加州大學戴維斯分校開發(fā)聲波3D打印技術有望實現(xiàn)無切口骨折修復

2025年3月29日，南極熊獲悉，加州大學戴維斯分校 (UC Davis) 宣稱，由機械和航空航天工程助理教授Mohsen Habibi開發(fā)的一種名為全息直接聲音打�。℉DSP）的技術有可能在不切口的情況下修復骨折。

△相關研究已發(fā)表在《Nature》雜志上，題目為“全息直接聲音打印”（傳送門）

Habibi表示，這項技術可通過高聲壓聲波遠程投射全息圖像，并利用聲波攪動聚合物材料（如樹脂），無需切口即可精確打印出固體結構，從而為骨折修復開辟了新的可能性。

△HDSP工藝示意圖和打印物體

HDSP利用聲全息圖像技術一次性投影和打印整個圖像。Habibi解釋道，全息圖像實際上是物體的三維體積圖像，想象一下《星球大戰(zhàn)：新希望》中萊婭公主的全息投影，她出現(xiàn)并發(fā)出求助信息。盡管全息圖像通常是通過光來創(chuàng)建的，但Habibi使用聲源在一個定義的環(huán)境中產(chǎn)生高壓區(qū)域來實現(xiàn)這一點。

Habibi補充道：“通過HDSP，我可以在特定位置投影一個圓圈的全息圖像。這個位置位于我填充了材料的構建室內(nèi)，它能夠固化我想要打印的圖像�！�

△HDSP技術允許一次性創(chuàng)建復雜的多目標圖像，無需逐層構建

聲全息投影與直接聲音打印

在這些實驗中，機械臂負責支撐打印平臺，后者懸浮于浸沒在水中的傳感器上方。構建室被安置在傳感器和打印平臺之間，并充滿了聚合物打印材料。

換能器發(fā)射高聲壓聲波，這些聲波在構建室內(nèi)觸發(fā)了一種稱為“空化”的聲化學反應，該反應產(chǎn)生固體材料。機械臂按照復雜的路徑移動打印平臺，以構建形狀，同時將打印物體垂直拉出構建室，從而形成三維結構。

這項研究基于Habibi先前的工作，即利用聲波進行直接聲音打�。―SP）。相關技術涉及將聚焦的超聲波施加到產(chǎn)生空化的聚合物上，以實現(xiàn)3D打印結構的生成。

△Habibi（左）與他的研究團隊

HDSP技術在體內(nèi)3D生物打印中的應用前景

Mohsen Habibi強調，就體內(nèi)3D打印技術而言，HDSP相較于DSP實現(xiàn)了顯著的進步和突破。HDSP能夠連續(xù)一次性打印二維圖像，無需逐層構建，顯著節(jié)省了時間。相比之下，DSP每次只能打印一個點，并且需要采用類似傳統(tǒng)3D打印的分層方法。未來，這項技術可以準確打印出與患者解剖結構高度匹配的個性化植入物或支架，同時使用生物相容性材料來促進骨骼的自然愈合過程

在最近的研究突破中，Mohsen Habibi博士領導的團隊在3D生物打印領域取得了顯著進展，團隊開發(fā)的HDSP技術在打印人體組織方面展現(xiàn)出前所未有的潛力。盡管目前的成果主要集中在簡單形狀的打印，但這項技術對于制造骨骼和軟骨等生物組織具有極大的應用前景，因為這些結構在幾何上相對簡單，可以通過HDSP技術的單一圖像投影進行有效打印。

Habibi博士強調，盡管這項技術聽起來像是科幻小說中的情節(jié)，但它實際上是基于科學的現(xiàn)實。這一聲明得到了《Nature》雜志2022年發(fā)表的論文的支持，該論文詳細介紹了直接聲音打印技術，向世界證明了這一創(chuàng)新并非虛構幻想，而是即將改變醫(yī)療領域的科學突破。