加州大學(xué)戴維斯分校開(kāi)發(fā)聲波3D打印技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)無(wú)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(kāi)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(xiàng)技術(shù)可通過(guò)高聲壓聲波遠(yuǎn)程投射全息圖像，并利用聲波攪動(dòng)聚合物材料（如樹(shù)脂），無(wú)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(kāi)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(gè)圖像。Habibi解釋道，全息圖像實(shí)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(guò)光來(lái)創(chuàng)建的，但Habibi使用聲源在一個(gè)定義的環(huán)境中產(chǎn)生高壓區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

Habibi補(bǔ)充道：“通過(guò)HDSP，我可以在特定位置投影一個(gè)圓圈的全息圖像。這個(gè)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�！�

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

聲全息投影與直接聲音打印

在這些實(shí)驗(yàn)中，機(jī)械臂負(fù)責(zé)支撐打印平臺(tái)，后者懸浮于浸沒(méi)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(tái)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(dòng)打印平臺(tái)，以構(gòu)建形狀，同時(shí)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(xiàng)研究基于Habibi先前的工作，即利用聲波進(jìn)行直接聲音打�。―SP）。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(shí)現(xiàn)3D打印結(jié)構(gòu)的生成。

△Habibi（左）與他的研究團(tuán)隊(duì)

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(shí)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(wú)需逐層構(gòu)建，顯著節(jié)省了時(shí)間。相比之下，DSP每次只能打印一個(gè)點(diǎn)，并且需要采用類似傳統(tǒng)3D打印的分層方法。未來(lái)，這項(xiàng)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(gè)性化植入物或支架，同時(shí)使用生物相容性材料來(lái)促進(jìn)骨骼的自然愈合過(guò)程

在最近的研究突破中，Mohsen Habibi博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在3D生物打印領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展，團(tuán)隊(duì)開(kāi)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(jiǎn)單形狀的打印，但這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于制造骨骼和軟骨等生物組織具有極大的應(yīng)用前景，因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)在幾何上相對(duì)簡(jiǎn)單，可以通過(guò)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(xiàng)技術(shù)聽(tīng)起來(lái)像是科幻小說(shuō)中的情節(jié)，但它實(shí)際上是基于科學(xué)的現(xiàn)實(shí)。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。