何晉龍:3D打印與4D打印是互補關系

當下3D生物打印技術風頭正勁,被廣泛應用于構建復雜的生物相容性結構,不過研究人員試圖將該技術擴展到第四維。在構想中,3D打印物體可以隨著時間的推移做“自我調(diào)節(jié)”,這意味著當暴露于物理刺激中、如壓力,熱量,光照或其他作用時,它們可以呈現(xiàn)出不同的功能和形態(tài)。

雖然變色龍可以在顏色領域完成這一壯舉,但在其它方面,它將回歸爬行動物的本質(zhì)。美國的研究人員表示,他們可以通過由天然大豆油生成的生物鏈材料來制造4D分級微圖案。該項發(fā)表在《Biofabrication》雜志上的論文詳細介紹了微圖案如何實現(xiàn)這一構想。

“他們使用智能天然脂質(zhì),也就是大豆環(huán)氧丙烯酸酯(SOEA)作為油墨材料來制造模擬生物相容性、形態(tài)和4D動態(tài)的組織支架。”國內(nèi)3D生物打印應用專家何晉龍說�！拔覀兛梢栽谄渌�領域看到類似的身影。最著名的例子是形狀記憶合金,合金形狀的變化會隨溫度的陰晴而圓缺。盡管生物組織工程應用仍處于起步階段,但4D的出現(xiàn)將會縮短這一進程�！�

這種結構組織影響細胞在生物結構中的排列方式,因為它們的響應依賴于生物結構表面形貌的“線索”。盡管研究人員已經(jīng)開發(fā)出許多技術來制造可以調(diào)節(jié)細胞行為的納米和微結構,但仍然難以制造仿生組織支架,這些組織支架可以與自然對應物以相同的方式響應地形線索。  

SOEA的出現(xiàn)讓大豆這種在中美貿(mào)易戰(zhàn)中險被殃及的農(nóng)作物有了更光明的前途。何晉龍說,“近年來它作為一種天然的可再生材料備受關注。使用光刻步驟,目前的技術能做到在幾秒鐘內(nèi)制作出10微米厚的液態(tài)SOEA薄膜。通過立體平版印刷技術,該薄膜將進一步固化,生成復雜的表面微圖案,這得益于逐層工藝�！�

2017年12月,阿迪達斯限量發(fā)售了5000雙4D打印跑鞋,獨特的鏤空網(wǎng)狀鞋底是個投機分子,永遠朝著迎合腳的方向發(fā)展——它會依照人腳的形狀和大小動態(tài)調(diào)節(jié)。早在2015年1月,麻省理工學院曾設計出了一件鏤空的4D連衣裙,這種裙子會根據(jù)穿戴者的體形自我調(diào)整,一定程度改寫了“量體裁衣”的歷史。

“但在骨骼重建和建筑等相關領域,4D打印物的活潑屬性顯然是多余的,3D打印仍是最佳選擇,4D打印物時空上的特性并不影響3D打印在塑型領域的霸主地位�！焙螘x龍說。

來源：北京晨報網(wǎng)