ENG: In an innovative breakthrough, engineers from Duke University and Harvard Medical School have introduced a revolutionary biocompatible ink. This ink uniquely solidifies into various 3D shapes and structures upon exposure to ultrasound waves. Unlike traditional methods that rely on light, this sound wave-responsive ink is particularly suitable for deep tissue applications in the biomedical field. Its potential uses span a wide range, including facilitating bone healing and heart valve repair, showcasing its versatility and significance in medical advancements.
The method of 3D printing has seen increasing applications, particularly in the medical field. Traditional printers have been used to prototype medical devices, create flexible electronics, and even engineer tissues for wound healing. Despite these advancements, conventional printing methods are often slow and cumbersome, requiring point-by-point construction and a robust printing platform. To address these limitations, researchers previously developed a photo-sensitive ink that responds to targeted light beams, quickening the printing process. However, this technique had its drawbacks, primarily due to the transparency requirement of the inks and the limited tissue penetration of light, confining its biomedical applications.
Addressing these challenges, Y. Shrike Zhang, an associate bioengineer at Brigham and Women’s Hospital and associate professor at Harvard Medical School, and Junjie Yao, an associate professor of biomedical engineering at Duke, have pioneered a new printing method dubbed deep-penetrating acoustic volumetric printing (DVAP). This innovative approach utilizes a specialized ink that reacts to soundwaves, enabling the creation of medically useful structures deep within tissues. DVAP operates on the sono-thermal effect, where ultrasound waves absorbed by the ink increase its temperature, solidifying it into precise structures. This technology can penetrate tissues and organs far deeper than light-based methods, offering high spatial precision. The process involves a sono-ink, composed of hydrogels, microparticles, and ultrasound-reactive molecules, which is hardened into intricate structures by a specialized ultrasound printing probe. These structures can vary significantly, from bone-like scaffolds to hydrogel bubbles for organ application.
RO: În cadrul unei descoperiri inovatoare, inginerii de la Universitatea Duke și de la Harvard Medical School au introdus o cerneală biocompatibilă revoluționară. Aceasta se solidifică în mod unic în diverse forme și structuri 3D sub expunerea la unde ultrasonice. Spre deosebire de metodele tradiționale care se bazează pe lumină, această cerneală este deosebit de potrivită pentru aplicații în țesuturile profunde din domeniul biomedical. Utilizările sale potențiale acoperă o gamă largă, inclusiv facilitarea vindecării oaselor și repararea valvelor cardiace, demonstrând versatilitatea și importanța sa în progresele medicale.
Metoda imprimării 3D are tot mai multe aplicații, în special în domeniul medical. Imprimantele tradiționale au fost folosite pentru a crea prototipuri de dispozitive medicale, pentru a crea instrumente electronice flexibile și chiar pentru a crea țesuturi pentru vindecarea rănilor. În ciuda acestor progrese, metodele de imprimare convenționale sunt adesea lente și greoaie, necesitând o construcție punct cu punct și o platformă de imprimare robustă. Pentru a aborda aceste limitări, cercetătorii au dezvoltat într-un studiu anterior o cerneală fotosensibilă care răspunde la fascicule de lumină direcționate, accelerând procesul de imprimare. Cu toate acestea, această tehnică a avut dezavantajele sale, în primul rând din cauza cerinței de transparență a cernelii și a penetrării limitate a luminii în țesuturi, ceea ce a limitat aplicațiile biomedicale ale acesteia.
Abordând aceste provocări, Y. Shrike Zhang, bioinginer la Brigham and Women’s Hospital și profesor la Harvard Medical School, și Junjie Yao, profesor de inginerie biomedicală la Duke, au fost pionierii unei noi metode de imprimare numită imprimare volumetrică acustică cu penetrare profundă (DVAP). Această abordare inovatoare utilizează o cerneală specializată care reacționează la undele sonore, permițând crearea de structuri utile din punct de vedere medical în profunzimea țesuturilor. DVAP funcționează pe baza efectului sono-termic, în care undele de ultrasunete absorbite de cerneală cresc temperatura acesteia, solidificând-o în structuri precise. Această tehnologie poate pătrunde în țesuturi și organe mult mai adânc decât metodele bazate pe lumină, oferind o precizie spațială ridicată. Procesul implică o cerneală sonoră, compusă din hidrogeluri, microparticule și molecule reactive la ultrasunete, care este întărită în structuri complexe de către o sondă specializată de imprimare cu ultrasunete. Aceste structuri pot varia în mod semnificativ, de la scheletele asemănătoare oaselor la bule de hidrogel pentru aplicarea pe organe.
Source (Pratt School of Engineering, Duke, “Soundwaves Harden 3D-Printed Treatments in Deep Tissues”, 07.12.2023)
Paper: Xiao Kuang et al.,Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing.Science382,1148-1155(2023).DOI:10.1126/science.adi1563
