4D打印的磁性刺激和响应机制

供稿人：李红艳 连芩 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室

用于4D打印的刺激类型可以分为内部刺激和外部刺激两大类，外部刺激可以概括为四种类型：化学、热、光和磁性。通常，磁响应材料对外部FM有出色的机械响应，可实现远程控制4D形状变化，可实现各种变形及可逆形状转换。有三种方法常被用来诱导磁响应材料的形状变化，分别是直接磁性、热磁性和电磁性。

当不同的响应材料充分分布到预先设计的结构中时，将MF和加热MF相结合可以实现不同的变形模式。Ze等人在M-SMP基体中制备了由两种磁性粒子组成的多复合结构。该设计的工作机理是：在室温下，M-SMP是刚性的，刚性M-SMP的变形不能由驱动MF (Ba)驱动，而M-SMP在低温下变软，在高频交流电（Bh）下加热MF可以使M-SMP变形。关闭Bh后，冷却M-SMP使其硬化并固定临时形状。

图1：M-SMP的工作机理及其在铅球机械爪提升中的应用

M-SMP具有可重新编程、不受束缚、快速和可逆的形状转换和形状锁定的优点，具有卓越的形状处理性能，可以应用于微创手术、生物机器人和靶向药物递送等生物医学领域。但M-SMP也存在一些局限性，例如，M-SMP主要靠SMP的热磁效应来进行形状固定，所以在实际应用中对温度控制要求比较严格，其次，在形状固定时，M-SMP的冷却速度可能很慢

类似M-SMP这种基于磁场刺激的可变形软材料的远程驱动具有较强的研究意义，并为可植入柔性电子、柔性生物机器人和其他生物医学设备的应用创造了新的可能性。

参考文献：
Wang Yue et al. Emerging 4D printing strategies for next-generation tissue regeneration and medical devices. Advanced materials.2021. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34951494/