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3D打印以其告成制造原型、高性能材料、多材料零件、柔性电子器件、医疗器械和工程组织的几何复杂结构的智力而备受良善。但是现在开辟的打印递次频繁需要由线性平移台按捺的构建平台来逐渐固化材料。立体打印是一种新兴的增材制造本事，通过废弃逐渐的油墨更新才能，以制造具有增强的打印速率和名义质料的物体。现存的立体打印本事险些实足依赖于光能，以激励透明油墨中的光团聚反应，这限度了材料的领受和打印尺寸。因此，基于光的立体打印在深穿透数字制造决策中的应用以及在微创制造场景中的应用被大大限度。

2023年12月7日，哈佛大学医学院Yu Shrike Zhang（张宇）副素质、杜克大学生物医学工程系Junjie Yao（姚俊杰）副素质团队合营在Science期刊发表题为“Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing”的讨论论文，哈佛大学医学院匡晓博士、杜克大学荣强周博士（现于圣路易斯华盛顿大学从事讨论责任；2015年博士毕业于西北大学物理学院，导师：乔学光素质）/Saud Belal为论文共同第一作家，张宇副素质、姚俊杰副素质为论文共同通信作家

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这项新本事采纳了一种能对声波而非色泽产生反应的稀疏墨水。随后讨论者使用实践和声学建模来讨论与频率和扫描速率关连的声学打印活动。DAVP结束了柔声流、快速声热团聚和大印刷深度的要津特征，无论其光学性质怎么，王人不错打印多样阵势的体积水凝胶和纳米复合材料。DAVP还允许在厘米深的生物组织中进行打印，为微创医学奠定了基础。

图1. DAVP的责任旨趣和自增强声波墨水的想象

魏延政，1975年出生于乌鲁木齐，从小就是“别人家的孩子”。虽然他读的是最普通的职业学校，但丝毫不影响他的智力。从中学开始，他就到处参加数理化。在全国竞赛中，他还获得了全国数学联赛的三等奖。

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DVAP的第一个组成部分触及一种超声波墨水，称为超声波墨水，它是水凝胶、微粒和分子的组合，旨在故意对超声波作念出反应。一朝声波墨水被运送到筹画区域，专用的超声波打印探头就会将聚焦超声波发送到墨水中，将其部分硬化成复杂的结构。这些结构的限制从师法骨骼硬度的六边形支架到不错放手在器官上的水凝胶气泡。墨水本人是一种粘性液体，因此不错特地容易地注入筹画区域，当迁徙超声波打印探头时，墨水中的材料会蚁合在沿途并硬化，完成后，科研东谈主员不错通过打针器去除任何未固化的剩余墨水。这种聚焦超声打印本事需要高水平的能量，这有可能使周围组织过热。为了处分这个问题，讨论东谈主员成立了一台共焦高强度超声波打印机。该系统使用两个超声波换能器，它们以横梁格局陈列，允许两个超声波前重迭。这种想象不仅减少了每个传感器所需的能量，还莳植了超声波打印机的区别率和速率。

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图2. DAVP打印区别率的表征2024年重庆时时彩骰宝

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最初，讨论东谈主员将一个聚焦超声波换能器吊挂在一个充满新式墨水的房间上方。换能器和墨水之间有一种“匹配介质”，这种物资在大巨额超声波递次中使用，可确保超声波的有用传输。通过使用蓄意机法式精确按捺超声波换能器复杂的3D怒放，讨论东谈主员不祥在墨水室内不同深度处创建多样不同的结构。这些结构具有多样尺寸和复杂的几何阵势，包括多层蜂窝、分支血管网罗和近似于手或蜘蛛的复杂模子等物体。接下来，讨论东谈主员思要细则他们的本事是否不错用于打印生物组织。他们将厚度不等（最大17毫米）的猪组织放在充满墨水的室顶部。将换能器放手在上方，讨论东谈主员指令超声波穿过组织并干涉下方的腔室。他们见效地通过几种不同类型的组织打印了多样不同的结构，包括猪肝脏和由多层（如皮肤、脂肪和肌肉）组成的猪组织模子。

图3. DAVP性能和材料通用性

当作新本事的见解考据，讨论东谈主员进行了三项测试。第一项测试是用墨水阻塞山羊腹黑的一个部分。当东谈主患有非瓣膜性心房轰动时，腹黑无法泛泛朝上，导致血液在器官内积聚。传总揽疗递次频繁需要开胸手术来阻塞左心房附件，以缩小血栓和腹黑病发作的风险。违犯，讨论团队使用导管将超声墨水运送到放手在打印室中的山羊腹黑的左心房附件。然后，超声探头将聚焦超声波穿过12mm的组织，使墨水变硬，而不会损坏周围任何器官。这也曾由完成后，油墨安全粘合到了腹黑组织上，况且具有满盈柔韧性，不祥承受师法腹黑朝上的怒放。随后，讨论团队测试了DVAP用于组织重建和再生的后劲。在用鸡腿制作了一个骨缺损模子后，讨论小组将声波墨水注入10mm厚的样本皮肤和肌肉组织层并使其硬化，由此产生的材料与骨骼无缝粘合，对周围组织莫得任何负面影响。终末展示了DVAP用于诊治药物的运送，讨论团队在墨水中添加了一种常见的化疗药物，并将其运送到肝脏组织样本中。摆布探针将声波墨水硬化成水凝胶，冉冉开释化疗药物并扩散到肝脏组织中。天然DVAP本事应用于临床还有很长的路要走，但这些测试再次深信了这项本事的后劲，发展远景值得期待。

图4. DAVP用于通过组织打印和微创诊治进行见解考据

摆布FUS波的深度穿透智力、柔声流和粘弹性自增强声油墨的快速声团聚，讨论者开辟了一种DAVP本事，该本事不错在莫得构建平台的情况下以高打印保真度和区别率进行立体打印。热反应自得当声波继承器的使用处分了FUS露馅时声流和深度穿透之间的突破。自增强声墨和非线性声传播共同增强了FUS焦点处的声热加热，以结束当作构建体素的快速和领受性材料固化。基于热积存的固化机制导致了毫米级的各向异性打印区别率，这不错通过优化FUS频率和扫描速率的打印参数以及使用共焦双换能器成就来进一步莳植。FUS波的深度穿透允许不透明复合材料的立体打印和打印厘米厚的组织，而这是通过源泉进的基于光的打印本事无法结束的。自增强超声墨水想象不错实行到不同的系统，极地面扩张了声学打印本事的材料库。

作家简介

匡晓，哈佛大学医学院博士后、塔夫茨大学生物医学工程系Part-Time Instructor。讨论趣味：和会自得当生物材料和超声侵犯本事，与东谈主体无缝对接，结束精确微创医疗。2011年本科毕业于北京化工大学材料科学与工程学院；2016年博士毕业于中国科学院化学讨论所，导师：王笃金讨论员；2016-2020年于佐治亚理工学院机械工程系从事博士后讨论，合营导师：Hang Jerry Qi素质；2020年于今于哈佛大学医学院从事博士后讨论，合营导师：Yu Shrike Zhang（张宇）素质；2023年1月于今于塔夫茨大学生物医学工程系开展讨论责任。

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https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi1563

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