文|陳根

近年來，要說在科技領(lǐng)域最火熱的項(xiàng)目，3D打印無疑占據(jù)一席之地。3D打印，又稱增材制造，是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

目前，3D打印已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、模具、電子、建筑、服裝等領(lǐng)域。隨著3D打印技術(shù)的日漸成熟，其在醫(yī)療方面也發(fā)揮著越來越不可忽視的作用。此前，已有研究人員利用患者自身細(xì)胞打印出替代耳朵的案例。近日，康科迪亞大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種利用聲音將液體凝固成塑料的方法，這種3D打印方法可用于直接在人體構(gòu)建醫(yī)療植入物。該方法被稱為直接聲音打印(Direct Sound Printing,DSP)。

光激活和熱激活反應(yīng)在聚合物聚合或熔化/沉積的增材制造(AM)過程中占主導(dǎo)地位?，F(xiàn)有的增材制造能源（光和熱）沒有充分利用化學(xué)潛力來控制參數(shù)。然而，超聲激活的聲化學(xué)反應(yīng)提供了一種獨(dú)特的方式，其能將能量引導(dǎo)到正確的位置，并通過一個叫做空化的過程形成一個小氣泡，將從而使參數(shù)推到極限。

鑒于這種方法，研究中，科學(xué)家們先使用換能器來發(fā)送聚焦的超聲波脈沖，然后穿過一個腔室的兩側(cè)并進(jìn)入其中的液體聚二甲基硅氧烷(PDMS)樹脂。這樣會產(chǎn)生超聲波場，使得快速振蕩的微觀氣泡在樹脂的特定位置暫時(shí)形成。

當(dāng)氣泡開始振蕩時(shí)，內(nèi)部的溫度會上升到大約15000開氏度，并且內(nèi)部的壓力會攀升到超過1000巴（14504psi）。溫度和壓力的突然升高雖然只持續(xù)皮秒（萬億分之一秒），但也會導(dǎo)致樹脂在氣泡的確切位置固化。為了創(chuàng)建所需的形狀，換能器沿著預(yù)定的路徑移動，逐個像素地固化液體。隨后通過調(diào)整超聲波頻率的持續(xù)時(shí)間和所用材料的粘度，來控制物體的微觀結(jié)構(gòu)。就這樣，聲空化在打印樹脂或樹脂混合介質(zhì)中產(chǎn)生化學(xué)活性區(qū)域，實(shí)現(xiàn)從液體到固體的快速相變。

目前，相關(guān)研究成果“Direct Sound Printing”，已發(fā)表在Nature Communications雜志上。