突破光的限制：新型超声波3D打印技术登上《科学》
杜克大学研究团队开发了一项具有开创性的3D打印技术，该技术基于超声波原理，能够在生物体内深层组织、骨骼及器官内部实现“隔空打印”。相较于依赖光的打印方式，这项技术突破了传统光固化手段的局限，为医学领域，尤其是微创外科手术带来了全新的可能性。
这项技术被命名为“深穿透声学体积印刷”（Deep Penetrating Acoustic Volumetric Printing, DAVP），利用粘弹性墨水和高强度聚焦超声波，在无需依赖打印平台或光敏材料的情况下，实现对不透明介质数厘米深的目标区域进行精确打印。
2023年12月7日，相关成果发表于国际权威期刊《Science》。
传统3D打印技术的瓶颈
3D打印作为快速成型制造的重要手段，其原理通常为通过编程控制的激光束或喷墨打印头，将材料逐层沉积形成三维结构。该技术广泛应用于模型制造、零件生产及多种材料的加工，包括塑料、金属和陶瓷。
然而，传统方法仍面临若干挑战，如打印效率较低、精度受限，并高度依赖光引发的光聚合反应。在医学应用中，这类问题尤为突出。
近年来，研究人员开发出响应特定光束的光敏墨水，以提升打印速度和结构精度。然而，这种技术仅适用于特定透明材料，并且受限于光的穿透能力。在生物体内，光难以穿透皮肤表层，深入组织数毫米以上。
超声波3D打印：摆脱“光依赖”
为解决医学领域3D打印的限制问题，美国哈佛医学院副教授Y. Shrike Zhang与杜克大学生物医学工程学副教授Junjie Yao合作，共同研发出基于超声波的DAVP技术。
该技术的核心在于一种特殊的“声波墨水”，其由水凝胶、微粒和分子复合而成，能够对超声波作出响应。打印过程包括将墨水输送至目标区域，并通过专用超声探头发射聚焦超声波。墨水吸收能量后发生升温、聚合，最终在指定位置形成固态结构。
超声波墨水固化后的材料形态多样，既可制成模仿骨骼硬度的支架，也可生成柔软的水凝胶结构，适应不同医学需求。通过调整配方，还能满足如骨修复等具体应用。
医学实验验证：多种应用场景探索
目前，杜克大学团队已开展三类医学实验，验证超声波3D打印的实际可行性。
- 心脏密封实验：在实验山羊体内，研究人员通过导管将声波墨水送至左心耳区域。超声波探头穿透12毫米组织，使墨水固化，实现心脏组织的无缝粘附，同时保持其柔韧性和结构稳定性。
- 骨修复实验：研究人员模拟骨科修复过程，移除鸡腿部分骨骼后，注入声波墨水并实现与周围组织的无缝连接，无明显副作用。
- 药物输送实验：在肝脏组织样本中，研究人员将化疗药物与墨水混合，再通过超声固化形成水凝胶，缓慢释放药物至目标区域。
展望未来：超声波3D打印的医学前景
超声波的穿透能力远超可见光，因此DAVP技术能够在更深层生物组织中实现高精度打印。这种“无接触”打印模式为医学领域的微创手术提供了新思路。
虽然该技术尚处于实验室阶段，距离临床应用还需经历大量研发和临床试验，但其在多个医学场景中的初步表现已展现出广阔的前景。
目前，国内3D打印企业如铂力特、华曙高科等主要聚焦齿科、模具和硬组织植入物等领域。随着超声波3D打印的成熟，未来有望催生出一条全新的医学3D打印产业链。