您能想象一种可能性，即在您的体内直接进行3D打印器官或组织吗？尽管这听起来像是最离奇的科幻，但杜克大学和哈佛医学院的研究人员可能已经使这成为可能。他们开发了一种新的3D打印过程，利用了聚焦超声波和生物相容墨水，这两者可以用于从骨骼愈合到心脏瓣膜修复等各种用途。希望这将为更安全和侵入性较小的外科手术铺平道路。

      尽管我们长期以来一直称赞医疗领域中增材制造的好处，包括不断增长的生物打印领域，但仍然存在障碍，特别是涉及到体内打印时。这是因为许多当前的过程使用挤出或光聚合，这两种方法都不适合穿透组织进行3D打印。

这种技术使用对超声波敏感的墨水在不同深度建造3D结构，包括穿过人体组织。

     就挤出法而言，不能在体内进行的原因显而易见，因为你如何将设备置于体内，而且如果仍然需要切开体表，为什么不在外部完成呢？然而，正在开发的各种光聚合方法也不能实现体内3D打印。为什么呢？很简单，光无法穿过皮肤和器官，因为经过它们时会发生散射。对于这种最新的3D打印技术所基于的容积打印来说，情况也是如此，它使用光聚合和透明墨水。

     这种新的过程被命名为“深度穿透声学容积打印”（Deep-Penetrating Acoustic Volumetric Printing，DVAP），可以帮助克服这些问题。美国国立生物医学成像与生物工程研究所（NIBIB）应用科学与技术部门的项目主任兰迪·金（Randy King），博士解释说：“聚焦超声波已经用于数十年来治疗各种各样的疾病，突显了它作为临床工具的安全性和实用性。这种潜在的新应用，基于多年的技术进步，可能为之前被认为不可能的穿越组织的3D超声波打印奠定了基础。”

超声波3D打印是如何工作的？

      正如金博士所提到的，聚焦超声波在医学领域并不新鲜。美国国家卫生研究院（NIH）将其定义为“一种非侵入性治疗技术，将超声波定向到特定位置”，它已经被用于治疗肝肿瘤、子宫肌瘤甚至帕金森病。然而，这是它首次专门用于医用3D打印。

      至于DVAP的工作原理，它可以与其他生物医学3D打印过程进行比较，特别是那些使用光敏墨水和定向光的过程，包括容积式3D打印。然而，在这种情况下，开发的是一种声敏墨水，或称为声墨水，它对超声波敏感。墨水本身由四个独立的组分组成：吸收超声波的化合物，帮助控制粘度的微粒，提供结构的聚合物，以及吸收热量以触发固化的盐。它们共同作用，使得即使穿过体内厚厚的多层组织，也能打印出生物相容的结构。

                        更详细地了解DVAP过程的工作原理

      这种墨水还可以根据不同的应用进行调整，例如添加骨矿物颗粒以治愈骨损失。此外，根据患者的需求，它可以制作得更耐用或可降解。这种灵活性对于医学应用非常关键，并且与研究人员自制的共焦高强度超声波打印机非常契合，该打印机已经进行了改进，以提高速度和分辨率。

      该过程由哈佛医学院布里格姆妇女医院副生物工程师、哈佛医学院副教授Y. Shrike Zhang和杜克大学生物医学工程副教授Junjie Yao共同开发。关于其工作原理，Yao进一步解释说：“DVAP依赖声热效应，当声波被吸收并提高温度以硬化我们的墨水时就会发生。超声波可以穿透超过光的100倍深度，同时仍然在空间上受限，因此我们可以以高度空间精度抵达组织、骨骼和器官，而这些区域以往无法通过基于光的打印方法抵达。”

      此外，不仅DVAP可以通过使用超声波实现体内3D打印，而且它甚至可以与生物组织兼容。张和姚已经在猪肝组织和模拟羊心脏手术中测试了这一过程。这些实验也显示出了有希望的结果，这意味着将来可能可以使用类似DVAP的过程来替代高度侵入性的外科手术。

姚总结道：“因为我们可以穿越组织进行打印，这使得在外科手术和治疗中有许多潜在应用，这些传统上涉及非常侵入性和破坏性的方法。这项工作在3D打印领域开辟了一个激动人心的新途径，我们很高兴共同探索这一工具的潜力。” 您可以在美国国立卫生研究院的新闻稿中了解更多信息，或者访问该研究的详细内容。