3D科学谷洞察
“ 3D打印内窥镜采用增材制造技术，根据患者具体情况使用生物兼容材料进行个性化定制。它能够实现复杂结构和微小细节的制造，提高内窥镜性能和可靠性。相比传统内窥镜，3D打印内窥镜具有个性化定制、高精度制造、缩短制造周期等优势。”
本研究由德国斯图加特大学的Florian Rothermel及其团队完成，研究成果发表在《Communications Engineering》期刊。这项研究旨在应对内窥镜技术在实际应用中面临的挑战，特别是在狭窄解剖区域内对成像质量和操作精度的苛刻要求。
内窥镜在医学诊断中的应用日益重要，能够以最小的侵入性观察人体内部器官和组织。随着医疗技术的发展，内窥镜的成像质量和分辨率不断提高，同时也面临着设备小型化的压力。传统的内窥镜由于其较大的外径（通常超过1毫米），在构造上往往受到局限，这严重影响了它们在狭窄空间的应用。因此，研发新的紧凑型内窥镜设备成为当务之急，本研究通过采用先进的3D打印技术，展示了一种具有可扩展功能的迷你内窥镜解决方案。
研究中，团队利用双光子聚合技术（2PP）制造了超紧凑的3D打印内窥镜微系统，强调了该方法在小型化医疗器械设计中的潜力与优势。研究者在内窥镜末端集成嵌入式电磁微线圈，并通过其激励聚合物基磁材料实现微光学元件的轴向、横向或旋转位移，从而实现成像系统的变焦、分辨率增强及视场扩展。这一技术的关键在于使用Nanoscribe公司的设备，这使得实现复杂的自由形状光学元件成为可能，而无需繁琐的微组装过程。最终，所展示的所有系统直径均低于900微米，标志着可驱动的内窥镜设备实现了里程碑式的进展。
Nanoscribe 的双光子灰度光刻技术 (2GL®) 是微纳 3D 制造领域的革命性突破。该技术融合灰度光刻与双光子聚合的优势，实现了对微结构及其表面的精确控制，提供前所未有的设计自由度。2GL® 能够制造超光滑的球面/非球面微透镜、锐利平面结构和高纵横比自由曲面微光学器件，甚至可制作衍射/折射混合光学元件。 Nanoscribe 的 2GL® 技术受中国国家专利保护（专利号：CN110573291B）。
在具体的制造过程中，研究者们面临了许多难点。例如，选择合适的材料以确保磁性材料与聚合物在光学性能上的兼容性，确保持久准确的定位与高分辨率成像是至关重要的。此外，光学元件的表面质量需要在3D打印过程中得到严格控制，以避免因材料收缩导致的图像模糊。在实验实施中，团队开发了三种不同的微系统设计，分别为：轴向位移系统、横向位移系统和旋转位移系统。每一种系统都采用单一的聚合物基磁体，结合先进的电磁驱动技术，实现了高效的光学成像功能。
在应用前景方面，所研发的微系统展示了极大的潜力，尤其是在微创手术和血管成像领域。通过联想到在腔道内的复杂操作，这些微型设备不仅可以提供实时的高清图像，还可以为微创手术提供可靠支持，进而有助于医生在狭小空间内进行精确诊断。对于生物医学研究，这种新型内窥镜的细胞级成像能力则可能为许多疾病的研究提供新工具。
总体而言，这项研究推进了内窥镜技术的发展，其所展示的微系统不仅在功能性上达到新高度，同时在尺寸和复杂性上也开辟了广阔的应用前景。未来的研究可能会进一步探索在不同生物环境下的封装与防水处理，以满足更广泛的临床需求。此外，考虑到微型设备的精确控制，研究团队也计划建立反馈控制回路，以提高驱动设备的响应速度和重复定位精度。这项研究的成功，不仅表明了使用磁性驱动的3D打印内窥镜微系统的可能性，还为未来更高效、安全的医疗设备提供了新的解决方案，展现了相应的应用前景与希望。
相关文献及图片出处
https://doi.org/10.1038/s44172-025-00403-8
来源
MNTech微纳领航 l
可磁性驱动的3D打印内窥镜微系统
l 谷专栏 l
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