3D打印，最新、重磅Science！

最新推荐文章于 2025-02-21 20:30:00 发布

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专注于3D打印技术硬知识分享

液态树脂的3D打印通常基于光固化技术，无论是SLA、DLP、LCD、POLYJET还是体积3D打印工艺。来自哈佛大学医学院和杜克大学生物医学工程系的研究团队开发出了一种新的3D打印方法，称为深穿透声学体积打印（DVAP），该技术使用粘弹性墨水和高强度聚焦超声波。

该技术的一个关键特征是他们使用声波墨水，可以防止固化超过焦点，从而防止凝固超过预期体素。使用超声波的一个关键优点是它可以穿透数厘米深的不透明介质。由于它对声波而不是光做出反应，因此该技术可用于从骨愈合到心脏瓣膜修复等生物医学目的。增材制造技术前沿注意到，该技术具有显著的医学应用潜力，本文将介绍其重大价值。

12月7日，该研究以“Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing”为题发表在最新一期《Science》上，前两位作者可能是华人科学家。

与传统的“纵向”层层3D打印技术不同，体积3D打印通过从内向外的“横向”层层打印，在长时间以来被认为可用于制造医疗组织、器官，其具有更高的打印速度和全新的构建物体的方式。

但现有的体积打印技术几乎完全依靠光能来触发透明油墨中的光聚合，油墨本身的光衰减、功能性添加剂（如光吸收剂和填料）的存在，对基于光的体积打印的材料选择和构建尺寸带来了限制。尽管红外光可将光穿透力提高到几毫米，但将光深入到光学散射介质（如生物组织）中仍然具有挑战性。因此，基于光的体积打印在深度渗透数字制造方案中的应用具有内在的局限性。

超声波的穿透深度比光深100多倍，可以以高空间精度到达组织、骨骼和器官，这是基于光的打印方法无法达到的，因此有望用于触发深度聚合。通过超声波浴或基于喇叭的反应器，超声波可以通过水的空化产生活性氧，使乙烯基单体聚合，在几十分钟内形成水凝胶。超声波也可以使用聚焦超声换能器聚焦到一个小体积中。换能器可以产生正负压交替的声波，并沿深度方向传播，高声能可以高精度传递到焦点区域。以前，基于空化的超声打印是通过固化聚二甲基硅氧烷树脂来实现的。然而，需要一个构建平台，并且只能打印相对简单的几何形状，因为高声压产生的强烈声流会干扰焦点区域的局部油墨。

本篇研究报道了相变粘弹性超声油墨，它们同时允许深声穿透、低声流和快速声热诱导的自由基聚合，共同实现深渗透声学体积打印。

DAVP的工作原理

巨大的医学应用价值！

新的工艺和材料组合涉及一种被声波墨水，它是水凝胶、微粒和分子的组合，旨在专门对超声波做出反应。一旦声波墨水被输送到目标区域，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。这些结构的范围从模仿骨骼硬度的六边形支架到可以放置在器官上的水凝胶气泡。

超声波打印机的设计者表示，“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。完成后，可以通过注射器去除任何未固化的剩余墨水。”

声波墨水允许研究人员调整配方以适应多种用途。例如，如果他们想创建一个支架来帮助愈合断骨或弥补骨质流失，他们可以在墨水中添加骨矿物质颗粒。这种灵活性还使他们能够根据其用途设计出更耐用或更可降解的硬化配方。

DAVP 性能和材料通用性

该团队进行了三项测试，以验证其新技术的概念。第一个涉及使用墨水密封山羊心脏。当人类患有非瓣膜性心房颤动时，心脏无法正常跳动，导致血液积聚在器官中。传统治疗通常需要开胸手术来封闭左心耳，降低血栓和心脏病发作的风险。该团队使用导管将声波墨水输送到放置在打印室中的山羊心脏的左心耳，然后超声波探头将聚焦超声波穿过12毫米的组织，使墨水硬化，而不会损坏任何周围的器官。一旦该过程完成，墨水就会安全的粘合到心脏组织上，并且足够灵活，可以承受模仿心脏跳动的运动。