近日， 來自新澤西州新布朗斯維克的Rutgers大學的工程師團隊展示了用於智慧水凝膠材料的4D列印結構的新方法。 這個3D列印的水凝膠結構能夠在不同溫度下改變形狀（因此是4D）， 所以該過程可以用於組織工程、軟機器人和藥物輸送應用的開發。
最近在“科學報告”雜誌上發表了一個研究項目的詳細研究報告。 據瞭解， 該項目由羅格斯大學機械與航空航太工程系的助理教授Howon Lee領導。
基於水基凝膠的水凝膠材料在增材製造領域變得越來越重要， 特別是對於某些生物醫學應用。 科學家和工程師們正在迅速發現能夠從水凝膠中製造用於生物醫學裝置、植入物等結構的潛力。
事實證明， 3D列印是操作水凝膠材料最有前景的途徑之一。 正如羅格斯大學的研究人員所表明的那樣， 可以3D列印高解析度的水凝膠結構， 這種水凝膠結構可以根據溫度改變其形狀和大小。
這項研究的一個關鍵因素是研究人員使用的智慧水凝膠， 他們說這種凝膠可以提供某些器官的結構剛性， 並且可以成為將藥物輸送和釋放到體內的有效載體。 3D列印水凝膠材料也可以適用于軟機器人、柔性感測器和執行器、生物醫學設備， 並促進細胞生長。
有趣的是， 研究中使用的水凝膠材料是相對常見的， 並已被科學家數十年來用於各種目的。 不過， 正如羅格斯大學研究團隊所指出的那樣， 以前從來沒有人4D列印過這個材料。
Howon Lee解釋說：“這種智慧水凝膠的全部潛力到現在還沒有被釋放出來， 我們增加了另外一個維度， 這是有史以來第一次有人做到這一點， 它們是靈活的、形狀變形的材料， 我喜歡稱它們為聰明的材料。 ”
在3D列印水凝膠的過程中， 工程師使用了一種基於光刻技術的工藝， 通過沉積一層樹脂， 然後用紫外線固化它們， 從而形成物體。 為了使水凝膠可列印， 研究員將其與粘合劑化學品和光敏化學品結合， 使得樹脂在受光時能夠固化。
研究人員還開發了一種方法來控制3D列印的水凝膠物體在暴露於特定條件下會如何收縮或生長。 例如， 如果3D列印結構放置在溫度低於32°C（90°F）的環境中， 則會吸收環境中的水分並且尺寸增大。 然而， 當溫度升高到32℃以上時， 水凝膠逐漸收縮而失水。
“如果你完全控制了形狀， 那麼你可以程式設計它的功能， ”Lee評論說。 “我認為這就是形狀變化材料的3D列印的力量。 你幾乎可以在任何地方應用這個原則。 ”
另外值得一提的是， 智慧水凝膠材料可以3D列印的規模。 根據研究小組的說法， 它可以列印出像人發的寬度一樣小， 直徑“幾毫米”的物體。
最終， 研究目標是使用4D列印方法和水凝膠創建“活的”結構， 可以植入人體器官或組織， 用於藥物輸送或軟機器人。