محققان دانشگاه دوک و دانشکده پزشکی هاروارد از تکنیک چاپ سه بعدی جدیدی رونمایی کردند که از امواج صوتی به جای نور برای ایجاد ساختارهای پیچیده در اعماق بافت ها استفاده می کند.
به گزارش تکناک، این روش که چاپ حجمی آکوستیک با نفوذ عمیق (DVAP) نام دارد، کاربردهایی از بهبود استخوان گرفته تا تحویل هدفمند دارو را ممکن می‌سازد و جهش قابل توجهی در فناوری سازگار با جوهر ایجاد می‌کند.
فراتر از محدودیت های نور
تکنیک‌های چاپ سه بعدی سنتی اغلب با محدودیت‌هایی در دسترسی به بافت‌های عمیق به دلیل اتکا به جوهرهای حساس به نور مواجه هستند. برای غلبه بر این مانع، محققان روش DVAP را معرفی کردند.
برخلاف نور، امواج اولتراسوند می توانند بیش از 100 برابر عمیق تر به بافت ها نفوذ کنند و در عین حال دقت فضایی را حفظ کنند. یائو که یکی از محققان اصلی این مطالعه است، در بیانیه ای توضیح داد: DVAP بر اثر حرارتی صوتی متکی است، که زمانی رخ می دهد که امواج صوتی جذب می شوند و دما را افزایش می دهند تا جوهر ما سخت شود.
امواج مافوق صوت می توانند بیش از 100 برابر عمیق تر از نور نفوذ کنند در حالی که هنوز از نظر فضایی محصور هستند، بنابراین ما می توانیم با دقت فضایی بالا به بافت ها، استخوان ها و اندام هایی برسیم که با روش های چاپ مبتنی بر نور قابل دسترسی نبوده اند.
اساس DVAP یک جوهر تخصصی به نام جوهر سونو است که از هیدروژل ها، ریزذرات و مولکول هایی تشکیل شده است که به طور خاص به امواج اولتراسوند واکنش نشان می دهند.
به عنوان یک مایع چسبناک، جوهر سونو را می توان به راحتی به مناطق مورد نظر تزریق کرد. محققان با استفاده از یک کاوشگر منحصر به فرد چاپ سه بعدی اولتراسوند، امواج اولتراسوند متمرکز را به جوهر می فرستند و این کار باعث می شود که آن را به ساختارهای پیچیده تبدیل کنند، از داربست های تقلید کننده استخوان گرفته تا حباب های هیدروژل مناسب برای قرار دادن اندام.
ژانگ، نویسنده اصلی این مطالعه توضیح داد: این جوهر به خودی خود یک مایع چسبناک است، بنابراین می‌توان آن را به راحتی به ناحیه مورد نظر تزریق کرد، و همانطور که نازل چاپ سه بعدی اولتراسوند را به اطراف حرکت می‌دهید، مواد موجود در جوهر به هم متصل می‌شوند و سخت می‌شوند.
او افزود: پس از اتمام، می‌توانید جوهر باقی‌مانده را که از طریق سرنگ جامد نشده است، بردارید. Sono-ink به گونه ای طراحی شده بود که همه کاره باشد و به محققان این امکان را می دهد تا فرمول آن را برای مصارف مختلف تنظیم کنند و دوام، توانایی تخریب و حتی رنگ را تنظیم کنند.
از ترمیم قلب تا تحویل دارو
برای نشان دادن پتانسیل DVAP، تیم تحقیقاتی سه آزمایش موفقیت آمیز انجام دادند. در مرحله اول، آنها از جوهر سونو برای بستن قسمتی از قلب بز استفاده کردند، روشی که به طور سنتی به جراحی قفسه سینه باز نیاز دارد. امواج اولتراسوند به 12 میلی متر از بافت نفوذ کرده و جوهر را بدون ایجاد آسیب به بافت قلب متصل می کند. سپس یک پیوند انعطاف پذیر برای مقاومت در برابر حرکاتی که شبیه قلب تپنده است، مشاهده شد.
در آزمایش دوم، تیم ظرفیت DVAP را برای بازسازی بافت با تزریق سونو جوهر به نقص استخوان پای یک مرغ نشان داد. جوهر تا 10 میلی‌متر به لایه‌های پوست و بافت ماهیچه‌ای به استخوان متصل می‌شود و هیچ تأثیر منفی در هیچ یک از بافت‌های اطراف ایجاد نمی‌کند.
آزمایش سوم نقش DVAP را در ارائه یک داروی درمانی نشان داد. محققان با افزودن یک داروی رایج شیمی درمانی به جوهر سونو، آن را به نمونه بافت کبد تحویل دادند. هیدروژل های سخت شده به آرامی داروی شیمی درمانی را آزاد کردند و در بافت کبد منتشر شدند.
ژانگ گفت: ما هنوز با آوردن این ابزار به بیمارستان ها فاصله داریم، اما این آزمایش‌ها پتانسیل این فناوری را مجدداً تأیید کرد. ما بسیار هیجان‌زده هستیم که ببینیم از اینجا به کجا می‌توان رفت.
یائو افزود: از آنجایی که ما می‌توانیم از طریق بافت، ساختارها را چاپ سه بعدی کنیم، این روش کاربردهای زیادی در جراحی و درمان‌هایی که به طور سنتی شامل روش‌های بسیار تهاجمی و مخرب هستند را ارائه می‌دهد. در حالی که این روش هنوز در مراحل اولیه است، می تواند شروع یک گام مهم در زیست پزشکی و درمان‌های شخصی باشد.
یافته های این تیم در مجله Science منتشر شد.
