西班牙研發(fā)4D打印技術(shù) 有望打印某些人體組織

圖為201*年4月1*日特拉維夫大學(xué)*D打印心臟與人體組織

隨著(zhù)*D打印技術(shù)的成熟，讓世上許多不可能的事變得可能。如今西班牙的一所大學(xué)在*D打印基礎上，開(kāi)發(fā)一種應用于生物醫學(xué)的智能4D打印技術(shù)，給打印人造器官和其它人造生物醫學(xué)產(chǎn)品增添許多可能性。

去年，西班牙的馬德里卡洛斯三世大學(xué)（Charles III University of Madrid）開(kāi)發(fā)出一款應用于生物醫學(xué)的4D打印機（DIW）的硬件和軟件。目前該項的最新成果已經(jīng)發(fā)表在今年2月的《先進(jìn)材料技術(shù)》（Advanced Materials Technologies）科學(xué)期刊中。

該研究團隊在開(kāi)發(fā)的4D打印設備里，加入物理部分（硬件）和控制設備的電腦程序（軟件）來(lái)實(shí)施精準打印和控制打印成品。

新研發(fā)的4D打印機除了基本的*D打印功能外，還能額外對材料進(jìn)行編程響應，使打印的材料可以在不同磁場(chǎng)作用下發(fā)生形狀變化，或者改變其電性能。這為設計軟機器人（電子零件少且柔軟的機器人）或智能傳感器和將信號傳輸到不同網(wǎng)絡(luò )系統的基板，以及其他應用設計打開(kāi)了大門(mén)。

近期關(guān)于多功能材料的研究在不同的應用領(lǐng)域開(kāi)辟了新的途徑，特別是在軟機器人、生物工程和傳感或執行器領(lǐng)域增添許多可行性。

這款新研發(fā)的4D打印機使用直接墨水書(shū)寫(xiě)（DIW）方式打印，而打印墨水則含有直徑為*μm的磁性顆粒和聚二甲基硅氧烷（PDMS）。PDMS是作為軟電子產(chǎn)品、軟機器人或人造活性組織器官的理想候選材料。

因此，科學(xué)家們在開(kāi)發(fā)4D打印機的過(guò)程，只需控制墨水中磁性顆粒大小和流出的速度，并讓打印機噴嘴獲得足夠的墨水。同時(shí)確保打印的材料在硬化后能保持特定的形狀和硬度，方能做出理想的*D產(chǎn)品。

該項目的研究負責人、連續介質(zhì)力學(xué)和結構理論系教師丹尼爾·加西亞·岡薩雷斯（Daniel García González）對馬德里卡洛斯三世大學(xué)新聞社表示，“這項技術(shù)不僅讓我們能夠控制打印三維結構形狀，還能讓我們用外部磁場(chǎng)去改變它們的屬性或幾何形狀，或者在它們變形時(shí)，擁有改變其電學(xué)性質(zhì)的能力?！?/p>

4D打印技術(shù)研究方向是將用具有機械性能的材料，進(jìn)行多功能結構開(kāi)發(fā)，最終做出擁有模仿大腦或皮膚等生物組織細胞。此外，這些組織結構可以通過(guò)外部刺激（例如，磁場(chǎng)或電流）驅動(dòng)時(shí)改變其形狀或特性，原因是打印材料中有磁性顆粒。

實(shí)際上就是該材料中分布了許多小磁鐵，能透過(guò)引導進(jìn)行改變型態(tài)。使用該材料做出的產(chǎn)品，在使用過(guò)程中出現斷裂時(shí)，只需將這些斷裂的部分聚集一起，它們就能再次融合恢復到原本的結構。

這種自修復材料的研究人員，曾在最近一期期刊《復合材料第B部分：工程》上發(fā)表了另一篇文章，介紹了一種新的能夠實(shí)現自主修復，且無(wú)需外部干預的概念材料。

目前，研究人員已經(jīng)能夠打印三種功能性材料：暴露于外部磁場(chǎng)時(shí)會(huì )改變其形狀和特性的材料、有自主修復能力的材料、以及會(huì )根據電氣特性（電導率）而改變形狀的材料。

研究團隊利用第一種材料，開(kāi)發(fā)了可以將壓力與信號傳遞到擁有細胞系統的智能板上，從而影響細胞增殖或遷移等生物過(guò)程。此外，這些材料還有高度的塑型性，可藉由磁場(chǎng)控制軟機器人。這種材料擁有自我修復、導電特性和隨變形而變化的特性，為傳感器開(kāi)辟廣闊的可能性。

岡薩雷斯表示，“我們可以考慮將身體與傳感器連接，通過(guò)電導率的變化收集關(guān)于我們的運動(dòng)信息?！彼€解釋?zhuān)牧系淖晕倚迯湍芰κ箓鞲衅骶哂邪l(fā)送信號的特性，例如人體的關(guān)節受傷需要修補，可以在關(guān)節上添加這種材料。

接著(zhù)他說(shuō)，“當材料出現裂痕時(shí)，則會(huì )對患者發(fā)出警告信號，這時(shí)只需要患者放松關(guān)節，該材料就會(huì )實(shí)現自我修復和愈合。透過(guò)這種方式，可以對患者受傷處，進(jìn)行術(shù)后的健康風(fēng)險評估和觀(guān)察身體復原狀況?！?/p>