Cernelurile sonore activate cu ultrasunete ar putea imprima structuri 3D în interiorul corpului uman – Physics World

Cernelurile sonore activate cu ultrasunete ar putea imprima structuri 3D în interiorul corpului uman – Physics World

Marca temporală: 18 decembrie 2023, ora 4:30

Rețea de vase imprimată cu cerneală sonoră
Imprimare acustică volumetrică de adâncime Model de proiectare (stânga) și fotografii cu vedere de sus (centru) și cu vedere înclinată (dreapta) ale unei rețele de vase (82 x 68 x 1 mm) imprimate folosind cerneală sonoră și ultrasunete focalizate de 3.41 MHz. (Cu amabilitatea: Qiangzhou Rong)

O echipă de cercetători din SUA a inițiat o tehnică inovatoare de imprimare 3D care utilizează unde ultrasunete pentru a crea obiecte din cerneluri curate sonic. Noua abordare, denumită imprimare acustică volumetrică cu penetrare adâncă (DAVP), ar putea permite tipărirea să fie efectuată în interiorul corpului uman - deschizând calea pentru o serie de proceduri minim invazive, cum ar fi ingineria țesuturilor sau livrarea localizată a medicamentelor.

Publicarea constatărilor lor în Ştiinţă, cercetătorii descriu modul în care au folosit cu succes DAVP pentru a realiza imprimarea 3D la adâncimi de centimetri prin țesutul biologic și pentru a crea structuri complicate într-o varietate de materiale diferite - demonstrând astfel eficacitatea acestuia cu materiale precum hidrogelurile și nanocompozitele, care sunt cruciale în aplicațiile biomedicale.

În calitate de co-autor principal Junjie Yao de la Laboratorul de imagistică fotoacustică al Universității Duke (PI-Lab), explică, cerneala sonicată (sau cerneala sonoră) nou creată conține un amestec de polimeri, particule și inițiatori chimici special concepute pentru a forma un gel atunci când cerneala absoarbe undele sonore. Atunci când sunt expuse la ultrasunete focalizate de mare intensitate, aceste fluide cu auto-întărire se solidifică în modele precise, permițând crearea de structuri complexe.

„Acest lucru se realizează prin proprietățile unice ale cernelurilor sonore, care sunt formulate pentru un răspuns optim la ultrasunete, permițând o penetrare mai profundă la rezoluție mai mare în comparație cu metodele convenționale de imprimare bazate pe lumină”, spune el.

Model de os D imprimat prin țesut
In situ fabricare Un model de os 3D imprimat prin țesut de burtă de porc grosime de 15 mm folosind cerneală sonoră. (Cu amabilitatea: Qiangzhou Rong)

Potrivit lui Yao, o descoperire cheie a cercetării este descoperirea că noua tehnică depășește limitele fizice și optice ale abordărilor existente ale producției aditive și le permite utilizatorilor să „tipărească la adâncimi și în materiale nerealizate anterior prin alte metode de imprimare 3D”. în special abordări bazate pe lumină care sunt ineficiente în mediile opace sau de împrăștiere optică.

Echipa speculează, de asemenea, că, printre altele, tehnica ar putea ajuta la tratarea defectelor osoase prin in situ fabricarea osului artificial – și că materialele imprimate formate cu cerneală sonoră ar putea elua medicamente, facilitând astfel chimioterapia localizată pentru a preveni reapariția tumorilor după rezecție.

„[Tehnica] deschide aplicații potențiale semnificative în medii clinice și de asistență medicală, cum ar fi crearea de schele pentru ingineria țesuturilor sau sistemele de administrare a medicamentelor localizate în interiorul corpului”, spune Yao.

Rezultate îmbunătățite ale pacientului

În altă parte, co-autor senior Yu Shrike Zhang, de la Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, subliniază că avantajul principal al DAVP în mediile clinice este natura sa minim invazivă. În special, el atrage atenția asupra faptului că noua tehnică poate „imprima potențial materiale biocompatibile direct în interiorul corpului” și astfel contribuie la atenuarea naturii „invazive și riscante” a multor proceduri chirurgicale tradiționale.

„Acest lucru ar putea revoluționa tratamentele, permițând intervenții precise și direcționate fără intervenții chirurgicale tradiționale, reducând semnificativ timpul de recuperare și îmbunătățind rezultatele pacientului. În plus, versatilitatea materialelor și capacitatea de a lucra în medii opace îl fac deosebit de potrivit pentru aplicații medicale variate”, spune el.

În continuare, Zhang confirmă că echipa intenționează să perfecționeze în continuare tehnica DAVP, cu un accent deosebit pe optimizarea cernelurilor sonore și a tehnologiei de imprimare cu ultrasunete pentru a oferi o precizie, versatilitate și biocompatibilitate și mai mari.

„Sunt planificate colaborări cu cercetătorii medicali pentru a explora aplicarea practică a acestei tehnologii în mediile clinice și de asistență medicală”, adaugă el. „Ne propunem să dezvoltăm prototipuri pentru aplicații medicale specifice, cum ar fi medicina regenerativă și livrarea localizată a medicamentelor, și să efectuăm studii pentru a evalua eficacitatea și siguranța acestora într-un mediu clinic.”

Timestamp-ul:

Mai mult de la Lumea fizicii