Ein auf Ultraschall basierendes 3-D-Druckverfahren könnte es Medizinern bald ermöglichen, Geweberisse direkt im Körper zu schließen. Es ähnelt Verfahren, bei denen fokussiertes Licht, etwa von Lasern, einen Stoff oder ein Gemisch aushärtet. Ultraschall jedoch, so berichtet es das Forschungsteam in der Fachzeitschrift "Science", könne tiefer als Licht in Gegenstände und biologisches Gewebe eindringen. Deshalb ließe sich die Technik künftig vielleicht in der Medizin einsetzen, um beispielsweise schadhafte Lücken in Geweben zu schließen, so die Gruppe um Xiao Kuang von der Harvard Medical School in Cambridge (USA).
Die Forscher nennen ihr Verfahren "Deep-Penetrating Acoustic Volumetric Printing" (DAVP, Tiefenwirksamer Akustischer Volumendruck). Um die Technik anwenden zu können, mussten sie ein geeignetes Stoffgemisch entwickeln. Es besteht aus einem Vinylpolymer als Basiskomponente und bestimmten Mikropartikeln für die Beeinflussung der Fließeigenschaften. Ein besonderes Acrylamid ist für die schnelle Erwärmung durch Ultraschallwellen wichtig. Ammoniumpersulfat setzt den Gel-Bildungsprozess durch Wärme in Gang.
Das Forschungsteam reparierte ein Ziegenherz und schloss eine Lücke im Knochen eines Hühnerbeins
Wenn Ultraschallwellen auf eine Stelle dieses "Sono-Ink" genannten Stoffgemischs fokussiert werden, härtet dieses zu einem biokompatiblen Kunststoff aus, wie es in der Studie heißt. Die Polymerisation, also die Aushärtung, passiere sehr rasch. Zudem müsse das gedruckte Material nicht durchsichtig sein wie bei Licht als Härtungsmittel, und es könne im Inneren eines Gegenstands gedruckt werden.
"DAVP ermöglicht auch das zentimetertiefe Drucken durch biologische Gewebe hindurch und ebnet so den Weg zu einer minimalinvasiven Medizin", schreiben die Studienautoren. Sie untersuchten das Verfahren in zahlreichen Tests, etwa mit verschiedenen Ultraschallfrequenzen.
Der fokussierte Ultraschall hatte bei einer Frequenz von 2,05 Megahertz mit 5,58 Millimetern eine größere Tiefenschärfe als bei 6,86 Megahertz. Dafür nahm die Sono-Ink bei 6,86 Megahertz zehnmal so viel akustische Energie auf wie bei 2,05 Megahertz, was zu einer viel höheren Heizeffizienz führte. Die Eindringtiefe betrug bei 2,05 Megahertz 295,2 Millimeter, bei 6,86 Megahertz nur 28,2 Millimeter. Die verschiedenen Frequenzen könnten also für unterschiedliche Aufgaben eingesetzt werden.
Die Forschenden testeten ihre Methode am biologischen Gewebe toter Tiere. So versiegelten sie etwa ein Loch am sogenannten Herzohr eines Ziegenherzens. An einem Hühnerbein zeigten sie, dass eine Lücke im Knochen unter einer zehn Millimeter dicken Schicht aus Haut und Muskeln mit dem DAVP-Verfahren verschlossen werden konnte. Zudem druckten sie ein blutgefäßähnliches Netzwerk. Sono-Ink könne womöglich auch einem Krebsmedikament beigemischt und an einer Körperstelle platziert werden, an der ein Tumor entfernt wurde; so ließe sich vielleicht ein erneutes Wuchern verbliebener Krebszellen gezielter verhindern.
