加州大學(xué)戴維斯分校開發(fā)聲波3D打印技術(shù)有望實現(xiàn)無切口骨折修復(fù)

2025年3月29日，南極熊獲悉，加州大學(xué)戴維斯分校 (UC Davis) 宣稱，由機(jī)械和航空航天工程助理教授Mohsen Habibi開發(fā)的一種名為全息直接聲音打印（HDSP）的技術(shù)有可能在不切口的情況下修復(fù)骨折。

△相關(guān)研究已發(fā)表在《Nature》雜志上，題目為“全息直接聲音打印”（傳送門）

Habibi表示，這項技術(shù)可通過高聲壓聲波遠(yuǎn)程投射全息圖像，并利用聲波攪動聚合物材料（如樹脂），無需切口即可精確打印出固體結(jié)構(gòu)，從而為骨折修復(fù)開辟了新的可能性。

△HDSP工藝示意圖和打印物體

HDSP利用聲全息圖像技術(shù)一次性投影和打印整個圖像。Habibi解釋道，全息圖像實際上是物體的三維體積圖像，想象一下《星球大戰(zhàn)：新希望》中萊婭公主的全息投影，她出現(xiàn)并發(fā)出求助信息。盡管全息圖像通常是通過光來創(chuàng)建的，但Habibi使用聲源在一個定義的環(huán)境中產(chǎn)生高壓區(qū)域來實現(xiàn)這一點(diǎn)。

Habibi補(bǔ)充道：“通過HDSP，我可以在特定位置投影一個圓圈的全息圖像。這個位置位于我填充了材料的構(gòu)建室內(nèi)，它能夠固化我想要打印的圖像?！?br />

△HDSP技術(shù)允許一次性創(chuàng)建復(fù)雜的多目標(biāo)圖像，無需逐層構(gòu)建

聲全息投影與直接聲音打印

在這些實驗中，機(jī)械臂負(fù)責(zé)支撐打印平臺，后者懸浮于浸沒在水中的傳感器上方。構(gòu)建室被安置在傳感器和打印平臺之間，并充滿了聚合物打印材料。

換能器發(fā)射高聲壓聲波，這些聲波在構(gòu)建室內(nèi)觸發(fā)了一種稱為“空化”的聲化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)產(chǎn)生固體材料。機(jī)械臂按照復(fù)雜的路徑移動打印平臺，以構(gòu)建形狀，同時將打印物體垂直拉出構(gòu)建室，從而形成三維結(jié)構(gòu)。

這項研究基于Habibi先前的工作，即利用聲波進(jìn)行直接聲音打印（DSP）。相關(guān)技術(shù)涉及將聚焦的超聲波施加到產(chǎn)生空化的聚合物上，以實現(xiàn)3D打印結(jié)構(gòu)的生成。

△Habibi（左）與他的研究團(tuán)隊

HDSP技術(shù)在體內(nèi)3D生物打印中的應(yīng)用前景

Mohsen Habibi強(qiáng)調(diào)，就體內(nèi)3D打印技術(shù)而言，HDSP相較于DSP實現(xiàn)了顯著的進(jìn)步和突破。HDSP能夠連續(xù)一次性打印二維圖像，無需逐層構(gòu)建，顯著節(jié)省了時間。相比之下，DSP每次只能打印一個點(diǎn)，并且需要采用類似傳統(tǒng)3D打印的分層方法。未來，這項技術(shù)可以準(zhǔn)確打印出與患者解剖結(jié)構(gòu)高度匹配的個性化植入物或支架，同時使用生物相容性材料來促進(jìn)骨骼的自然愈合過程

在最近的研究突破中，Mohsen Habibi博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊在3D生物打印領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展，團(tuán)隊開發(fā)的HDSP技術(shù)在打印人體組織方面展現(xiàn)出前所未有的潛力。盡管目前的成果主要集中在簡單形狀的打印，但這項技術(shù)對于制造骨骼和軟骨等生物組織具有極大的應(yīng)用前景，因為這些結(jié)構(gòu)在幾何上相對簡單，可以通過HDSP技術(shù)的單一圖像投影進(jìn)行有效打印。

Habibi博士強(qiáng)調(diào)，盡管這項技術(shù)聽起來像是科幻小說中的情節(jié)，但它實際上是基于科學(xué)的現(xiàn)實。這一聲明得到了《Nature》雜志2022年發(fā)表的論文的支持，該論文詳細(xì)介紹了直接聲音打印技術(shù)，向世界證明了這一創(chuàng)新并非虛構(gòu)幻想，而是即將改變醫(yī)療領(lǐng)域的科學(xué)突破。