科学家使用超声波在体内深处“3D 打印”材料

美国的科学家们创造了一种方法3D 打印材料使用超声波在体内。对小鼠和兔子的测试表明，该技术可以提供癌症药物直接作用于器官并修复受伤组织。

该方法被称为深层组织体内声音打印 （DISP），涉及注射专门的生物墨水.成分可以根据它们在体内的预期功能而有所不同，但不可协商的是聚合物链和交联剂，以将它们组装成水凝胶结构。

为了防止水凝胶立即形成，交联剂被锁定在称为脂质体的脂质颗粒内，外壳设计为在加热到 41.7 °C （107.1 °F） 时泄漏——比体温高几度。

该团队由加州理工学院 （Caltech） 的科学家领导，使用一束聚焦超声来加热脂质体并在脂质体上打孔，释放交联剂，并在体内形成水凝胶。

而以前的研究使用红外光在体内 3D 打印水凝胶，这次选择超声波作为触发机制，因为它可以激活注入更深处的生物墨水，深入到肌肉和器官。

“红外线的穿透力非常有限。它只到达皮肤下方。Wei Gao 说，加州理工学院的生物医学工程师。“我们的新技术可以到达深层组织，可以打印各种材料，应用范围广泛，同时保持出色的生物相容性。”

通过精确控制超声波束，该团队能够 3D 打印出复杂的形状，如星星和泪滴。

不过，DISP 不仅仅是一个有趣的新型身体改造工具——使用不同版本水凝胶的动物测试表明，它可以帮助替换或修复受损组织、输送药物或监测电信号以进行心电图等测试。

研究人员使用微小的气泡作为成像造影剂，使他们能够看到系统何时工作。

这些囊泡在暴露于聚合物交联的化学反应时会改变其对比度。超声波拾取这些信号并确认反应有效。

在兔子中，研究人员在皮肤以下 4 厘米（约 1.6 英寸）的深度打印了人造组织碎片。这可能会有所帮助加速修复之伤口和损伤– 特别是如果细胞首先掺入 Bioink 中。

在对膀胱癌 3D 细胞培养物的测试中，该团队施用了一种装有化疗药物的生物墨水阿 霉 素.使用 DISP 方法将其硬化成水凝胶，药物在几天内缓慢释放。这导致癌细胞死亡明显高于常规注射该药物。

在生物墨水中添加其他成分可以给 DISP 带来更多的用途。研究人员还使用碳纳米管和银纳米线制造了导电生物墨水，可用于植入式传感器，用于检测来自心脏或肌肉的温度或电信号。

该团队表示，重要的是，没有检测到水凝胶的毒性，剩余的液体生物墨水会在 7 天内自然从体内冲洗出来。

当然，研究人员仍然需要跨越动物测试和人类测试之间的鸿沟，但 3D 打印人体生物医学设备是一个有趣的想法。

“我们的下一阶段是尝试在更大的动物模型中打印，希望在不久的将来，我们可以在人类中进行评估，”高说.“未来，在 AI 的帮助下，我们希望能够在跳动的心脏等移动器官内自主触发高精度打印。”

该研究发表在杂志上科学.

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