彻底改变生物医学工程：智能机电材料的 4D 打印
西班牙马德里卡洛斯三世大学
新型智能打印机可以通过不断调整挤出参数来制造柔软的多功能材料。它结合了实验和计算方法，打印出具有模仿生物组织机械性能的导电和磁活性材料。 （图片来源：UC3M）马德里卡洛斯三世大学 (UC3M) 的研究人员为 4D 打印机创建了软件和硬件，并应用于生物医学领域。除了3D打印之外，该机器还可以控制额外的功能：对材料的响应进行编程，以便在外部磁场下发生形状变化，或者在机械变形下发生其电性能的变化。
该研究方向专注于软质多功能结构的开发，该结构由具有模仿大脑或皮肤等生物组织机械性能的材料组成。此外，当受到外部刺激（例如磁场或电流）驱动时，它们可以改变其形状或属性。
到目前为止，该研究团队在这些结构的设计和制造方面取得了一些进展，但在形状设计和智能响应编程方面非常有限。这项工作发表在《先进材料技术》杂志上的最新研究中， 使他们能够通过开发新颖的 4D 打印方法开辟新的可能性。
研究人员之一、ERC 4D-BIOMAP (GA 947723) 项目负责人兼 UC3M 连续体力学与结构系副教授 Daniel García González 解释道：“这项技术不仅使我们能够控制三维结构的打印方式，还使它们能够响应外部磁场的作用而改变其属性或几何形状，或者在变形时修改其电属性。”理论。
这种类型的打印很复杂，因为要挤出的材料在打印过程中从液体转变为固体。因此，有必要了解材料动力学，以适应制造工艺，并获得一种材料，该材料在流经打印机喷嘴时具有足够的液态性，但又具有足够的固态性以保持特定的形状。
为此，他们开发了一种结合理论和实验技术的跨学科方法，使他们能够从头开始构建打印设备，包括硬件和软件。
研究人员还开发了一种新的材料概念，可以自主修复，无需外部行动。 “这种材料由嵌入磁性颗粒的软聚合物基质组成，具有剩余磁场。出于实际目的，就好像我们在材料中分布了小磁铁，因此，如果它破裂，当所得部件再次组合在一起时，它们会物理连接以恢复其结构完整性”，González 说。
得益于这些进步，该团队能够打印三种类型的功能材料：一些材料会根据外部磁场而改变其形状和性能；另一些材料会根据外部磁场而改变其形状和性能。其他具有自愈能力的人；以及其他电特性（导电性）根据其形状或变形而变化的材料。
具有自愈能力且导电性能随变形而变化的材料的组合为传感器和软体机器人的开发带来了巨大的可能性。
如需了解更多信息，请联系 Fco。哈维尔·阿隆索 (Javier Alonso) 此电子邮件地址已受到垃圾邮件机器人保护。您需要启用 JavaScript 才能查看它。 916-249-035。
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