陳根：可自愈和磁電變形能力是4D打印的基礎

文/陳根

基于*D打印技術(shù)，西班牙馬德里卡洛斯三世大學(xué)開(kāi)發(fā)出了一款應用于生物醫學(xué)的4D打印設備，該設備通過(guò)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，由此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。

這款新研發(fā)的4D打印機使用直接墨水書(shū)寫(xiě)方式打印，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)確保打印材料在硬化后能保持特定的形狀和硬度，便能做出理想的*D產(chǎn)品。

“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?！?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·岡薩雷斯表示，該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)。

此外，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。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，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。

“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?！?岡薩雷斯表示，材料的自我修復能力使傳感器具有發(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?！爱敳牧铣霈F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>