陈根：用4D打印设备打印人体组织

文/陈根

基于3D打印技术，西班牙马德里卡洛斯三世大学开发出了一款应用于生物医学的4D打印设备，该设备通过加入物理部分（硬件）和控制设备的电脑程序（软件）来实施精准打印和控制打印成品，由此给打印人造器官和其它人造生物医学产品增添许多可能性。

这款新研发的4D打印机使用直接墨水书写方式打印，打印墨水则含有直径为5µm的磁性颗粒和聚二甲基硅氧烷。PDMS是作为软电子产品、软机器人或人造活性组织器官的理想候选材料。因此，科学家们在开发4D打印机的过程，只需控制墨水中磁性颗粒大小和流出的速度，并让打印机喷嘴获得足够的墨水。同时确保打印材料在硬化后能保持特定的形状和硬度，便能做出理想的3D产品。

“这项技术不仅让我们能够控制打印三维结构形状，还能让我们用外部磁场去改变它们的属性或几何形状，或者在它们变形时，拥有改变其电学性质的能力。” 该项目的研究负责人、连续介质力学和结构理论系教师丹尼尔·加西亚·冈萨雷斯表示，该4D打印机除了基本的3D打印功能外，还能额外对材料进行编程响应，使打印的材料可以在不同磁场作用下发生形状变化，或者改变其电性能。这为设计软机器人（电子零件少且柔软的机器人）或智能传感器和将信号传输到不同网络系统的基板，以及其他应用设计打开了大门。

此外，4D打印技术研究方向是将用具有机械性能的材料，进行多功能结构开发，最终做出拥有模仿大脑或皮肤等生物组织细胞。这些组织结构可以通过外部刺激（例如磁场或电流）驱动时改变其形状或特性，原因是打印材料中有磁性颗粒，能透过引导进行改变型态。使用该材料做出的产品，在使用过程中出现断裂时，只需将这些断裂的部分聚集一起，它们就能再次融合恢复到原本的结构。

“我们可以考虑将身体与传感器连接，通过电导率的变化收集关于我们的运动信息。” 冈萨雷斯表示，材料的自我修复能力使传感器具有发送信号的特性，例如人体的关节受伤需要修补，可以在关节上添加这种材料。“当材料出现裂痕时，则会对患者发出警告信号，这时只需要患者放松关节，该材料就会实现自我修复和愈合。透过这种方式，可以对患者受伤处，进行术后的健康风险评估和观察身体复原状况。”