導(dǎo)讀：研究人員發(fā)明了一種體內(nèi)3D打印的新方法，其中的生物相容性墨水與超聲波發(fā)生反應(yīng)，在體內(nèi)形成生物醫(yī)學(xué)結(jié)構(gòu)。

2023年12月7日，杜克大學(xué)和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員在Science雜志發(fā)表了題為“Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing”的文章。

在心臟模型內(nèi)打印的固化聲波墨水結(jié)構(gòu)

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種生物兼容墨水，可通過(guò)吸收超聲波固化成不同的3D形狀和結(jié)構(gòu)。這種新工藝被稱為“深穿透聲學(xué)體積打印” (DVAP) ，可以進(jìn)一步發(fā)展用它修復(fù)骨骼，甚至心臟瓣膜，同時(shí)完全不需要侵入性開(kāi)放手術(shù)。

在過(guò)去的幾年里，研究人員開(kāi)發(fā)了一種光敏墨水，它可以直接響應(yīng)目標(biāo)光束并快速硬化成所需的結(jié)構(gòu)。雖然這種打印技術(shù)可以大大提高打印的速度和質(zhì)量，但研究人員只能使用透明墨水進(jìn)行打印，并且生物醫(yī)學(xué)用途受到限制，因?yàn)楣饩€無(wú)法深入組織幾毫米。

詳細(xì)了解DVAP流程的運(yùn)作方式

現(xiàn)在，研究人員開(kāi)發(fā)的這項(xiàng)DVAP新技術(shù)涉及一種特殊的墨水，它對(duì)聲波而不是光產(chǎn)生反應(yīng)，超聲波可穿透比光深100多倍的深度，使他們能夠在前所未有的組織深度創(chuàng)建生物醫(yī)學(xué)上有用的結(jié)構(gòu)。

DVAP中關(guān)鍵的超聲波墨水是由四種獨(dú)立的成分組成：吸收超聲波的化合物、有助于控制粘度的微粒、提供結(jié)構(gòu)的聚合物以及吸收熱量以引發(fā)凝固的鹽。

該技術(shù)使用超聲波敏感墨水在不同深度（包括穿過(guò)人體組織）構(gòu)建3D結(jié)構(gòu)

“墨水本身是一種粘性液體，因此可以相當(dāng)容易地注入目標(biāo)區(qū)域，當(dāng)你移動(dòng)超聲波打印探頭時(shí)，墨水中的材料會(huì)連接在一起并硬化，”超聲波打印機(jī)的設(shè)計(jì)者之一美國(guó)Brigham醫(yī)院副生物工程師、哈佛醫(yī)學(xué)院副教授Y. Shrike Zhang說(shuō)?！巴瓿珊?，可以通過(guò)注射器去除任何未固化的剩余墨水?！?/font>

聲波墨水的不同成分使研究人員能夠調(diào)整配方以適應(yīng)多種用途。例如，如果想要?jiǎng)?chuàng)建一種支架來(lái)幫助修復(fù)骨折或彌補(bǔ)骨丟失，就可以在墨水中添加骨礦物顆粒。這種靈活性還允許研究人員根據(jù)使用情況將配方設(shè)計(jì)得更耐用或更易降解，他們甚至可以調(diào)整最終印刷品的顏色。

DAVP用于閉合山羊心臟的左心耳

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了三項(xiàng)測(cè)試，作為對(duì)新技術(shù)的概念驗(yàn)證。第一個(gè)是使用墨水密封山羊心臟的一部分。他們使用導(dǎo)管將超聲波墨水輸送到山羊心臟的左心耳，超聲波探頭發(fā)射聚焦的超聲波穿過(guò)12毫米的組織，在不損害周?chē)魏纹鞴俚那闆r下硬化墨水。墨水安全地黏合在心臟組織上，并具有足夠的靈活性，可承受模仿心臟跳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。

接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)測(cè)試了 DVAP 用于組織重建和再生的潛力。在用雞腿制作了骨缺損模型后，研究小組注入了超聲波墨水，并用超聲波穿過(guò)10毫米的皮膚和肌肉組織層樣本使其硬化。由此產(chǎn)生的材料與骨骼無(wú)縫結(jié)合，對(duì)周?chē)M織沒(méi)有任何負(fù)面影響。

最后，研究人員表明DVAP也可用于治療藥物輸送。在他們的實(shí)驗(yàn)中，在墨水中添加了一種常見(jiàn)的化療藥物，并將其輸送到肝臟組織樣本中。隨后使用探針將聲波墨水硬化成水凝膠，該水凝膠會(huì)緩慢釋放化療藥物，并擴(kuò)散到需要治療的肝組織中。

“因?yàn)槲覀兛梢源蛴〗M織，所以它可以在傳統(tǒng)上涉及非常侵入性和破壞性方法的手術(shù)和治療中實(shí)現(xiàn)許多潛在應(yīng)用，”該技術(shù)的另外一名聯(lián)合發(fā)明人杜克大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程副教授Junjie Yao總結(jié)道，“這項(xiàng)工作在3D打印領(lǐng)域開(kāi)辟了一條令人興奮的新途徑，我們很高興能夠共同探索該工具的潛力?！?/td>

導(dǎo)讀：研究人員發(fā)明了一種體內(nèi)3D打印的新方法，其中的生物相容性墨水與超聲波發(fā)生反應(yīng)，在體內(nèi)形成生物醫(yī)學(xué)結(jié)構(gòu)。

2023年12月7日，杜克大學(xué)和哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員在Science雜志發(fā)表了題為“Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing”的文章。

在心臟模型內(nèi)打印的固化聲波墨水結(jié)構(gòu)

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種生物兼容墨水，可通過(guò)吸收超聲波固化成不同的3D形狀和結(jié)構(gòu)。這種新工藝被稱為“深穿透聲學(xué)體積打印” (DVAP) ，可以進(jìn)一步發(fā)展用它修復(fù)骨骼，甚至心臟瓣膜，同時(shí)完全不需要侵入性開(kāi)放手術(shù)。

在過(guò)去的幾年里，研究人員開(kāi)發(fā)了一種光敏墨水，它可以直接響應(yīng)目標(biāo)光束并快速硬化成所需的結(jié)構(gòu)。雖然這種打印技術(shù)可以大大提高打印的速度和質(zhì)量，但研究人員只能使用透明墨水進(jìn)行打印，并且生物醫(yī)學(xué)用途受到限制，因?yàn)楣饩€無(wú)法深入組織幾毫米。

詳細(xì)了解DVAP流程的運(yùn)作方式

現(xiàn)在，研究人員開(kāi)發(fā)的這項(xiàng)DVAP新技術(shù)涉及一種特殊的墨水，它對(duì)聲波而不是光產(chǎn)生反應(yīng)，超聲波可穿透比光深100多倍的深度，使他們能夠在前所未有的組織深度創(chuàng)建生物醫(yī)學(xué)上有用的結(jié)構(gòu)。

DVAP中關(guān)鍵的超聲波墨水是由四種獨(dú)立的成分組成：吸收超聲波的化合物、有助于控制粘度的微粒、提供結(jié)構(gòu)的聚合物以及吸收熱量以引發(fā)凝固的鹽。

該技術(shù)使用超聲波敏感墨水在不同深度（包括穿過(guò)人體組織）構(gòu)建3D結(jié)構(gòu)

“墨水本身是一種粘性液體，因此可以相當(dāng)容易地注入目標(biāo)區(qū)域，當(dāng)你移動(dòng)超聲波打印探頭時(shí)，墨水中的材料會(huì)連接在一起并硬化，”超聲波打印機(jī)的設(shè)計(jì)者之一美國(guó)Brigham醫(yī)院副生物工程師、哈佛醫(yī)學(xué)院副教授Y. Shrike Zhang說(shuō)?！巴瓿珊?，可以通過(guò)注射器去除任何未固化的剩余墨水?！?/font>

聲波墨水的不同成分使研究人員能夠調(diào)整配方以適應(yīng)多種用途。例如，如果想要?jiǎng)?chuàng)建一種支架來(lái)幫助修復(fù)骨折或彌補(bǔ)骨丟失，就可以在墨水中添加骨礦物顆粒。這種靈活性還允許研究人員根據(jù)使用情況將配方設(shè)計(jì)得更耐用或更易降解，他們甚至可以調(diào)整最終印刷品的顏色。

DAVP用于閉合山羊心臟的左心耳

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了三項(xiàng)測(cè)試，作為對(duì)新技術(shù)的概念驗(yàn)證。第一個(gè)是使用墨水密封山羊心臟的一部分。他們使用導(dǎo)管將超聲波墨水輸送到山羊心臟的左心耳，超聲波探頭發(fā)射聚焦的超聲波穿過(guò)12毫米的組織，在不損害周?chē)魏纹鞴俚那闆r下硬化墨水。墨水安全地黏合在心臟組織上，并具有足夠的靈活性，可承受模仿心臟跳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。

接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)測(cè)試了 DVAP 用于組織重建和再生的潛力。在用雞腿制作了骨缺損模型后，研究小組注入了超聲波墨水，并用超聲波穿過(guò)10毫米的皮膚和肌肉組織層樣本使其硬化。由此產(chǎn)生的材料與骨骼無(wú)縫結(jié)合，對(duì)周?chē)M織沒(méi)有任何負(fù)面影響。

最后，研究人員表明DVAP也可用于治療藥物輸送。在他們的實(shí)驗(yàn)中，在墨水中添加了一種常見(jiàn)的化療藥物，并將其輸送到肝臟組織樣本中。隨后使用探針將聲波墨水硬化成水凝膠，該水凝膠會(huì)緩慢釋放化療藥物，并擴(kuò)散到需要治療的肝組織中。

“因?yàn)槲覀兛梢源蛴〗M織，所以它可以在傳統(tǒng)上涉及非常侵入性和破壞性方法的手術(shù)和治療中實(shí)現(xiàn)許多潛在應(yīng)用，”該技術(shù)的另外一名聯(lián)合發(fā)明人杜克大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程副教授Junjie Yao總結(jié)道，“這項(xiàng)工作在3D打印領(lǐng)域開(kāi)辟了一條令人興奮的新途徑，我們很高興能夠共同探索該工具的潛力?！?/td>