Mực siêu âm kích hoạt có thể in cấu trúc 3D bên trong cơ thể con người – Vật lý Thế giới

Mực siêu âm kích hoạt có thể in cấu trúc 3D bên trong cơ thể con người – Vật lý Thế giới

Dấu thời gian: Ngày 18 tháng 2023 năm 4 30:XNUMX sáng

Mạng lưới tàu được in bằng mực siêu âm
In thể tích âm thanh thâm nhập sâu Mô hình thiết kế (trái), ảnh nhìn từ trên xuống (giữa) và ảnh nhìn nghiêng (phải) của mạng lưới mạch máu (82 x 68 x 1 mm) được in bằng mực siêu âm và siêu âm hội tụ 3.41 MHz. (Lịch sự: Qiangzhou Rong)

Một nhóm các nhà nghiên cứu có trụ sở tại Hoa Kỳ đã đi tiên phong trong kỹ thuật in 3D cải tiến sử dụng sóng siêu âm để tạo ra các vật thể từ mực được xử lý bằng sóng âm. Phương pháp mới, được gọi là in thể tích âm thanh thâm nhập sâu (DAVP), có khả năng cho phép việc in được thực hiện bên trong cơ thể con người - mở đường cho một loạt các quy trình xâm lấn tối thiểu như kỹ thuật mô hoặc phân phối thuốc cục bộ có mục tiêu.

Xuất bản phát hiện của họ trong Khoa học, các nhà nghiên cứu mô tả cách họ sử dụng thành công DAVP để thực hiện in 3D ở độ sâu centimet thông qua mô sinh học và tạo ra các cấu trúc phức tạp trong nhiều loại vật liệu khác nhau – từ đó chứng minh tính hiệu quả của nó với các vật liệu như hydrogel và nanocomposite, rất quan trọng trong các ứng dụng y sinh.

Với tư cách là đồng tác giả cao cấp Junjie Yao từ Phòng thí nghiệm hình ảnh quang học của Đại học Duke (Phòng thí nghiệm PI) giải thích, mực sonicated (hoặc mực siêu âm) mới được tạo ra có chứa hỗn hợp polyme, hạt và chất khởi đầu hóa học được thiết kế đặc biệt để tạo thành gel khi mực hấp thụ sóng âm. Khi tiếp xúc với sóng siêu âm tập trung cường độ cao, những chất lỏng tự tăng cường này sẽ đông đặc lại theo các mẫu chính xác, cho phép tạo ra các cấu trúc phức tạp.

Ông nói: “Điều này đạt được nhờ các đặc tính độc đáo của mực sono, được chế tạo để đáp ứng tối ưu với siêu âm, cho phép thâm nhập sâu hơn ở độ phân giải cao hơn so với các phương pháp in dựa trên ánh sáng thông thường”.

Mô hình xương D được in qua mô
Tại chỗ sự bịa đặt Mô hình xương 3D được in qua mô bụng lợn dày 15 mm bằng mực siêu âm. (Lịch sự: Qiangzhou Rong)

Theo Yao, phát hiện quan trọng của nghiên cứu là phát hiện ra rằng kỹ thuật mới vượt qua các giới hạn vật lý và quang học của các phương pháp tiếp cận hiện có đối với sản xuất bồi đắp và cho phép người dùng “in ở độ sâu và trên các vật liệu mà trước đây các phương pháp in 3D khác không thể đạt được”. đặc biệt là các phương pháp tiếp cận dựa trên ánh sáng không hiệu quả trong môi trường mờ đục hoặc tán xạ quang học.

Nhóm nghiên cứu cũng suy đoán rằng, trong số những thứ khác, kỹ thuật này có thể giúp điều trị các khuyết tật xương thông qua trên trang web chế tạo xương nhân tạo – và các vật liệu in được tạo thành bằng mực siêu âm có thể rửa trôi thuốc, do đó tạo điều kiện thuận lợi cho hóa trị liệu cục bộ nhằm ngăn ngừa sự tái phát của khối u sau khi cắt bỏ.

Yao cho biết: “[Kỹ thuật này] mở ra những ứng dụng tiềm năng đáng kể trong môi trường lâm sàng và chăm sóc sức khỏe, chẳng hạn như tạo ra giàn giáo cho kỹ thuật mô hoặc hệ thống phân phối thuốc cục bộ có mục tiêu trong cơ thể”.

Cải thiện kết quả của bệnh nhân

Ở nơi khác, đồng tác giả cao cấp Yu Shrike Zhang, tại Bệnh viện Brigham and Women's, Trường Y Harvard, chỉ ra rằng ưu điểm chính của DAVP trong môi trường lâm sàng là tính chất xâm lấn tối thiểu của nó. Đặc biệt, ông thu hút sự chú ý đến thực tế là kỹ thuật mới có thể “có khả năng in các vật liệu tương thích sinh học trực tiếp vào bên trong cơ thể” và do đó giúp giảm thiểu bản chất “xâm lấn và rủi ro” của nhiều quy trình phẫu thuật truyền thống.

“Điều này có thể cách mạng hóa các phương pháp điều trị bằng cách cho phép can thiệp chính xác, có mục tiêu mà không cần phẫu thuật truyền thống, giảm đáng kể thời gian hồi phục và cải thiện kết quả của bệnh nhân. Ngoài ra, tính linh hoạt của vật liệu và khả năng hoạt động trong môi trường mờ đục khiến nó đặc biệt phù hợp với nhiều ứng dụng y tế khác nhau,” ông nói.

Trong tương lai, Zhang xác nhận rằng nhóm có kế hoạch cải tiến hơn nữa kỹ thuật DAVP, đặc biệt tập trung vào việc tối ưu hóa mực siêu âm và công nghệ in siêu âm để mang lại độ chính xác, tính linh hoạt và khả năng tương thích sinh học cao hơn nữa.

Ông cho biết thêm: “Việc hợp tác với các nhà nghiên cứu y tế được lên kế hoạch để khám phá ứng dụng thực tế của công nghệ này trong môi trường lâm sàng và chăm sóc sức khỏe”. “Chúng tôi mong muốn phát triển các nguyên mẫu cho các ứng dụng y tế cụ thể, chẳng hạn như y học tái tạo và phân phối thuốc cục bộ có mục tiêu, đồng thời tiến hành các thử nghiệm để đánh giá tính hiệu quả và an toàn của chúng trong môi trường lâm sàng.”

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý