Ultraschallaktivierte Sonotinten könnten 3D-Strukturen im menschlichen Körper drucken – Physics World

Ein Team US-amerikanischer Forscher hat eine innovative 3D-Drucktechnik entwickelt, bei der mithilfe von Ultraschallwellen Objekte aus schallgehärteten Tinten hergestellt werden. Der neue Ansatz mit der Bezeichnung Deep-Penetrating Acoustic Volumetric Printing (DAVP) könnte möglicherweise das Drucken im menschlichen Körper ermöglichen und damit den Weg für eine Reihe minimalinvasiver Verfahren wie Tissue Engineering oder gezielte lokale Arzneimittelabgabe ebnen.

Veröffentlichung ihrer Ergebnisse in Wissenschaftbeschreiben die Forscher, wie sie DAVP erfolgreich eingesetzt haben, um 3D-Druck in Zentimetertiefen durch biologisches Gewebe durchzuführen und komplizierte Strukturen in einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien zu erzeugen – und so seine Wirksamkeit bei Materialien wie Hydrogelen und Nanokompositen demonstrierten, die für biomedizinische Anwendungen von entscheidender Bedeutung sind.

Als Co-Senior-Autor Junjie Yao vom Photoacoustic Imaging Lab der Duke University (PI-Labor) erklärt, enthält die neu entwickelte Ultraschalltinte (oder Sono-Tinte) eine Mischung aus Polymeren, Partikeln und chemischen Initiatoren, die speziell dafür entwickelt wurde, ein Gel zu bilden, wenn die Tinte Schallwellen absorbiert. Wenn sie hochintensivem, fokussiertem Ultraschall ausgesetzt werden, verfestigen sich diese selbstverstärkenden Flüssigkeiten in präzisen Mustern und ermöglichen so die Bildung komplexer Strukturen.

„Erreicht wird dies durch die einzigartigen Eigenschaften der Sono-Tinten, die für eine optimale Reaktion auf Ultraschall formuliert sind und im Vergleich zu herkömmlichen lichtbasierten Druckmethoden ein tieferes Eindringen bei höherer Auflösung ermöglichen“, sagt er.

Laut Yao ist ein zentrales Ergebnis der Forschung die Entdeckung, dass die neue Technik die physikalischen und optischen Grenzen bestehender Ansätze zur additiven Fertigung überwindet und es Benutzern ermöglicht, „in Tiefen und in Materialien zu drucken, die mit anderen 3D-Druckmethoden bisher nicht erreichbar waren“. insbesondere lichtbasierte Ansätze, die in undurchsichtigen oder optisch streuenden Medien unwirksam sind.

Das Team spekuliert auch, dass die Technik unter anderem dabei helfen könnte, Knochendefekte durch die Knochen zu behandeln in situ Herstellung von künstlichem Knochen – und dass mit Sono-Tinte hergestellte gedruckte Materialien Medikamente freisetzen könnten, was eine lokalisierte Chemotherapie erleichtert, um das Wiederauftreten von Tumoren nach einer Resektion zu verhindern.

„[Die Technik] eröffnet bedeutende potenzielle Anwendungen im klinischen und Gesundheitswesen, wie zum Beispiel die Schaffung von Gerüsten für die Gewebezüchtung oder gezielte lokalisierte Arzneimittelabgabesysteme im Körper“, sagt Yao.

Verbesserte Patientenergebnisse

An anderer Stelle Co-Senior-Autor Yu Shrike Zhang, am Brigham and Women's Hospital der Harvard Medical School, weist darauf hin, dass der Hauptvorteil von DAVP im klinischen Umfeld in seiner minimalinvasiven Natur liegt. Er macht insbesondere darauf aufmerksam, dass die neue Technik „potenziell biokompatible Materialien direkt im Körper drucken“ kann und so dazu beitragen kann, den „invasiven und riskanten“ Charakter vieler traditioneller chirurgischer Eingriffe zu mildern.

„Dies könnte Behandlungen revolutionieren, indem es präzise, ​​gezielte Eingriffe ohne herkömmliche chirurgische Eingriffe ermöglicht, die Genesungszeiten erheblich verkürzt und die Patientenergebnisse verbessert. Darüber hinaus ist es aufgrund der Vielseitigkeit der Materialien und der Fähigkeit, in undurchsichtigen Umgebungen zu arbeiten, besonders für verschiedene medizinische Anwendungen geeignet“, sagt er.

Überstreichbare bioaktive Tinte heilt Wunden jeder Form und Größe

Für die Zukunft bestätigt Zhang, dass das Team plant, die DAVP-Technik weiter zu verfeinern, mit besonderem Schwerpunkt auf der Optimierung der Sonotinten und der Ultraschalldrucktechnologie, um noch mehr Präzision, Vielseitigkeit und Biokompatibilität zu erreichen.

„Es sind Kooperationen mit medizinischen Forschern geplant, um die praktische Anwendung dieser Technologie im klinischen und Gesundheitswesen zu untersuchen“, fügt er hinzu. „Unser Ziel ist es, Prototypen für spezifische medizinische Anwendungen zu entwickeln, wie zum Beispiel die regenerative Medizin und die gezielte lokale Arzneimittelabgabe, und Studien durchzuführen, um ihre Wirksamkeit und Sicherheit in einer klinischen Umgebung zu bewerten.“

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/ultrasound-activated-sono-inks-could-print-3d-structures-inside-the-human-body/