隨著打印材料的豐富，以及更大尺度打印分辨率的提升，3D打印技術日趨成熟。然而，利用傳統(tǒng)3D打印技術將具有“形狀記憶”特性的聚合纖維納入到復合材料中，制造出來的產品是無法移動的，如沒有人為干預，它們將一直保持原狀，即只考慮的打印對象的初始狀態(tài)，并且假定打印對象是靜態(tài)的、無生命的。

所謂“4D打印技術”，即傳統(tǒng)3D打印技術中再加入“時間”變量，不僅包含3D的長、寬和高3個維度，更增加了一個時間維度，使打印出的物體可以隨著時間推移在形態(tài)結構上自我進行智慧調整，最終自動達到預先設計要求。如此，技術人員便可將其引入更多領域應用。

一．4D打印技術在生物醫(yī)療領域的應用

4D打印技術的材料是響應生物相容性材料，這些材料能根據(jù)外界刺激（包括溫度、水、磁場等）轉變功能重塑形態(tài)，從而制造出更復雜的類似于肝和心臟等原生組織結構。因此，4D打印技術將對功能組織或器官的生物打印做出重大貢獻。

1.組織工程

隨著4D生物打印技術的飛速發(fā)展，體外構建仿生血管研究有望得以實現(xiàn)。例如，自折疊聚合物可以通過封裝不同類型的細胞來制造血管，并可以在水中形成多層管狀結構。另一種方法是通過4D生物打印中的細胞自組織能力來制造血管。由于血管生成是組織工程學中的關鍵，且血管需求量大，因此，體外構建仿生血管研究的實現(xiàn)將極大地改善目前面臨的血管困境，造福于廣大患者。

另外，4D生物打印技術也可用來打印硬組織，如骨骼等。先打印一種具有網格圖案的聚合骨，為了移植礦化再在骨頭上涂上下鼻甲組織來源的間充質干細胞。經過短暫的培養(yǎng)期，打印的骨組織移植變得成熟。對脫細胞移植物在體外和體內研究發(fā)現(xiàn)，它具有改進的骨誘導和骨傳導的性能。然而，移植的骨骼沒有天然骨的機械強度。還需要進一步努力提高這些打印出來的骨組織的強度。

2.藥物輸送

4D生物打印技術可以精確控制不同的組件的空間分布，以可編程的方式釋放或封裝藥物和細胞?？偟膩碚f，4D生物打印技術就是在3D打印的基礎上增加“時間”這個第四維度。它的實現(xiàn)方式主要是兩個，一個是基于材料的變形，另一個是基于組織工程構建的成熟。4D生物打印技術在獲取組織功能結構，通過刺激引起的結構變形、控制藥物釋放等領域已經取得進展，但是仍然處于起步階段。

二．4D打印技術面臨的問題

第一，可以用來打印的響應性材料是有限的。大多數(shù)材料只對一種刺激有反映。然而，在人的身上，復雜的微環(huán)境是由多個系統(tǒng)監(jiān)管來維持穩(wěn)定的，如神經調節(jié)、體液調節(jié)和自我調節(jié)等。所以，能夠響應多種生理信號的自變形打印材料對于4D生物打印技術的醫(yī)學應用是非常有利的。除了發(fā)現(xiàn)新的材料，使現(xiàn)有的響應材料能夠被打印和同時解決生物排異性問題也是未來的研究方向。

第二，4D生物打印技術現(xiàn)有的結構變形只是簡單的變形，如折疊、展開、自組織等。主要是因為這些變形發(fā)生在宏觀尺度上，制約了打印對象的演化過程中的精確控制。

三．4D打印技術產品的前景廣闊

無論是德國工業(yè)4.0、美國工業(yè)互聯(lián)網，還是“中國制造2025”，不管是哪一種工業(yè)生產模式，在產業(yè)生產的過程中都需要大量的組裝費用，將4D打印引入到工業(yè)生產的過程中，可以免去組裝費用，從而大大降低產品的生產成本。4D打印技術可以根據(jù)用戶的需求，隨時生產出客戶所需要的產品，滿足用戶個性化需求，實現(xiàn)個性化定制，這樣企業(yè)還可以根據(jù)客戶的需求進行實時制造，不需要進行原材料囤積，企業(yè)也就不用擔心資金鏈熔斷的問題，減小資金運轉的壓力。

未來的一個工作任務是通過調節(jié)外部刺激精確控制4D生物打印方向、功能、形狀等微觀的東西。提高打印分辨率可能是實現(xiàn)變形的精確控制一個方案，我們應該投入更多的精力來研究敏感的生物材料，來提高打印分辨率?；诩毎墒?D生物打印技術，如能控制細胞排列，就可以更好地模仿體內組織?？傊?D生物打印技術為生物工程打開了一扇新的大門，它將作為一個新工具用來解決組織工程和藥物傳遞方面的問題。

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