Çiftlikten yeni çıkmış dolgun bir tavuk budu parçası, Harvard Tıp Fakültesi'ndeki tertemiz bir yüzeyin üzerinde duruyordu. Derisi üstünde ve kemiği içeride, kemiği zar zor çatlatacak şekilde hassas bir şekilde dilimlenmişti.

Bir robot kol yana döndü, kırılmayı taradı ve bazıları deniz yosunundan izole edilmiş malzemeler de dahil olmak üzere sıvı bir malzeme karışımını çatlağa dikkatlice enjekte etti. Birkaç ultrason darbesiyle sıvı sertleşerek kemik benzeri bir malzemeye dönüştü ve kırığı kapattı.

Bu avangard bir akşam yemeği programı değildi. Aksine, ultrasonun bir gün doğrudan vücudumuzun içine 3 boyutlu baskı implantları yapmak için kullanılıp kullanılamayacağını görmek için yenilikçi bir deneydi.

Brigham ve Kadın Hastanesi ve Harvard Tıp Okulu'ndan Dr. Yu Shrike Zhang liderliğinde bir yeni bir çalışma Hasarlı dokuyu onarmak için ultrason ve 3D baskının benzersiz özelliklerini birleştirdi. Teknolojinin kalbinde, sonik dalgalara yanıt olarak jelleşen kimyasalların bir karışımı yer alıyor; bu karışıma "sono-mürekkep" adı veriliyor.

Bir testte ekip 3D, büyük bir izole domuz göbeği parçasının içine karikatürize bir kemik şekli yazdırdı; ultrason, yağlı deri ve doku katmanlarına kolayca nüfuz etti. Teknoloji ayrıca izole edilmiş domuz karaciğerlerinin içinde arı kovanı benzeri yapılar ve böbreklerde bir kalp şekli oluşturdu.

Kulağa korkunç gelebilir ama amaç canlı doku içinde 3 boyutlu emoji basmak değil. Bunun yerine, doktorlar bir gün, invaziv cerrahiye alternatif olarak vücuttaki hasarlı organları doğrudan onarmak için ultrason ve sono-mürekkep kullanabilirler.

Konseptin bir kanıtı olarak ekip, izole edilmiş bir keçi kalbinin kırık bölgesini onarmak için sono-mürekkep kullandı. Birkaç ultrason patlamasından sonra ortaya çıkan yama jelleşti ve çevredeki kalp dokusuyla kusursuz bir şekilde birleşti ve esasen biyolojik olarak uyumlu, gerilebilir bir bandaj haline geldi.

Başka bir testte sono-mürekkep bir kemoterapi ilacıyla yüklendi ve karışım, hasarlı bir karaciğere enjekte edildi. Mürekkep, birkaç dakika içinde ilacı yaralı bölgelere salarken çevredeki sağlıklı hücrelerin çoğunu da korudu.

Teknoloji, açık ameliyatları daha az invazif tedavilere dönüştürmenin bir yolunu sunuyor. yazdı Dr. Araştırmaya dahil olmayan Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'nden Yuxing Yao ve Mikhail Shapiro. Ayrıca ultrasona tepki veren vücut-makine arayüzlerini basmak, kalp yaralanmaları için esnek elektronikler yapmak veya yan etkileri sınırlamak için ameliyattan sonra anti-kanser ilaçlarını doğrudan kaynağa etkili bir şekilde iletmek için de kullanılabilir.

"Bu aracı kliniğe getirmekten hala çok uzaktayız ancak bu testler bu teknolojinin potansiyelini yeniden doğruladı." şuraya Zhang. “Buradan nereye gidebileceğini görmek için çok heyecanlıyız.”

Işıktan Sese

Çok yönlülüğü sayesinde 3D baskı, biyomühendislerin hayal gücünü yakaladı. yapay biyolojik parçalar inşa etmek-örneğin, stentler Hayatı tehdit eden kalp hastalığı için.

Süreç genellikle yinelemelidir. Ofis yazıcısına benzer bir mürekkep püskürtmeli 3D yazıcı, ince bir katman püskürtür ve onu ışıkla "sertleştirir". Bu, sıvı mürekkebi katılaştırır ve ardından katman katman yazıcı tüm yapıyı oluşturur. Ancak ışık birçok malzemenin yalnızca yüzeyini aydınlatabiliyor ve bu da tek bir patlamayla tamamen basılmış bir 3 boyutlu yapı oluşturmayı imkansız hale getiriyor.

Yeni çalışma, bir yazıcının ışığı bir miktar sıvı reçineye yansıttığı, reçineyi nesnenin yapısına katılaştırdığı hacimsel baskıya dönüştü - ve işte, nesne bir bütün olarak inşa edildi.

Süreç çok daha hızlıdır ve geleneksel 3D baskıya göre daha pürüzsüz yüzeylere sahip nesneler üretir. Ancak bu, ışığın mürekkepten ve onu çevreleyen materyalden (örneğin deri, kas ve diğer dokular) ne kadar uzağa parlayabildiğiyle sınırlıdır.

Ultrasonun devreye girdiği yer burasıdır. En çok anne bakımıyla bilinen düşük seviyeli ultrason, cilt veya kas gibi opak katmanlara zarar vermeden kolayca nüfuz eder. Odaklanmış ultrason adı verilen araştırmacılar, beyni ve diğer dokuları izleyecek ve uyaracak teknolojiyi araştırıyorlar.

Dezavantajları var. Ses dalgaları vücudumuzda bol miktarda bulunan sıvıların içinde ilerlerken bulanıklaşır. 3D baskı yapılarında kullanılan ses dalgaları, orijinal tasarımın iğrençliğini yaratabilir. Akustik bir 3D yazıcı oluşturmak için ilk adım mürekkebi yeniden tasarlamaktı.

Sesli Bir Tarif

Ekip ilk olarak ultrasonla kürlenen mürekkep tasarımlarını denedi. Buldukları tarif bir molekül çorbasıydı. Bazıları ısıtıldığında katılaşır; diğerleri ses dalgalarını emer.

Sono-mürekkebi, ultrason darbelerinden sadece birkaç dakika sonra jele dönüşür.

Yao ve Shapiro, sürecin kendi kendine ilerlediğini açıkladı. Ultrason, jel tarafından emilen ısıyı üreten ve döngüyü hızlandıran bir kimyasal reaksiyonu tetikler. Ultrason kaynağı robotik bir kol tarafından kontrol edildiğinden, ses dalgalarını bir milimetrelik (ortalama kredi kartınızdan biraz daha kalın) bir çözünürlüğe odaklamak mümkündür.

Ekip, çok sayıda sono-mürekkep tarifini ve çok renkli, üç parçalı bir dişli ve kan damarlarına benzeyen karanlıkta parlayan yapılar gibi 3D baskılı basit yapıları test etti. Bu, ekibin sistemin sınırlarını araştırmasına ve potansiyel kullanım alanlarını keşfetmesine yardımcı oldu: Örneğin, floresan 3D baskılı bir implantın vücut içinde takip edilmesi daha kolay olabilir.

Ses Başarısı

Ekip daha sonra izole organlara yöneldi.

Bir testte hasarlı bir keçi kalbine sono-mürekkebi enjekte ettiler. İnsanlarda da benzer bir durum ölümcül kan pıhtılarına ve kalp krizlerine yol açabilir. Yaygın tedavi açık kalp ameliyatıdır.

Burada ekip sono mürekkebini kan damarları yoluyla doğrudan keçinin kalbine enjekte etti. Hassas bir şekilde odaklanmış ultrason darbeleriyle mürekkep, komşu parçalara zarar vermeden hasarlı bölgeyi korumak için jelleşti ve kalbin kendi dokularına bağlandı.

Yazarlar, başka bir testte, mürekkebi tavuk bacağı kemiği kırığına enjekte ettiler ve "doğal parçalara kusursuz bir şekilde bağlanarak" kemiği yeniden yapılandırdılar.

Üçüncü bir testte, meme kanserinde sıklıkla kullanılan bir kemoterapi ilacı olan doksorubisin'i sono-mürekkebine karıştırdılar ve onu domuz karaciğerinin hasarlı kısımlarına enjekte ettiler. Mürekkep, ultrason patlamalarıyla hasarlı bölgelere yerleşti ve sonraki hafta içinde ilacı yavaş yavaş karaciğere saldı. Ekip, bu yöntemin tümörlerin cerrahi olarak çıkarılmasından sonra kanser tedavisini iyileştirmeye yardımcı olabileceğini düşündüğünü açıkladı.

Sistem sadece bir başlangıç. Sono-ink henüz canlı bir vücutta test edilmedi ve toksik etkileri tetikleyebilir. Ultrason genellikle güvenli olsa da, stimülasyon ses dalgası basıncını artırabilir ve dokuları 158 Fahrenheit derecesine kadar ısıtabilir. Yao ve Shapiro'ya göre bu zorluklar teknolojiye yön verebilir.

Yumuşak 3D malzemeleri hızlı bir şekilde basabilme yeteneği, yeni gövde-makine arayüzlerinin kapısını açıyor. Gömülü elektroniklere sahip organ yamaları, kronik kalp hastalığı olan kişilerin uzun vadeli bakımını destekleyebilir. Ultrason aynı zamanda invaziv cerrahiye gerek kalmadan vücudun daha derin kısımlarında doku yenilenmesini de teşvik edebilir.

Biyomedikal uygulamalar bir yana, sono-ink hayatımızda bir sıçrama bile yapabilir. gündelik dünya. Örneğin 3D baskılı ayakkabılar zaten pazara girdi. Yao ve Shapiro, "Geleceğin koşu ayakkabılarının kemikleri onaran akustik yöntemle aynı şekilde basılması mümkün" diye yazdı.

İmaj Kredisi: Alex Sanchez, Duke Üniversitesi; Junjie Yao, Duke Üniversitesi; Y. Shrike Zhang, Harvard Tıp Fakültesi

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2023/12/11/ultrasonic-3d-printer-could-one-day-help-repair-organs-in-the-body-without-surgery/