Nanotechnology Now - Press Release: Presenting: Ultrasound-based Printing Of 3D Materials—potentially Inside The Body

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Abstract:
Ein neuer Ansatz für den dreidimensionalen (3D-)Druck nutzt Ultraschallwellen, um Objekte aus durch Schall ausgehärteten Tinten zu erstellen.

Präsentiert: Ultraschallbasierter Druck von 3D-Materialien – möglicherweise im Körperinneren

Washington, DC | Gepostet am 8. Dezember 2023

Der Ansatz ermöglicht den volumetrischen 3D-Druck selbst in undurchsichtigen Medien oder bei großen Eindringtiefen, möglicherweise auch im Körperinneren. 3D-Drucktechnologien sind bereit, Herstellungsprozesse für eine Vielzahl von Anwendungen zu revolutionieren. Mit dem volumetrischen Druck, einer neuen 3D-Drucktechnik, können Objekte schneller und mit besserer Oberflächenqualität hergestellt werden als mit Druckmethoden, bei denen Objekte Schicht für Schicht aufgebaut werden. Die meisten existierenden volumetrischen Drucktechniken basieren auf Licht, um die Photopolymerisation in optisch transparenten Tinten auszulösen. Allerdings schränken die Lichtstreuung durch die Tinten selbst, das Vorhandensein funktioneller Zusätze in den Tinten und die Lichtblockierung durch bereits ausgehärtete Teile des Aufbaus die Materialauswahl und die möglichen Aufbaugrößen ein, insbesondere bei Konfigurationen, die eine tiefe Lichteindringung erfordern. Im Vergleich zu Lichtwellen können Ultraschallwellen viel tiefer in Materialien eindringen und prinzipiell zur Auslösung von Polymerisationen genutzt werden. Hier stellen Xiao Kuang und Kollegen einen neuen Ansatz für den volumetrischen Druck vor, den sie Deep-Penetration Acoustic Volumetric Printing (DAVP) nennen und der fokussierte Ultraschallwellen und „Sono-Tinte“ verwendet. Die von den Autoren entwickelte Sono-Tinte überwindet die wichtigsten Herausforderungen des akustischen Volumendrucks, indem sie einen thermisch reagierenden adaptiven akustischen Absorber verwendet, um ein viskoses Gel zu bilden, das einen Strömungsfluss verhindert und gleichzeitig eine durch Wärme ausgelöste Polymerisation initiiert. In Tests ermöglichte DVAP den Autoren, Objekte aus verschiedenen Nanokompositmaterialien schnell im Millimetermaßstab zu drucken – und mehrere Zentimeter tief in undurchsichtigen Medien. Als Proof of Concept haben Kuang et al. wendete DAVP für die schnelle, hochauflösende Herstellung durch das Gewebe und die minimalinvasive Medizin an. Durch Experimente in mit Sono-Tinte infundierten Ex-vivo-Geweben demonstrieren die Autoren die In-situ-Herstellung von künstlichem Knochen und einem Verschluss des linken Vorhofohrs. In einer verwandten Perspektive diskutieren Yuxing Yao und Mikhail Shapiro den DAVP-Ansatz, seine Grenzen und seine möglichen Einsatzmöglichkeiten, einschließlich minimalinvasiver medizinischer Verfahren. „Es ist denkbar, dass die Laufschuhe der Zukunft mit der gleichen akustischen Methode gedruckt werden könnten, die Knochen repariert“, schreiben Yao und Shapiro.

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