加州大学戴维斯分校开发声波3D打印技术有望实现无切口骨折修复

2025年3月29日，南极熊获悉，加州大学戴维斯分校 (UC Davis) 宣称，由机械和航空航天工程助理教授Mohsen Habibi开发的一种名为全息直接声音打印（HDSP）的技术有可能在不切口的情况下修复骨折。

△相关研究已发表在《Nature》杂志上，题目为“全息直接声音打印”（传送门）

Habibi表示，这项技术可通过高声压声波远程投射全息图像，并利用声波搅动聚合物材料（如树脂），无需切口即可精确打印出固体结构，从而为骨折修复开辟了新的可能性。

△HDSP工艺示意图和打印物体

HDSP利用声全息图像技术一次性投影和打印整个图像。Habibi解释道，全息图像实际上是物体的三维体积图像，想象一下《星球大战：新希望》中莱娅公主的全息投影，她出现并发出求助信息。尽管全息图像通常是通过光来创建的，但Habibi使用声源在一个定义的环境中产生高压区域来实现这一点。

Habibi补充道：“通过HDSP，我可以在特定位置投影一个圆圈的全息图像。这个位置位于我填充了材料的构建室内，它能够固化我想要打印的图像。”

△HDSP技术允许一次性创建复杂的多目标图像，无需逐层构建

声全息投影与直接声音打印

在这些实验中，机械臂负责支撑打印平台，后者悬浮于浸没在水中的传感器上方。构建室被安置在传感器和打印平台之间，并充满了聚合物打印材料。

换能器发射高声压声波，这些声波在构建室内触发了一种称为“空化”的声化学反应，该反应产生固体材料。机械臂按照复杂的路径移动打印平台，以构建形状，同时将打印物体垂直拉出构建室，从而形成三维结构。

这项研究基于Habibi先前的工作，即利用声波进行直接声音打印（DSP）。相关技术涉及将聚焦的超声波施加到产生空化的聚合物上，以实现3D打印结构的生成。

△Habibi（左）与他的研究团队

HDSP技术在体内3D生物打印中的应用前景

Mohsen Habibi强调，就体内3D打印技术而言，HDSP相较于DSP实现了显著的进步和突破。HDSP能够连续一次性打印二维图像，无需逐层构建，显著节省了时间。相比之下，DSP每次只能打印一个点，并且需要采用类似传统3D打印的分层方法。未来，这项技术可以准确打印出与患者解剖结构高度匹配的个性化植入物或支架，同时使用生物相容性材料来促进骨骼的自然愈合过程

在最近的研究突破中，Mohsen Habibi博士领导的团队在3D生物打印领域取得了显著进展，团队开发的HDSP技术在打印人体组织方面展现出前所未有的潜力。尽管目前的成果主要集中在简单形状的打印，但这项技术对于制造骨骼和软骨等生物组织具有极大的应用前景，因为这些结构在几何上相对简单，可以通过HDSP技术的单一图像投影进行有效打印。

Habibi博士强调，尽管这项技术听起来像是科幻小说中的情节，但它实际上是基于科学的现实。这一声明得到了《Nature》杂志2022年发表的论文的支持，该论文详细介绍了直接声音打印技术，向世界证明了这一创新并非虚构幻想，而是即将改变医疗领域的科学突破。