声波打印：快速制造生物材料新技术！

【研究背景】

增材制造是一个不断扩展的多学科领域，因其在医疗设备、航空航天组件、微加工策略和人工器官等领域的广泛应用而备受关注。与传统的三维打印方法相比，增材制造具有更高的设计自由度和制造灵活性。然而，现有技术在打印速度、材料兼容性和结构复杂性方面仍面临诸多挑战，因此推动了对新型打印技术的需求。

近日，来自墨尔本大学David J. Collins教授和Callum Vidler共同合作在动态界面打印技术的研究中取得了新进展。该团队设计了一种新的三维打印方法，通过声调制的约束气液界面实现了快速生成厘米级的三维结构。利用该技术，研究人员显著提高了打印速度和材料的适用性，成功获得了高生物相容性的复杂结构。

与传统的光学打印方法相比，这种动态界面打印方法无需复杂的反馈系统或特殊的化学材料，能够在几十秒内完成打印。研究表明，该方法兼容多种材料，包括柔软的水凝胶，为高生物相容性组织工程和快速原型制造开辟了新的路径。通过表面波的形成，研究人员增强了材料的传输效率和柔韧性，同时实现了三维粒子成型，展现了该技术在生物制造中的广阔应用前景。

【仪器解读】

本文通过高功率投影模块和高分辨率相机，系统地揭示了DIP（声驱动打印）技术在生物制造中的应用潜力。具体而言，利用该设备捕获了打印过程中气-液界面的动态变化，揭示了表面张力和声波相互作用在高效打印中的重要性。针对声波调制引发的打印特性，采用声学成像和流体动力学模拟手段，分析了声场对液体界面形态的影响，得到了更为清晰的打印机制，进而挖掘了如何通过调节声波参数优化打印结果。

在此基础上，通过多种表征手段，包括流动动力学分析和界面形态观测，结果显示出声驱动流动不仅提高了材料的沉积速度，也改善了打印精度，着重研究了其在多孔结构和生物材料中的应用。这一发现不仅使我们能够实现高通量打印，还为在生物构建体中实现更复杂的细胞排列和功能连接提供了理论支持。

总之，经过对声学调制、界面动力学和材料沉积过程的深入表征，我们深入分析了声波与液体界面之间的相互作用，进而制备了具有优异性能的新型生物材料。这一新材料的开发推动了高分辨率和高效率的生物制造进步，为生物医学工程、组织工程等领域的未来应用奠定了坚实基础。通过这些研究，DIP技术的潜力得以充分体现，显示出其在未来生物制造中的广阔应用前景。

【图文速递】

图1: DIP 示意图。

图2: DIP 系统的特性。

图3: DIP 中的声学调制。

图4: DIP 功能。

【科学启迪】

本文展示的动态界面打印（DIP）技术，为快速制造生物相关材料提供了新的视角。通过利用声调制的气-液界面，DIP能够在几秒钟内高效打印出复杂的三维结构，且无需复杂的光学系统或特殊的化学配方。这种方法不仅提升了打印速度，还保持了高分辨率和材料的生物相容性，适用于组织工程和生物制造的高通量需求。

DIP的优势在于其兼容性强，能够处理多种材料，尤其是柔软的水凝胶，促进了细胞间的有效连接，提高了细胞功能的实现。未来，随着声调制技术的进一步发展，可以探索更多复杂的图案化策略，如利用声波创建刚度梯度或生长因子梯度，这将显著推动生物制造领域的进步。

综上所述，DIP不仅展示了快速、灵活的打印能力，还为未来的生物制造开辟了新的应用方向，预计将在组织工程和细胞生物学研究中发挥重要作用。这一创新技术的出现，激励着我们在材料科学和制造工程领域不断探索新的可能性。

原文详情：Vidler, C., Halwes, M., Kolesnik, K. et al. Dynamic interface printing. Nature 634, 1096–1102 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08077-6