Atramenty sonoaktywowane ultradźwiękami mogą drukować struktury 3D wewnątrz ludzkiego ciała – Świat Fizyki

Atramenty sonoaktywowane ultradźwiękami mogą drukować struktury 3D wewnątrz ludzkiego ciała – Świat Fizyki

Znacznik czasu: 18 grudnia 2023 4:30

Sieć statków wydrukowana przy użyciu sono-ink
Głęboko penetrujący akustyczny druk wolumetryczny Model projektowy (po lewej) oraz zdjęcia sieci naczyń krwionośnych w widoku z góry (w środku) i w widoku z pochylenia (po prawej) (82 x 68 x 1 mm) wydrukowane przy użyciu atramentu sono i skupionej ultradźwięków o częstotliwości 3.41 MHz. (Dzięki uprzejmości: Qiangzhou Rong)

Zespół naukowców z USA jest pionierem innowacyjnej techniki druku 3D, która wykorzystuje fale ultradźwiękowe do tworzenia obiektów z atramentów utwardzanych dźwiękiem. Nowe podejście, nazwane głęboko penetrującym akustycznym drukiem wolumetrycznym (DAVP), mogłoby potencjalnie umożliwić drukowanie wewnątrz ludzkiego ciała, torując drogę szeregowi minimalnie inwazyjnych procedur, takich jak inżynieria tkankowa lub ukierunkowane, zlokalizowane dostarczanie leków.

Publikowanie wyników w naukanaukowcy opisują, jak z powodzeniem wykorzystali DAVP do drukowania 3D na głębokości centymetrów przez tkankę biologiczną i tworzenia skomplikowanych struktur w ramach różnych materiałów, demonstrując w ten sposób jego skuteczność w przypadku materiałów takich jak hydrożele i nanokompozyty, które mają kluczowe znaczenie w zastosowaniach biomedycznych.

Jako współstarszy autor Junjie Yao z Laboratorium Obrazowania Fotoakustycznego Uniwersytetu Duke (Laboratorium PI) wyjaśnia, nowo stworzony atrament sonikowany (lub atrament sonikowy) zawiera mieszaninę polimerów, cząstek i inicjatorów chemicznych specjalnie zaprojektowanych do tworzenia żelu, gdy atrament pochłania fale dźwiękowe. Poddane działaniu skupionych ultradźwięków o wysokiej intensywności, te samowzmacniające się płyny krzepną w precyzyjne wzory, umożliwiając tworzenie złożonych struktur.

„Uzyskuje się to dzięki unikalnym właściwościom atramentów sono, które zostały opracowane pod kątem optymalnej reakcji na ultradźwięki, umożliwiając głębszą penetrację przy wyższej rozdzielczości w porównaniu z konwencjonalnymi metodami drukowania wykorzystującego światło” – mówi.

Model kości D wydrukowany przez bibułkę
In situ produkcja Model kości 3D wydrukowany poprzez tkankę brzucha świni o grubości 15 mm przy użyciu atramentu sono. (Dzięki uprzejmości: Qiangzhou Rong)

Według Yao kluczowym wnioskiem z badań jest odkrycie, że nowa technika pokonuje fizyczne i optyczne ograniczenia istniejących podejść do wytwarzania przyrostowego i umożliwia użytkownikom „drukowanie na głębokościach i w materiałach wcześniej nieosiągalnych innymi metodami druku 3D”. w szczególności podejścia oparte na świetle, które są nieskuteczne w mediach nieprzezroczystych lub rozpraszających optycznie.

Zespół spekuluje również, że technika ta może pomóc między innymi w leczeniu ubytków kości poprzez in situ wytwarzania sztucznej kości – oraz że drukowane materiały utworzone przy użyciu atramentu sono mogą eluować leki, ułatwiając w ten sposób miejscową chemioterapię, aby zapobiec nawrotom nowotworu po resekcji.

„[Technika] otwiera znaczące potencjalne zastosowania w warunkach klinicznych i opiece zdrowotnej, takie jak tworzenie rusztowań dla inżynierii tkankowej lub ukierunkowanych, zlokalizowanych systemów dostarczania leków w organizmie” – mówi Yao.

Lepsze wyniki pacjentów

W innym miejscu współautor Yu Shrike Zhangw Brigham and Women's Hospital w Harvard Medical School wskazuje, że podstawową zaletą DAVP w warunkach klinicznych jest jego minimalnie inwazyjny charakter. W szczególności zwraca uwagę na fakt, że nowa technika może „potencjalnie drukować biokompatybilne materiały bezpośrednio wewnątrz ciała”, a tym samym pomóc złagodzić „inwazyjny i ryzykowny” charakter wielu tradycyjnych zabiegów chirurgicznych.

„Mogłoby to zrewolucjonizować leczenie, umożliwiając precyzyjne, ukierunkowane interwencje bez tradycyjnej operacji, znacznie skracając czas rekonwalescencji i poprawiając wyniki pacjentów. Ponadto wszechstronność materiałów i możliwość pracy w nieprzezroczystym środowisku sprawiają, że szczególnie nadaje się do różnorodnych zastosowań medycznych” – mówi.

Idąc dalej, Zhang potwierdza, że ​​zespół planuje dalsze udoskonalanie techniki DAVP, ze szczególnym naciskiem na optymalizację atramentów sono i technologii druku ultradźwiękowego, aby zapewnić jeszcze większą precyzję, wszechstronność i biokompatybilność.

„Planowana jest współpraca z badaczami medycznymi w celu zbadania praktycznego zastosowania tej technologii w warunkach klinicznych i opiece zdrowotnej” – dodaje. „Naszym celem jest opracowanie prototypów do konkretnych zastosowań medycznych, takich jak medycyna regeneracyjna i ukierunkowane, zlokalizowane dostarczanie leków, a także przeprowadzenie badań w celu oceny ich skuteczności i bezpieczeństwa w środowisku klinicznym”.

Znak czasu:

Więcej z Świat Fizyki