【新华报业网3月27日】一朵由特殊材料“打印”出来的花朵，随着温度的变化可以绽放或回缩到花骨朵的状态；一个简单的十字形材料，可以在电的驱动下变身类似夹娃娃机器的夹子抓取一定的重物……3D打印技术方兴未艾，4D打印技术翩翩然而来。

近年来，4D打印技术越来越多地被提及。什么是4D打印？足球比分直播生命科学与健康工程学院教授张燕告诉《新华日报·科技周刊》记者，在3D打印的基础上，4D打印技术增加了时间维度。打印原材料可以针对外界环境给予的光、热、磁、电等刺激敏锐响应，并且伴随着时间推移发生性质形状的改变。“简而言之，4D打印技术实现了模型的动态转化。这种柔性材料给了我们更多改造的机会，比如，可以通过调整温度、热量、电磁等可变元素，让它在特定场合软硬适宜。”

想要“造型百变”，4D打印的原材料尤为关键。于是，功能水凝胶就成为了这样的“天选之材”。其实，近十年来，以功能水凝胶为代表的智能材料正迅速发展。这种以水为分散介质的三维网状材料不仅在水中可以迅速溶胀，而且能够在内里保持大量的水而不会溶解，已被广泛运用于农业、建筑、石油、医疗等领域。

（a）不含HPASi的水凝胶的形状记忆性能；（b）灯泡开关；（c）花瓣闭合；以及（d）抓取5 g重量的图片

其中，具有时间依赖和刺激响应的“形状记忆性3D打印水凝胶”已开启新一代4D打印模式。只不过，目前市场上4D打印水凝胶以有机合成高分子为主，存在生物相容性不佳的缺点，相比之下，由胶原、明胶或透明质酸等天然高分子制成的水凝胶通常缺乏良好的机械强度，在受到外力作用下抵抗变形和破坏的能力较弱。

如何改进这一局限性？足球比分直播团队进行了一种大胆的尝试。他们以天然明胶蛋白作为材料，采用亚胺和狄尔斯-阿尔得（DA）双重可逆反应，构建了双网络水凝胶。这种水凝胶在实现良好生物相容性的同时，还具备非常高的热稳定性、耐酸性，而且足够“牢固”，可以抵抗较强的外来作用力。

不仅如此，这种双网络水凝胶材料的制作过程也比较简单，有点像制作蛋糕的过程。张燕介绍，想要制作这款水凝胶，首先需要放置原材料——把氨基功能化明胶与两种化学物质、温度响应剂按照一定的比例进行混合；之后，开始搅拌——需要在40℃的情况下搅拌半个小时左右；最后，进入“烹饪模式”——倒入模具在65℃的烘箱中干燥。8小时后，就可以得到4D打印水凝胶了！不仅如此，逐步增加温度响应剂的浓度，还可以得到3种不同响应速度的水凝胶。

未来，这种经过改良的水凝胶可用于软体机器人的电子皮肤、肌肉材料，以及医药领域的响应性药物释放。“我们的水凝胶生物相容性非常好，甚至可以做植入性的智能医疗器械。”张燕表示。

其实，在医疗领域，已经有了关于智能医疗器械的尝试。南京医科大学附属儿童医院骨科主任医师郑朋飞就给记者简单介绍了2个未来可以运用的场景。比如，利用4D打印技术制作的体内植入支架，在植入患者体内前可以进行变形处理，使之体积最小。当支架进入人体内的指定位置后，又可以通过外界的一定刺激使其恢复设定的形状以发挥功能，这样支架就可以经过一个很小的切口就能植入体内，减少患者的痛苦，加速康复。

当运用4D打印技术制作的记忆合金材料作为骨折治疗的接骨器械时，不仅可以将患者的骨折两端固定，而且在恢复原形状的过程中可以产生压缩力，使骨折两端复位后接合在一起，类似于武侠小说中的“黑玉断续膏”。“想象一下，如果这些记忆合金材料又是可以体内降解吸收的，患者的骨头长好后就不需要再去医院拆‘钢板螺钉’，从而免除了患者需要进行多次手术的痛苦。”

郑朋飞表示，多维打印为生物医疗的进一步发展提供了一个全新的方向。随着越来越多新型可用于生物打印的材料研发成功，更多的个性化、智能化的医疗器械会被应用在生物医疗领域，5D、6D打印已经出现在了一些基础研究领域。“纵然目前多维打印的研究尚处于增材制造构件形状变化的现象演示阶段，其设计理论与方法、数据处理与工艺技术以及由此带来的伦理问题都还需要进一步研究。但我们有理由相信多维打印在医学领域的潜力依然巨大，对人类生命健康的终极奥秘仍需我们不断地努力探索。”

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