科学家利用超声波在体内深处“3D打印”材料

美国科学家开发出利用超声波在体内进行3D打印的新方法。在小鼠和兔子身上的实验表明，该技术可以将抗癌药物精准递送至器官，并修复受损组织。

这项名为深部组织体内声学打印（DISP）的技术需要注射特殊生物墨水。根据体内预期功能的不同，墨水成分可以调整，但必须包含能组装成水凝胶结构的聚合物链和交联剂。

为防止水凝胶瞬间成型，交联剂被密封在脂质体（基于脂质的微粒）中。这些脂质体外壳设计为在41.7摄氏度（约107.1华氏度） —— 略高于体温时发生泄漏。

由加州理工学院科学家领导的团队使用聚焦超声束加热脂质体并制造孔隙，释放交联剂，直接在体内形成水凝胶。此前研究曾用红外光在体内3D打印水凝胶，但此次选择超声波作为触发机制，因为它能激活注射到肌肉和器官等更深部位的生物墨水。

"红外线穿透力非常有限，只能到达皮下。"加州理工学院生物医学工程师高伟（音译）表示，"我们的新技术可达深层组织，能打印多种材料用于广泛用途，同时保持优异的生物相容性。"

通过精确控制超声束，团队成功打印出星形、泪滴形等复杂结构。DISP不仅是新奇的体内改造工具 —— 使用不同版本水凝胶的动物实验表明，它可帮助替换或修复受损组织、递送药物，或监测心电检测等电信号。

研究人员使用微型气囊作为成像造影剂，借此观察系统工作情况。当这些气囊接触聚合物交联的化学反应时，其对比度会发生变化。超声波捕捉这些信号即可确认反应成功。

在兔子实验中，研究人员在皮下4厘米（约1.6英寸）深度打印人工组织。这有助于加速伤口愈合 —— 若先在生物墨水中加入细胞效果更佳。在膀胱癌3D细胞培养测试中，团队使用载有化疗药物阿霉素的生物墨水。通过DISP方法将其固化成水凝胶后，药物在数日内缓慢释放，癌细胞死亡率显著高于常规注射。

通过添加其他成分，DISP用途更加广泛。研究人员还开发出含碳纳米管和银纳米线的导电生物墨水，可用于植入式传感器监测温度或心/肌电信号。重要的是，研究未检测到水凝胶毒性，残留液态生物墨水在七日内会被身体自然清除。

当然，从动物实验到人体应用仍有鸿沟，但体内直接3D打印生物医学设备的前景令人兴奋。"下一步我们将在更大型动物模型中测试，希望不久后能进行人体评估。"高伟说，"未来借助人工智能，我们希望在搏动心脏等运动器官内实现自主触发的高精度打印。"

该研究成果已发表于《科学》期刊。

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