首次提出利用低温等离子体增强型原子层沉积技术plasma enhanced atomic layer deposition（PEALD）结合水热法在3D打印的复杂物体表面构筑均一、致密和排列规整的ZnO纳米阵列，以此提高产品抗菌性能和安全性。ALD是一种可以将物质以单原子膜形式均匀地镀在基底表面的方法，被应用在半导体、纳米数字电路、光学器件和微电化学系统。作为一项新兴的原子组装技术，ALD有许多优势，例如大面积均匀制备、三维保型性、纳米层叠和厚度可控等。更重要的是，ALD技术可以修饰复杂基底表面的功能材料，有效优化打印材料特性，非常适合应用在3D打印领域。然而，另一方面，传统的ALD打印技术需要较高的反应温度，由于当前主流的3D打印材料如聚乳酸（PLA）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）在超过200℃的温度下就会融化变形，从而限制了ALD在3D打印领域的进一步应用。为了解决这个问题，我们把等离子体增强过程（plasma enhanced）引入到ALD技术中。等离子体增强原子层沉积（PEALD）技术是用等离子化的气态原子替代水作为氧化物来增强ALD性能的先进方法。总的来说，与传统的热退化过程ALD相比，PEALD由于其氧化剂/还原剂是由等离子体提供的，因此表现出多功能性和潜在的优势。其中一个优势是快速沉积过程和相对较低的反应温度，对于ZnO纳米阵列体系，常规的化学蒸汽沉积（chemical vapor deposition，CVD）方式需要600℃以上，才能实现阵列生长，而PEALD技术将反应温度降低到150℃，所以把这项技术应用到温度敏感型的3D打印基底上是可行的。
从理论上说，通过3D打印技术结合PEALD过程可以制备出形貌高度定制化又具备相应表面功能特性的医疗器械产品。作为其中一个例子，我们选择ZnO纳米材料作为一个模型系统去提升体系的表面性能。纳米级ZnO是低毒材料，并且具有优异的抗菌特性、抗过敏性和紫外线屏蔽功能。由于较好的生物相容性，即使直接接触人体皮肤，ZnO材料也是相对安全的。PEALD技术可以有效地构筑功能性纳米材料，然而，一些问题如表面薄膜生长速度较慢、耗能高以及高花费也在某种程度上阻碍了他们被大众所接受。为了解决这个潜在的问题，我们提出把PEALD技术和水热法相结合。首先，通过PEALD技术在3D打印物体基底表面合成ZnO薄膜，这层薄膜作为成核的“种子”。然后将其进行大约5个小时的水热处理过程，这些种子会很快生长并在基底表面形成致密的、排列规整的纳米阵列。制备同样厚度的ZnO纳米阵列，联合使用水热法的费用仅仅是单独使用PEALD技术的1/8。此外，水热过程的参数（时间、前体、添加物等）可以很方便地调剂纳米线的直径、长度以及纵横比，可以根据需要方便地改变表面ZnO纳米阵列。为了证明这种方法的普适性，我们同样研究了其它熟悉的3D打印材料如ABS。通过PEALD和水热法的处理，基于ABS为原材料的3D打印物体表面成功地合成出ZnO纳米阵列。
作为上述方法的一个实际应用，我们提出并设计了3D定制化耳塞并在其表面构筑了规整排列的ZnO纳米阵列。之所以选择3D打印定制化耳塞作为一个应用实例，最初的灵感来源于一份临床报告：对于处在重症监护期的超低体重新生儿（<1500g），硅橡胶耳塞可以促进其体重增加。此外，前期研究表明，耳塞可以提高快速眼动睡眠和睡眠效率，提升患者在护理期的睡眠体验。然而，尽管可以防噪音，但是长时间佩戴市场主流的产品如硅橡胶和泡棉耳塞会很不舒服。同时，由于耳道内部封闭的空间，细菌在耳道内部会显著增加，可能导致如中耳炎和外耳道真菌感染等疾病。因此，有必要开发一种佩戴舒适、贴合耳道、隔音鲜果好、且长时间佩戴安全的耳塞产品。
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