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*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(chǔ)上，開發(fā)一種應(yīng)用于生物醫(yī)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(yī)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）開發(fā)出一款應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的4D打印機(jī)（DIW）的硬件和軟件。目前該項(xiàng)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(tuán)隊(duì)在開發(fā)的4D打印設(shè)備里，加入物理部分（硬件）和控制設(shè)備的電腦程序（軟件）來(lái)實(shí)施精準(zhǔn)打印和控制打印成品。

新研發(fā)的4D打印機(jī)除了基本的*D打印功能外，還能額外對(duì)材料進(jìn)行編程響應(yīng)，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(shè)計(jì)軟機(jī)器人（電子零件少且柔軟的機(jī)器人）或智能傳感器和將信號(hào)傳輸?shù)讲煌W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基板，以及其他應(yīng)用設(shè)計(jì)打開了大門。

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

這款新研發(fā)的4D打印機(jī)使用直接墨水書寫（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(jī)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?cè)陂_發(fā)4D打印機(jī)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(jī)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(xiàng)目的研究負(fù)責(zé)人、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和結(jié)構(gòu)理論系教師丹尼爾·加西亞·岡薩雷斯（Daniel García González）對(duì)馬德里卡洛斯三世大學(xué)新聞社表示，“這項(xiàng)技術(shù)不僅讓我們能夠控制打印三維結(jié)構(gòu)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(jī)械性能的材料，進(jìn)行多功能結(jié)構(gòu)開發(fā)，最終做出擁有模仿大腦或皮膚等生物組織細(xì)胞。此外，這些組織結(jié)構(gòu)可以通過(guò)外部刺激（例如，磁場(chǎng)或電流）驅(qū)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(dǎo)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(xiàn)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(fù)到原本的結(jié)構(gòu)。

這種自修復(fù)材料的研究人員，曾在最近一期期刊《復(fù)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?qū)崿F(xiàn)自主修復(fù)，且無(wú)需外部干預(yù)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(fù)能力的材料、以及會(huì)根據(jù)電氣特性（電導(dǎo)率）而改變形狀的材料。

研究團(tuán)隊(duì)利用第一種材料，開發(fā)了可以將壓力與信號(hào)傳遞到擁有細(xì)胞系統(tǒng)的智能板上，從而影響細(xì)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(jī)器人。這種材料擁有自我修復(fù)、導(dǎo)電特性和隨變形而變化的特性，為傳感器開辟?gòu)V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(dǎo)率的變化收集關(guān)于我們的運(yùn)動(dòng)信息。”他還解釋，材料的自我修復(fù)能力使傳感器具有發(fā)送信號(hào)的特性，例如人體的關(guān)節(jié)受傷需要修補(bǔ)，可以在關(guān)節(jié)上添加這種材料。

接著他說(shuō)，“當(dāng)材料出現(xiàn)裂痕時(shí)，則會(huì)對(duì)患者發(fā)出警告信號(hào)，這時(shí)只需要患者放松關(guān)節(jié)，該材料就會(huì)實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)和愈合。透過(guò)這種方式，可以對(duì)患者受傷處，進(jìn)行術(shù)后的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和觀察身體復(fù)原狀況?！?/p>