3D打印以其径直制造原型、高性能材料、多材料零件、柔性电子器件、医疗器械和工程组织的几何复杂结构的才略而备受轻柔。可是当今开发的打印步调频频需要由线性平移台适度的构建平台来逐渐固化材料。立体打印是一种新兴的增材制造期间威尼斯人骰宝，通过烧毁逐渐的油墨更新才略，以制造具有增强的打印速率和名义质料的物体。现存的立体打印期间简直都备依赖于光能，以激勉透明油墨中的光团员反应，这放胆了材料的遴荐和打印尺寸。因此，基于光的立体打印在深穿透数字制造决议中的应用以及在微创制造场景中的应用被大大放胆。

2023年12月7日，哈佛大学医学院Yu Shrike Zhang（张宇）副造就、杜克大学生物医学工程系Junjie Yao（姚俊杰）副造就团队调和在Science期刊发表题为“Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing”的磋论说文，哈佛大学医学院匡晓博士、杜克大学荣强周博士（现于圣路易斯华盛顿大学从事酌量责任；2015年博士毕业于西北大学物理学院，导师：乔学光造就）/Saud Belal为论文共同第一作家，张宇副造就、姚俊杰副造就为论文共同通信作家

这项新期间禁受了一种能对声波而非光辉产生反应的特殊墨水。随后酌量者使用实验和声学建模来酌量与频率和扫描速率联系的声学打印步履。DAVP杀青了柔声流、快速声热团员和大印刷深度的关节特征，不管其光学性质怎样，都不错打印各式体式的体积水凝胶和纳米复合材料。DAVP还允许在厘米深的生物组织中进行打印，为微创医学奠定了基础。

图1. DAVP的责任旨趣和自增强声波墨水的绸缪

DVAP的第一个组成部分波及一种超声波墨水，称为超声波墨水，它是水凝胶、微粒和分子的组合，旨在衰退对超声波作念出反应。一朝声波墨水被运送到酌量区域，专用的超声波打印探头就会将聚焦超声波发送到墨水中，将其部分硬化成复杂的结构。这些结构的畛域从效法骨骼硬度的六边形支架到不错搁置在器官上的水凝胶气泡。墨水自己是一种粘性液体，因此不错特殊容易地注入酌量区域，当转移超声波打印探头时，墨水中的材料会畅达在沿途并硬化，完成后，科研东说念主员不错通过打针器去除任何未固化的剩余墨水。这种聚焦超声打印期间需要高水平的能量，这有可能使周围组织过热。为了处治这个问题，酌量东说念主员开荒了一台共焦高强度超声波打印机。该系统使用两个超声波换能器，它们以横梁阵势胪列，允许两个超声波前类似。这种绸缪不仅减少了每个传感器所需的能量，还进步了超声波打印机的辨别率和速率。

图2. DAVP打印辨别率的表征

领先，酌量东说念主员将一个聚焦超声波换能器吊挂在一个充满新式墨水的房间上方。换能器和墨水之间有一种“匹配介质”，这种物资在大大都超声波步调中使用，可确保超声波的灵验传输。通过使用计较机圭臬精确适度超声波换能器复杂的3D畅通，酌量东说念主员大约在墨水室内不同深度处创建各式不同的结构。这些结构具有各式尺寸和复杂的几何体式，包括多层蜂窝、分支血管收罗和类似于手或蜘蛛的复杂模子等物体。接下来，酌量东说念主员思要详情他们的期间是否不错用于打印生物组织。他们将厚度不等（最大17毫米）的猪组织放在充满墨水的室顶部。将换能器搁置在上方，酌量东说念主员指点超声波穿过组织并干与下方的腔室。他们告捷地通过几种不同类型的组织打印了各式不同的结构，包括猪肝脏和由多层（如皮肤、脂肪和肌肉）组成的猪组织模子。

图3. DAVP性能和材料通用性

当作新期间的见地考据，酌量东说念主员进行了三项测试。第一项测试是用墨水阻滞山羊腹黑的一个部分。当东说念主患有非瓣膜性心房颠簸时，腹黑无法平素逾越，导致血液在器官内积聚。传统率疗步调频频需要开胸手术来阻滞左心房附件，以裁减血栓和腹黑病发作的风险。相背，酌量团队使用导管将超声墨水运送到搁置在打印室中的山羊腹黑的左心房附件。然后，超声探头将聚焦超声波穿过12mm的组织，使墨水变硬，而不会损坏周围任何器官。这一进程完成后，油墨安全粘合到了腹黑组织上，况且具有充足柔韧性，大约承受效法腹黑逾越的畅通。随后，酌量团队测试了DVAP用于组织重建和再生的后劲。在用鸡腿制作了一个骨缺损模子后，酌量小组将声波墨水注入10mm厚的样本皮肤和肌肉组织层并使其硬化，由此产生的材料与骨骼无缝粘合，对周围组织莫得任何负面影响。临了展示了DVAP用于养息药物的运送，酌量团队在墨水中添加了一种常见的化疗药物，并将其运送到肝脏组织样本中。欺骗探针将声波墨水硬化成水凝胶，逐渐开释化疗药物并扩散到肝脏组织中。天然DVAP期间应用于临床还有很长的路要走，但这些测试再次深信了这项期间的后劲，发展出息值得期待。

图4. DAVP用于通过组织打印和微创养息进行见地考据

欺骗FUS波的深度穿透才略、柔声流和粘弹性自增强声油墨的快速声团员，酌量者开发了一种DAVP期间，该期间不错在莫得构建平台的情况下以高打印保真度和辨别率进行立体打印。热反映自合乎声波经受器的使用处治了FUS裸露时声流和深度穿透之间的冲破。自增强声墨和非线性声传播共同增强了FUS焦点处的声热加热，以杀青当作构建体素的快速和遴荐性材料固化。基于热积存的固化机制导致了毫米级的各向异性打印辨别率，这不错通过优化FUS频率和扫描速率的打印参数以及使用共焦双换能器竖立来进一步进步。FUS波的深度穿透允许不透明复合材料的立体打印和打印厘米厚的组织，而这是通过启程点进的基于光的打印期间无法杀青的。自增强超声墨水绸缪不错执行到不同的系统，极地面扩张了声学打印期间的材料库。

作家简介

匡晓，哈佛大学医学院博士后、塔夫茨大学生物医学工程系Part-Time Instructor。酌量酷爱：交融自合乎生物材料和超声热闹期间，与东说念主体无缝对接，杀青精确微创医疗。2011年本科毕业于北京化工大学材料科学与工程学院；2016年博士毕业于中国科学院化学酌量所，导师：王笃金酌量员；2016-2020年于佐治亚理工学院机械工程系从事博士后酌量，调和导师：Hang Jerry Qi造就；2020年于今于哈佛大学医学院从事博士后酌量，调和导师：Yu Shrike Zhang（张宇）造就；2023年1月于今于塔夫茨大学生物医学工程系开展酌量责任。

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi1563

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