我们的身体不断地分解。随着时间的推移，其内置的修复机制也会失效。膝盖软骨磨损殆尽，髋关节不再能支撑重量。乳腺癌和其他健康问题的治疗需要通过手术切除。由于身体无法再生这些组织，使用生物材料进行重建通常是唯一的方法。

传统上，这种修复包括通用尺寸的乳房植入物或髋关节。最近，3D生物打印组织已开始为患者量身定制。但是，这些人工组织是在体外打印的，仍然需要额外的外科手术植入，这增加了疤痕、炎症或感染的风险，并延长了愈合时间。

本月，加州理工学院的一个团队公布了一种在体内 3D打印组织（无需手术）的系统。该系统被称为深层组织体内声打印 (DISP)，使用一种在体温下为液体但被超声波照射时会凝固成结构的注射式生物墨水。一种同样对超声波敏感的监测分子可以实时跟踪组织打印过程。多余的生物墨水会被身体安全地分解。

在测试中，该团队在兔子的胃和老鼠的膀胱内 3D 打印了组织。他们还添加了导电纳米颗粒，以制造软生物传感器和药物（抗癌药物或抗菌药物）储存库，这些药物在受到超声波照射时会释放其有效载荷。

未参与这项研究的哈佛医学院的余施锐张告诉 IEEE Spectrum：“这项工作真正扩展了基于超声波打印的范围，并展示了其转化能力。这非常令人兴奋。”

从光到声

由于其多功能性，3D 打印技术激发了生物工程师的想象力。该技术可用于制造人工生物组织、器官或医疗设备。

生物打印机通常一次沉积一层。每一层都用光固化，然后在其上铺设下一层。这种逐层过程需要时间。最近，一种称为体积打印的升级方法通过一次精心定制的光照射来固化 3D 结构。这种方法更快，但也受到光穿透组织深度的限制。

未参与该研究的威斯康星大学麦迪逊分校的萧匡在《科学》杂志上写道，例如，红外光可以在薄薄的皮肤和肌肉层下塑造植入物。但是，光线越深入体内，就会变得越暗淡和散射。这限制了“在毫米厚的组织下方——或者几乎就在皮肤下方——直接打印植入物”。

超声波最广为人知的用途是监测怀孕，在这方面具有优势。它可以深入器官（近八英寸），而不会对其造成损害。科学家们一直在探索聚焦超声，即将特定频率的声波 направлять 向组织，以此来监测大脑和肌肉活动。

超声波还可以触发化学反应。2023 年，张及其同事设计了一种名为“声墨”的分子混合物，该混合物在受到特定频率的声波照射时会凝固。该团队在分离的猪肚、肝脏和肾脏内 3D 打印了多种形状，并修复了山羊心脏的组织损伤。

但是，这种墨水对身体的压力和其他干扰很敏感，导致打印速度较慢且分辨率较差。声波还会产生热量，这使得一些声墨在形成预期结构之前就硬化了。此外，墨水中的其他分子和组织中的局部热峰增加了生物相容性风险。

匡写道：“在体内进行超声波 3D 打印比看起来更具挑战性。”

一种新墨水

新系统依赖于升级后的声墨。

这种墨水将多种成分组合成一种混合物。首先是分子链，这些分子链通常自由漂浮，但在获得分子信号时会相互抓住。与这些分子链伴随的是充满结合分子（即分子信号）的脂肪泡，这些脂肪泡在暴露于超声波时会释放其有效载荷。最后封装的成分包括多种化学物质，这些化学物质会散射声波，并在特定声波照射时发光。这些有助于研究团队可视化墨水的位置，并确定它是否形成了所需的结构。

匡写道，新的装置“阻止了体温下过早的化学反应，并更好地控制了打印过程”。