可自愈和磁電變形能力是4D打印的基礎_風聞

文/觀察未來科技

基於3D打印技術，西班牙馬德里卡洛斯三世大學開發出了一款應用於生物醫學的4D打印設備，該設備通過加入物理部分（硬件）和控制設備的電腦程序（軟件）來實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產品增添許多可能性。

**這款新研發的4D打印機使用直接墨水書寫方式打印，打印墨水則含有直徑為5µm的磁性顆粒和聚二甲基硅氧烷。**PDMS是作為軟電子產品、軟機器人或人造活性組織器官的理想候選材料。因此，科學家們在開發4D打印機的過程，只需控制墨水中磁性顆粒大小和流出的速度，並讓打印機噴嘴獲得足夠的墨水。同時確保打印材料在硬化後能保持特定的形狀和硬度，便能做出理想的3D產品。

“這項技術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去改變它們的屬性或幾何形狀，或者在它們變形時，擁有改變其電學性質的能力。” 該項目的研究負責人、連續介質力學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3D打印功能外，還能額外對材料進行編程響應，使打印的材料可以在不同磁場作用下發生形狀變化，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絡系統的基板，以及其他應用設計打開了大門。

此外，4D打印技術研究方向是將用具有機械性能的材料，進行多功能結構開發，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外部刺激（例如磁場或電流）驅動時改變其形狀或特性，原因是打印材料中有磁性顆粒，能透過引導進行改變型態。使用該材料做出的產品，在使用過程中出現斷裂時，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，通過電導率的變化收集關於我們的運動信息。” 岡薩雷斯表示，材料的自我修復能力使傳感器具有發送信號的特性，例如人體的關節受傷需要修補，可以在關節上添加這種材料。“當材料出現裂痕時，則會對患者發出警告信號，這時只需要患者放鬆關節，該材料就會實現自我修復和癒合。透過這種方式，可以對患者受傷處，進行術後的健康風險評估和觀察身體復原狀況。”