人員指出，體積打印是一種3D打印技術(shù),，與逐層打印方法相比,，它可以更快地構(gòu)建物體，并且具有更好的表面質(zhì)量,。光通常用于觸發(fā)分子組合,，以構(gòu)建光學(xué)透明墨水中的材料，這一過程稱為光聚合,。

然而,，研究人員指出，由于多種因素,，材料選擇受到限制,。這些包括油墨的光散射、油墨中功能添加劑的存在以及建筑材料已固化部分的光阻擋,。

Kuang及其同事認(rèn)為,，超聲波可能是克服這些限制的關(guān)鍵，因?yàn)槌�聲波可以更深入地穿透材��,。他們通過使用聚焦超聲波和聲諾墨水開發(fā)了他們的方法,，該方法使用熱響應(yīng)自適應(yīng)吸聲器形成粘性凝膠，在開始熱觸發(fā)聚合時(shí)防止流動(dòng),。

△深聲聲學(xué)體積打印技術(shù)用于閉合山羊心臟的左心耳 (LAA),，這可以降低心臟內(nèi)形成血栓的風(fēng)險(xiǎn)。打印的結(jié)構(gòu)符合心壁,，并且具有高度可拉伸性,。該技術(shù)不需要開胸進(jìn)行此類心臟手術(shù)

它可以穿透不透明介質(zhì)幾厘米深

在深聲聲學(xué)體積打印中，具有深穿透聲能的聚焦超聲波被發(fā)送到高達(dá)64毫米的局部區(qū)域,。研究人員報(bào)告說,，能量以高達(dá)數(shù)十兆帕的壓力傳遞。從那里開始,，小橢圓形超聲聚焦區(qū)通過高聲壓下的非線性聲傳播效應(yīng)進(jìn)一步變窄,。該團(tuán)隊(duì)解釋道，這為快速,、高分辨率的打印鋪平了道路。

該小組補(bǔ)充說：“因此,，深聲聲學(xué)體積打印使我們能夠精確地,、體積地打印幾何復(fù)雜的材料，甚至可以通過不透明和光學(xué)散射的材料,�,！�

△使用共焦深穿透聲學(xué)體積打印在80秒內(nèi)打印出二維血管狀網(wǎng)絡(luò)（75毫米x 25毫米）

研究人員發(fā)現(xiàn),，深聲聲學(xué)體積打印可以用納米復(fù)合材料在不透明介質(zhì)中快速打印毫米級(jí)和幾厘米深的物體。

該團(tuán)隊(duì)在注入聲諾墨水的離體組織上測試了其方法,。研究發(fā)現(xiàn),，該方法成功用于原位制造人造骨和閉合左心耳。他們強(qiáng)調(diào)：“治療后,，固化的水凝膠完全閉塞左心耳,，并與組織壁良好粘合，可以承受模仿心臟跳動(dòng)的合理扭曲,�,！�

研究人員還成功地通過豬腎組織3D打印了解剖結(jié)構(gòu)，例如血管網(wǎng)絡(luò),、手和中空心形模型,，以及通過豬肝組織的晶格結(jié)構(gòu)。研究作者指出,，自我增強(qiáng)的超聲波墨水設(shè)計(jì)可以推廣到不同的系統(tǒng),，并補(bǔ)充說，這一功能可以擴(kuò)展聲學(xué)打印技術(shù)的材料庫,。