导读：研究人员发明了一种体内3D打印的新方法，其中的生物相容性墨水与超声波发生反应，在体内形成生物医学结构。

2023年12月7日，杜克大学和哈佛医学院的研究人员在Science杂志发表了题为“Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing”的文章。

在心脏模型内打印的固化声波墨水结构

研究团队开发出一种生物兼容墨水，可通过吸收超声波固化成不同的3D形状和结构。这种新工艺被称为“深穿透声学体积打印” (DVAP) ，可以进一步发展用它修复骨骼，甚至心脏瓣膜，同时完全不需要侵入性开放手术。

在过去的几年里，研究人员开发了一种光敏墨水，它可以直接响应目标光束并快速硬化成所需的结构。虽然这种打印技术可以大大提高打印的速度和质量，但研究人员只能使用透明墨水进行打印，并且生物医学用途受到限制，因为光线无法深入组织几毫米。

详细了解DVAP流程的运作方式

现在，研究人员开发的这项DVAP新技术涉及一种特殊的墨水，它对声波而不是光产生反应，超声波可穿透比光深100多倍的深度，使他们能够在前所未有的组织深度创建生物医学上有用的结构。

DVAP中关键的超声波墨水是由四种独立的成分组成：吸收超声波的化合物、有助于控制粘度的微粒、提供结构的聚合物以及吸收热量以引发凝固的盐。

该技术使用超声波敏感墨水在不同深度（包括穿过人体组织）构建3D结构

“墨水本身是一种粘性液体，因此可以相当容易地注入目标区域，当你移动超声波打印探头时，墨水中的材料会连接在一起并硬化，”超声波打印机的设计者之一美国Brigham医院副生物工程师、哈佛医学院副教授Y. Shrike Zhang说。“完成后，可以通过注射器去除任何未固化的剩余墨水。”

声波墨水的不同成分使研究人员能够调整配方以适应多种用途。例如，如果想要创建一种支架来帮助修复骨折或弥补骨丢失，就可以在墨水中添加骨矿物颗粒。这种灵活性还允许研究人员根据使用情况将配方设计得更耐用或更易降解，他们甚至可以调整最终印刷品的颜色。

DAVP用于闭合山羊心脏的左心耳

该团队进行了三项测试，作为对新技术的概念验证。第一个是使用墨水密封山羊心脏的一部分。他们使用导管将超声波墨水输送到山羊心脏的左心耳，超声波探头发射聚焦的超声波穿过12毫米的组织，在不损害周围任何器官的情况下硬化墨水。墨水安全地黏合在心脏组织上，并具有足够的灵活性，可承受模仿心脏跳动的运动。

接下来，该团队测试了 DVAP 用于组织重建和再生的潜力。在用鸡腿制作了骨缺损模型后，研究小组注入了超声波墨水，并用超声波穿过10毫米的皮肤和肌肉组织层样本使其硬化。由此产生的材料与骨骼无缝结合，对周围组织没有任何负面影响。

最后，研究人员表明DVAP也可用于治疗药物输送。在他们的实验中，在墨水中添加了一种常见的化疗药物，并将其输送到肝脏组织样本中。随后使用探针将声波墨水硬化成水凝胶，该水凝胶会缓慢释放化疗药物，并扩散到需要治疗的肝组织中。

“因为我们可以打印组织，所以它可以在传统上涉及非常侵入性和破坏性方法的手术和治疗中实现许多潜在应用，”该技术的另外一名联合发明人杜克大学生物医学工程副教授Junjie Yao总结道，“这项工作在3D打印领域开辟了一条令人兴奋的新途径，我们很高兴能够共同探索该工具的潜力。”

导读：研究人员发明了一种体内3D打印的新方法，其中的生物相容性墨水与超声波发生反应，在体内形成生物医学结构。

2023年12月7日，杜克大学和哈佛医学院的研究人员在Science杂志发表了题为“Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing”的文章。

在心脏模型内打印的固化声波墨水结构

研究团队开发出一种生物兼容墨水，可通过吸收超声波固化成不同的3D形状和结构。这种新工艺被称为“深穿透声学体积打印” (DVAP) ，可以进一步发展用它修复骨骼，甚至心脏瓣膜，同时完全不需要侵入性开放手术。

在过去的几年里，研究人员开发了一种光敏墨水，它可以直接响应目标光束并快速硬化成所需的结构。虽然这种打印技术可以大大提高打印的速度和质量，但研究人员只能使用透明墨水进行打印，并且生物医学用途受到限制，因为光线无法深入组织几毫米。

详细了解DVAP流程的运作方式

现在，研究人员开发的这项DVAP新技术涉及一种特殊的墨水，它对声波而不是光产生反应，超声波可穿透比光深100多倍的深度，使他们能够在前所未有的组织深度创建生物医学上有用的结构。

DVAP中关键的超声波墨水是由四种独立的成分组成：吸收超声波的化合物、有助于控制粘度的微粒、提供结构的聚合物以及吸收热量以引发凝固的盐。

该技术使用超声波敏感墨水在不同深度（包括穿过人体组织）构建3D结构

“墨水本身是一种粘性液体，因此可以相当容易地注入目标区域，当你移动超声波打印探头时，墨水中的材料会连接在一起并硬化，”超声波打印机的设计者之一美国Brigham医院副生物工程师、哈佛医学院副教授Y. Shrike Zhang说。“完成后，可以通过注射器去除任何未固化的剩余墨水。”

声波墨水的不同成分使研究人员能够调整配方以适应多种用途。例如，如果想要创建一种支架来帮助修复骨折或弥补骨丢失，就可以在墨水中添加骨矿物颗粒。这种灵活性还允许研究人员根据使用情况将配方设计得更耐用或更易降解，他们甚至可以调整最终印刷品的颜色。

DAVP用于闭合山羊心脏的左心耳

该团队进行了三项测试，作为对新技术的概念验证。第一个是使用墨水密封山羊心脏的一部分。他们使用导管将超声波墨水输送到山羊心脏的左心耳，超声波探头发射聚焦的超声波穿过12毫米的组织，在不损害周围任何器官的情况下硬化墨水。墨水安全地黏合在心脏组织上，并具有足够的灵活性，可承受模仿心脏跳动的运动。

接下来，该团队测试了 DVAP 用于组织重建和再生的潜力。在用鸡腿制作了骨缺损模型后，研究小组注入了超声波墨水，并用超声波穿过10毫米的皮肤和肌肉组织层样本使其硬化。由此产生的材料与骨骼无缝结合，对周围组织没有任何负面影响。

最后，研究人员表明DVAP也可用于治疗药物输送。在他们的实验中，在墨水中添加了一种常见的化疗药物，并将其输送到肝脏组织样本中。随后使用探针将声波墨水硬化成水凝胶，该水凝胶会缓慢释放化疗药物，并扩散到需要治疗的肝组织中。

“因为我们可以打印组织，所以它可以在传统上涉及非常侵入性和破坏性方法的手术和治疗中实现许多潜在应用，”该技术的另外一名联合发明人杜克大学生物医学工程副教授Junjie Yao总结道，“这项工作在3D打印领域开辟了一条令人兴奋的新途径，我们很高兴能够共同探索该工具的潜力。”