《Science》 利用超声波技术在猪体内可实现深层3D打印

导读：超声波3D打印技术采用声波固化墨水的独特方式，使其能够在不透明介质或具有较大穿透深度的情况下在生物体内进行体积3D打印。未来该技术如果用于医疗行业，那么是否意味着可以在不开刀的情况下进行内科手术？

△通过在整个左心耳体积中输送和固化声波墨水的微创方式，研究人员强调了他们利用聚焦超声波技术，成功的开发一种深声声学体积打印（DVAP）打印方法

2023年12月9日，南极熊获悉，由杜克大学和哈佛医学院Xiao Kuang博士领导的团队开发了一种生物相容性墨水，可以通过吸收超声波固化成不同的3D形状和结构。由于它对声波而不是光做出反应，因此这种墨水可用于深层组织，用于从骨愈合到心脏瓣膜修复等生物医学目的。他们的研究结果已发表在12月7日的《科学》杂志上。

△论文“自增强声波墨水可实现深度穿透声波体积打印”（传送门）

DVAP可以在内部进行3D打印

研究人员重点介绍了他们的3D打印方法，Kuang团队表示：“聚焦超声波的深度渗透，使得不透明纳米复合材料的体积制造和通过厘米厚的组织进行打印成为可能，而这是通过最先进的光打印技术无法实现的。”

研究人员指出，体积打印是一种3D打印技术，与逐层打印方法相比，它可以更快地构建物体，并且具有更好的表面质量。光通常用于触发分子组合，以构建光学透明墨水中的材料，这一过程称为光聚合。

然而，研究人员指出，由于多种因素，材料选择受到限制。这些包括油墨的光散射、油墨中功能添加剂的存在以及建筑材料已固化部分的光阻挡。

Kuang及其同事认为，超声波可能是克服这些限制的关键，因为超声波可以更深入地穿透材料。他们通过使用聚焦超声波和声诺墨水开发了他们的方法，该方法使用热响应自适应吸声器形成粘性凝胶，在开始热触发聚合时防止流动。

△深声声学体积打印技术用于闭合山羊心脏的左心耳 (LAA)，这可以降低心脏内形成血栓的风险。打印的结构符合心壁，并且具有高度可拉伸性。该技术不需要开胸进行此类心脏手术

它可以穿透不透明介质几厘米深

在深声声学体积打印中，具有深穿透声能的聚焦超声波被发送到高达64毫米的局部区域。研究人员报告说，能量以高达数十兆帕的压力传递。从那里开始，小椭圆形超声聚焦区通过高声压下的非线性声传播效应进一步变窄。该团队解释道，这为快速、高分辨率的打印铺平了道路。

该小组补充说：“因此，深声声学体积打印使我们能够精确地、体积地打印几何复杂的材料，甚至可以通过不透明和光学散射的材料。”

△使用共焦深穿透声学体积打印在80秒内打印出二维血管状网络（75毫米x 25毫米）

研究人员发现，深声声学体积打印可以用纳米复合材料在不透明介质中快速打印毫米级和几厘米深的物体。

该团队在注入声诺墨水的离体组织上测试了其方法。研究发现，该方法成功用于原位制造人造骨和闭合左心耳。他们强调：“治疗后，固化的水凝胶完全闭塞左心耳，并与组织壁良好粘合，可以承受模仿心脏跳动的合理扭曲。”

研究人员还成功地通过猪肾组织3D打印了解剖结构，例如血管网络、手和中空心形模型，以及通过猪肝组织的晶格结构。研究作者指出，自我增强的超声波墨水设计可以推广到不同的系统，并补充说，这一功能可以扩展声学打印技术的材料库。