《Science》 利用超聲波技術在豬體內可實現深層3D打印

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

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

2023年12月9日，南極熊獲悉，由杜克大學和哈佛醫(yī)學院Xiao Kuang博士領導的團隊開發(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形狀和結構。由于它對聲波而不是光做出反應，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等生物醫(yī)學目的。他們的研究結果已發(fā)表在12月7日的《科學》雜志上。

△論文“自增強聲波墨水可實現深度穿透聲波體積打印”（傳送門）

DVAP可以在內部進行3D打印

研究人員重點介紹了他們的3D打印方法，Kuang團隊表示：“聚焦超聲波的深度滲透，使得不透明納米復合材料的體積制造和通過厘米厚的組織進行打印成為可能，而這是通過最先進的光打印技術無法實現的。”

研究人員指出，體積打印是一種3D打印技術，與逐層打印方法相比，它可以更快地構建物體，并且具有更好的表面質量。光通常用于觸發(fā)分子組合，以構建光學透明墨水中的材料，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及其同事認為，超聲波可能是克服這些限制的關鍵，因為超聲波可以更深入地穿透材料。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，該方法使用熱響應自適應吸聲器形成粘性凝膠，在開始熱觸發(fā)聚合時防止流動。

△深聲聲學體積打印技術用于閉合山羊心臟的左心耳 (LAA)，這可以降低心臟內形成血栓的風險。打印的結構符合心壁，并且具有高度可拉伸性。該技術不需要開胸進行此類心臟手術

它可以穿透不透明介質幾厘米深

在深聲聲學體積打印中，具有深穿透聲能的聚焦超聲波被發(fā)送到高達64毫米的局部區(qū)域。研究人員報告說，能量以高達數十兆帕的壓力傳遞。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進一步變窄。該團隊解釋道，這為快速、高分辨率的打印鋪平了道路。

該小組補充說：“因此，深聲聲學體積打印使我們能夠精確地、體積地打印幾何復雜的材料，甚至可以通過不透明和光學散射的材料。”

△使用共焦深穿透聲學體積打印在80秒內打印出二維血管狀網絡（75毫米x 25毫米）

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

該團隊在注入聲諾墨水的離體組織上測試了其方法。研究發(fā)現，該方法成功用于原位制造人造骨和閉合左心耳。他們強調：“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打印了解剖結構，例如血管網絡、手和中空心形模型，以及通過豬肝組織的晶格結構。研究作者指出，自我增強的超聲波墨水設計可以推廣到不同的系統(tǒng)，并補充說，這一功能可以擴展聲學打印技術的材料庫。