《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(lái)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(kāi)刀的情況下進(jìn)行內(nèi)科手術(shù)？

△通過(guò)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(kāi)發(fā)一種深聲聲學(xué)體積打印（DVAP）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(kāi)發(fā)了一種生物相容性墨水，可以通過(guò)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(guò)厘米厚的組織進(jìn)行打印成為可能，而這是通過(guò)最先進(jìn)的光打印技術(shù)無(wú)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(guò)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料。他們通過(guò)使用聚焦超聲波和聲諾墨水開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(shuō)，能量以高達(dá)數(shù)十兆帕的壓力傳遞。從那里開(kāi)始，小橢圓形超聲聚焦區(qū)通過(guò)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(shuō)：“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(guò)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(cè)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(guò)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(guò)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(shuō)，這一功能可以擴(kuò)展聲學(xué)打印技術(shù)的材料庫(kù)。