カリフォルニア大学の「直接音響印刷技術」は、人体の内部に直接外科用インプラントを3Dプリントできる。

2024年8月11日、アンタークティックベアは、カリフォルニア大学デービス校の研究者が、人体内の3Dプリント方法に関する提案で、アメリカ製造技術者協会の2024年全米科学財団製造ブルースカイコンペティションでデビッド・ドーンフェルド製造最有望賞を受賞したことを知りました。このプロジェクトは50件を超える応募の中から選ばれ、他の5つの最終候補者を破って最優秀賞を獲得しました。
△カリフォルニア大学デービス校機械・航空宇宙工学助教授のモフセン・ハビビ氏は、2018年に直接音響印刷技術を発見した。 (スティーブン・トリン/カリフォルニア大学デービス校)
研究者らは、人体内で 3D プリントする方法を提案しました。Antarctic Bear は以前、この画期的な技術について次のように報告しています: 新しい 3D プリント技術: 超音波、DSP を使用した直接音プリント! -南極熊3Dプリントネットワーク- プラットフォーム（nanjixiong.com）。
△この写真は人体の生体材料を使った3Dプリントの動作原理を示しています。（ハビビ提供）
Blue Sky コンテストでは、急進的、斬新、変革的、または画期的と言える先見性のあるアイデアを持つ学際的な提案を求めています。提案は、「製造研究のビジョンを追求することで取り組むべき大きな課題を提示し、変革的な影響を与える可能性を示す」必要があります。
カリフォルニア大学デービス校の機械・航空宇宙工学助教授モフセン・ハビビ氏と、カリフォルニア大学デービス校の協力者である生体医工学・外科教授アイジュン・ワン氏、小児科教授兼小児臨床研究副委員長ジェームズ・マルチン氏は、提案書「印刷の障壁を打ち破る：非侵襲的深部身体印刷への道」の中で、直接音響印刷（DSP）を使用して人体内のインプラントやステントなどのアイテムを3D印刷し、侵襲的手術の必要性を減らすことを提案している。研究者らは、生体内 3D プリント材料については、体内に注入できる生体適合性材料を使用し、超音波源を空間的に調整して目的の形状をプリントすることを提案しています。
ダイレクトサウンド印刷技術
2018年にハビビ氏が発見したこの斬新な3Dプリント方法は、光や熱ではなく音波を使用して、物理的な障壁の背後にあるポリマー溶液から固体材料を作成します。この技術はダイレクトサウンドプリンティング（DSP）と呼ばれ、カナダのモントリオールにあるコンコルディア大学のハビビ氏とその同僚は2018年春に初めて音を出す物体の印刷に成功した。そのため、微調整と分析は必要であるものの、ハビビ氏はその潜在的な応用について楽観的だ。
「手術なしで体内にインプラントを印刷できます」と彼は語った。「もう 1 つの用途は、アクセスできない領域の修復です。たとえば、アクセスできない飛行機の胴体内部を修復したい場合、印刷または修復するには胴体を開けるか破壊する必要があります。」
こうしたシナリオで DSP を使用すると、音波が物理的な障壁を透過して反対側に印刷できるため、外科医やエンジニアは何も開けずに作業できるようになります。これはまさに、ハビビ氏が 2017 年にこの研究を始めたときに求めていたものです。
△研究者らは、音波が物理的障壁の背後にあるポリマー溶液から固体材料を形成できることを初めて実証した。
ハビビさんは、3D プリントの主な方法である光を使用せずに 3D プリントのプロセスを完了できるかどうかを確認したいと考えました。しかし、その主な制限は、金属や皮膚などの不透明な素材を貫通できないことです。固体障壁の両側で化学反応を起こすために、ハビビ氏は音と物質の相互作用を研究する音響化学に着目した。
ハビビ氏は、音が液体物質内に空気を発生させる際に発生するキャビテーション気泡の研究を始めました。彼は、これらの泡が高周波の超音波を使用して化学反応を起こし、液体樹脂を固体ポリマーマトリックスに変換できることを発見しました。
2022年にネイチャー誌に発表された「ダイレクトサウンドプリンティング」と題された論文では、印刷されたポリマーオブジェクトにはカエデの葉、ハニカム、歯車などの形状が含まれており、ハビビ氏は組織モデルと本物の豚の皮膚、脂肪、筋肉を使用して耳と鼻の形状を印刷することに成功しました。ハビビ氏と彼の同僚は現在、マイクロ流体デバイスなどの精密な物体を印刷するための彼の最初の研究の印刷メカニズムを再設計することで、印刷解像度と正確な速度を調査する2つの新しい論文を完成させている。

カリフォルニア大学デービス校では、バイオメディカル工学部、獣医学部、カリフォルニア大学デービス校ヘルスと連携し、カナダを代表する科学雑誌の1つであるケベックサイエンス誌によって2022年の最も重要な科学的発見の1つに選ばれたこの新技術の可能性を調査したいと考えています。

カリフォルニア大学の「直接音響印刷技術」は、人体の内部に直接外科用インプラントを3Dプリントできる。

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