Соно-чернила, активируемые ультразвуком, могут печатать 3D-структуры внутри человеческого тела

Соно-чернила, активируемые ультразвуком, могут печатать 3D-структуры внутри человеческого тела

Отметка времени: 18 декабря 2023 г., 4:30

Сеть сосудов, напечатанная с помощью sono-ink
Глубокопроникающая акустическая объемная печать. Модель дизайна (слева), а также фотографии сети сосудов в виде сверху (в центре) и под углом (справа) (82 x 68 x 1 мм), напечатанные с использованием соно-чернил и сфокусированного ультразвука с частотой 3.41 МГц. (Любезно предоставлено: Цянчжоу Ронг)

Команда исследователей из США разработала инновационную технику 3D-печати, которая использует ультразвуковые волны для создания объектов из отверждаемых звуком чернил. Новый подход, получивший название глубокопроникающая акустическая объемная печать (DAVP), потенциально может позволить осуществлять печать внутри человеческого тела, открывая путь для ряда минимально инвазивных процедур, таких как тканевая инженерия или целевая локализованная доставка лекарств.

Публикация своих выводов в НаукаИсследователи описывают, как они успешно использовали DAVP для выполнения 3D-печати на сантиметровой глубине через биологические ткани и создания сложных структур внутри множества различных материалов, демонстрируя тем самым свою эффективность с такими материалами, как гидрогели и нанокомпозиты, которые имеют решающее значение в биомедицинских приложениях.

Как со-старший автор Цзюньцзе Яо из Лаборатории фотоакустической визуализации Университета Дьюка (ПИ-Лаб) объясняет, что недавно созданные ультразвуковые чернила (или соно-чернила) содержат смесь полимеров, частиц и химических инициаторов, специально предназначенных для образования геля, когда чернила поглощают звуковые волны. Под воздействием высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука эти самоусиливающиеся жидкости затвердевают по точным шаблонам, что позволяет создавать сложные структуры.

«Это достигается за счет уникальных свойств соно-чернил, которые разработаны для оптимальной реакции на ультразвук, обеспечивая более глубокое проникновение при более высоком разрешении по сравнению с традиционными методами печати на основе света», — говорит он.

Модель кости D, напечатанная через ткань
На месте изготовление 3D-модель кости, напечатанная на ткани свиного брюшка толщиной 15 мм с использованием соно-чернил. (Любезно предоставлено: Цянчжоу Ронг)

По словам Яо, ключевым выводом исследования является открытие того, что новая технология преодолевает физические и оптические ограничения существующих подходов к аддитивному производству и позволяет пользователям «печатать на глубине и из материалов, ранее недостижимых другими методами 3D-печати». в частности, подходы, основанные на свете, которые неэффективны в непрозрачных или оптически рассеивающих средах.

Команда также предполагает, что, помимо прочего, этот метод может помочь в лечении дефектов костей с помощью на месте изготовление искусственной кости, а также то, что печатные материалы, изготовленные с помощью соно-чернил, могут выделять лекарства, тем самым облегчая локализованную химиотерапию для предотвращения рецидива опухолей после резекции.

«[Техника] открывает значительные потенциальные возможности применения в клинических и медицинских учреждениях, таких как создание каркасов для тканевой инженерии или систем целевой локализованной доставки лекарств в организм», – говорит Яо.

Улучшение результатов лечения пациентов

В другом месте состарший автор Ю Шрайк Чжаниз Бригама и женской больницы Гарвардской медицинской школы отмечает, что основным преимуществом ДАВП в клинических условиях является его минимально инвазивный характер. В частности, он обращает внимание на тот факт, что новая техника может «потенциально печатать биосовместимые материалы непосредственно внутри тела» и тем самым помочь смягчить «инвазивный и рискованный» характер многих традиционных хирургических процедур.

«Это может произвести революцию в лечении, позволяя проводить точные и целенаправленные вмешательства без традиционного хирургического вмешательства, значительно сокращая время восстановления и улучшая результаты лечения пациентов. Кроме того, универсальность материалов и способность работать в непрозрачной среде делают его особенно подходящим для различных медицинских применений», — говорит он.

Забегая вперед, Чжан подтверждает, что команда планирует и дальше совершенствовать технологию DAVP, уделяя особое внимание оптимизации соно-чернил и технологии ультразвуковой печати, чтобы обеспечить еще большую точность, универсальность и биосовместимость.

«Планируется сотрудничество с исследователями-медиками для изучения практического применения этой технологии в клинических и медицинских учреждениях», — добавляет он. «Мы стремимся разработать прототипы для конкретных медицинских применений, таких как регенеративная медицина и целевая локализованная доставка лекарств, а также провести испытания для оценки их эффективности и безопасности в клинической среде».

Отметка времени:

Больше от Мир физики