何晋龙:3D打印与4D打印是互补关系

当下3D生物打印技术风头正劲,被广泛应用于构建复杂的生物相容性结构,不过研究人员试图将该技术扩展到第四维。在构想中,3D打印物体可以随着时间的推移做“自我调节”,这意味着当暴露于物理刺激中、如压力,热量,光照或其他作用时,它们可以呈现出不同的功能和形态。

虽然变色龙可以在颜色领域完成这一壮举,但在其它方面,它将回归爬行动物的本质。美国的研究人员表示,他们可以通过由天然大豆油生成的生物链材料来制造4D分级微图案。该项发表在《Biofabrication》杂志上的论文详细介绍了微图案如何实现这一构想。

“他们使用智能天然脂质,也就是大豆环氧丙烯酸酯(SOEA)作为油墨材料来制造模拟生物相容性、形态和4D动态的组织支架。”国内3D生物打印应用专家何晋龙说。“我们可以在其他领域看到类似的身影。最著名的例子是形状记忆合金,合金形状的变化会随温度的阴晴而圆缺。尽管生物组织工程应用仍处于起步阶段,但4D的出现将会缩短这一进程。”

这种结构组织影响细胞在生物结构中的排列方式,因为它们的响应依赖于生物结构表面形貌的“线索”。尽管研究人员已经开发出许多技术来制造可以调节细胞行为的纳米和微结构,但仍然难以制造仿生组织支架,这些组织支架可以与自然对应物以相同的方式响应地形线索。  

SOEA的出现让大豆这种在中美贸易战中险被殃及的农作物有了更光明的前途。何晋龙说,“近年来它作为一种天然的可再生材料备受关注。使用光刻步骤,目前的技术能做到在几秒钟内制作出10微米厚的液态SOEA薄膜。通过立体平版印刷技术,该薄膜将进一步固化,生成复杂的表面微图案,这得益于逐层工艺。”

2017年12月,阿迪达斯限量发售了5000双4D打印跑鞋,独特的镂空网状鞋底是个投机分子,永远朝着迎合脚的方向发展——它会依照人脚的形状和大小动态调节。早在2015年1月,麻省理工学院曾设计出了一件镂空的4D连衣裙,这种裙子会根据穿戴者的体形自我调整,一定程度改写了“量体裁衣”的历史。

“但在骨骼重建和建筑等相关领域,4D打印物的活泼属性显然是多余的,3D打印仍是最佳选择,4D打印物时空上的特性并不影响3D打印在塑型领域的霸主地位。”何晋龙说。

来源：北京晨报网