今日Science：深穿透声波3D打印！

一、【导读】

3D打印以其直接制造原型、高性能材料、多材料零件、柔性电子器件、医疗器械和工程组织的几何复杂结构的能力而备受关注。然而目前开发的打印方法通常需要由线性平移台控制的构建平台来逐步固化材料。立体打印是一种新兴的增材制造技术，通过放弃逐步的油墨更新步骤，以制造具有增强的打印速度和表面质量的物体。现有的立体打印技术几乎完全依赖于光能，以引发透明油墨中的光聚合反应，这限制了材料的选择和打印尺寸。因此，基于光的立体打印在深穿透数字制造方案中的应用以及在微创制造场景中的应用被大大限制。

二、【成果掠影】

近日，杜克大学姚俊杰和哈佛医学院张宇团队报道了一种被称为深穿透声学体积打印（DAVP）的新型技术，这项新技术采用了一种能对声波而非光线产生反应的特殊墨水。随后研究者使用实验和声学建模来研究与频率和扫描速率相关的声学打印行为。DAVP实现了低声流、快速声热聚合和大印刷深度的关键特征，无论其光学性质如何，都可以印刷各种形状的体积水凝胶和纳米复合材料。DAVP还允许在厘米深的生物组织中进行打印，为微创医学奠定了基础。该论文以题为“Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing”发表在知名期刊Science上。

三、【数据概览】

图1  DAVP的工作原理和自增强声波墨水的设计 © 2023 AAAS

图2  DAVP打印分辨率的表征 © 2023 AAAS

图3  DAVP性能和材料通用性 © 2023 AAAS

图4  DAVP用于通过组织打印和微创治疗进行概念验证 © 2023 AAAS

四、【成果启示】

利用FUS波的深度穿透能力、低声流和粘弹性自增强声油墨的快速声聚合，研究者开发了一种DAVP技术，该技术可以在没有构建平台的情况下以高打印保真度和分辨率进行立体打印。热响应自适应声波吸收器的使用解决了FUS暴露时声流和深度穿透之间的冲突。自增强声墨和非线性声传播共同增强了FUS焦点处的声热加热，以实现作为构建体素的快速和选择性材料固化。基于热积累的固化机制导致了毫米级的各向异性打印分辨率，这可以通过优化FUS频率和扫描速度的打印参数以及使用共焦双换能器配置来进一步提高。FUS波的深度穿透允许不透明复合材料的立体打印和打印厘米厚的组织，而这是通过最先进的基于光的打印技术无法实现的。自增强超声墨水设计可以推广到不同的系统，极大地扩展了声学打印技术的材料库。

文献链接：Self-enhancing sono-inks enable deep-penetration acoustic volumetric printing (Science 2023, 382, 1148-1155)

本文由大兵哥供稿。