近日，麦吉尔大学的一支由生物力学工程师和外科医生组成的团队取得了一项突破性进展：他们成功开发了一种微型3D打印软体机器人，能够在声带手术过程中将水凝胶直接打印在目标部位，以重建被切除的组织。

该设备的打印头尺寸仅为2.7毫米，是目前为止报道过的最小生物打印机之一。这项研究成果已在Cell Press旗下期刊《Device》正式发表，展现了软体机器人与生物3D打印在精准医疗领域的重要应用潜力。

研究第一作者、麦吉尔大学生物医学工程师Swen Groen表示：“我们的设备不仅追求打印精度和质量，更充分考虑了外科医生的实际使用需求。其紧凑灵活的设计可无缝集成到标准手术流程中，并在受限环境中提供实时手动控制。”

据Cell Press数据显示，全球有3%至9%的人口因声带囊肿、增生或癌症等问题在一生中会经历声音障碍。当前治疗多采用手术切除增生组织，但术后常出现纤维化，导致声带硬化及发声困难。

为预防纤维化，外科医生通常会将水凝胶注射到喉部组织中，但传统注射方法难以实现精准递送。



为实现更精确的水凝胶输送，研究团队设计了一种可集成于手术流程的微型3D打印机。此前虽有类似设备用于结肠和肝脏的水凝胶打印，但因体积过大无法适配声带手术——这类手术需通过患者口腔置入喉镜进行操作。

打印头必须足够微小，既能适配喉部空间，又不遮挡外科医生的视野。麦吉尔大学生物医学工程师、资深作者Luc Mongeau坦言：“最初我认为这几乎不可能——制造尺寸小于3毫米的柔性机器人是一项巨大挑战。”

最终团队从象鼻结构中获取灵感，设计出由柔性“鼻干”末端喷嘴构成的打印头，通过类肌腱电缆连接至可安装于外科显微镜的控制模块。该设备支持实时手动控制，可输送基于透明质酸的水凝胶并形成1.2毫米的精细线条，在20毫米工作范围内实现高精度、可重复的运动。

为验证打印精度，研究人员手动控制设备在平面绘制出二维螺旋、心形及字母图案，随后在模拟声带模型上成功实施了水凝胶打印，准确重建了包括术后空腔及需完全修复的声带几何结构。

合著者Audrey Sedal补充道：“尽管设备原理类似花园水管——水流启动时易产生摆动——但其运动表现高度可控且可预测。”

目前该设备仍依赖手动操作，但团队已着手开发融合自主与手动控制的下一代系统。Mongeau表示：“我们正积极推进临床转化，下一步将在动物模型中测试水凝胶性能，期望最终推动人体临床试验，评估生物打印机与水凝胶的准确性、可用性及临床疗效。”

该项目获得了美国国立卫生研究院的资助支持。