（4D打印，物體可自動變形）

日前，有外媒報(bào)道，美國國防部撥付850萬美元資金，支持美國西北大學(xué)國際納米技術(shù)研究所進(jìn)行4D打印機(jī)的研究與開發(fā)；該設(shè)備將能夠?qū)崿F(xiàn)納米尺度下的操作。

所謂4D打印，就是在3D打印的基礎(chǔ)上多了一個(gè)時(shí)間維度，可以通過特殊的設(shè)計(jì)使3D打印出來的器物能夠自我組裝。無論之后其結(jié)構(gòu)在一定限度內(nèi)如何變化，都可以復(fù)原為其本身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。這種對空間結(jié)構(gòu)的記憶能力，即是4D打印的時(shí)間維度。

人們可通過軟件設(shè)定模型和時(shí)間，變形材料會在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)變形為所需要的形狀。伴隨著納米技術(shù)與數(shù)字化制造在第四維空間研發(fā)的深入，4D打印物體憑借其自組裝和形變的能力，將可以進(jìn)入非常微小的空間進(jìn)行“工作”，無需連接任何復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備。這將引領(lǐng)4D打印在生物醫(yī)療領(lǐng)域，尤其是癌癥治療方面的應(yīng)用與發(fā)展。

那么，4D打印將會如何在醫(yī)療領(lǐng)域伸展手腳呢？

1、4D打印人體“衛(wèi)士”

在納米技術(shù)的支持下，4D可以打印出非治療型的納米機(jī)器人，由于它自身的特點(diǎn)，可以在人體內(nèi)自由組裝和形變，將可以擔(dān)當(dāng)起人體“衛(wèi)士”的角色職能，在人體內(nèi)進(jìn)行24小時(shí)無休的巡邏工作。

人體“衛(wèi)士”一方面可以及時(shí)地對體內(nèi)，尤其是血管內(nèi)的殘余“垃圾”進(jìn)行清掃，并隨著新陳代謝而排出體外；另一方面，也更為重要的，則是可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)有癌變潛質(zhì)的細(xì)胞，并于第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警或直接將其扼殺在“搖籃”里，以保障體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定與和諧。

2、4D打印抗癌藥物

鑒于4D打印物在一定的介質(zhì)作用下可以發(fā)生自變形，我們可以在抗癌藥物研發(fā)的過程中，針對性地將不同的癌癥病毒設(shè)置為觸發(fā)4D打印細(xì)胞形變的介質(zhì)源。當(dāng)這個(gè)4D打印細(xì)胞在人體內(nèi)遇到癌癥細(xì)胞的時(shí)候，就會自動觸發(fā)形變功能，直接將癌癥細(xì)胞吞噬或釋放所攜帶藥物將其進(jìn)行消滅，并在任務(wù)結(jié)束后通過自我“分解”隨人體代謝排出體外。

作為癌癥治療的一個(gè)重要研究方向，4D打印抗癌藥物甚至可以將癌癥治療的工作做到防患于未燃。

3、4D打印器官支架

4D打印物體憑借其自變形的能力，可以在微小空間里發(fā)揮無限的潛能。在癌癥治療的過程中，我們可以通過4D打印器官或支架對被破壞的細(xì)胞與組織體進(jìn)行替換或修復(fù)。

以生物心臟支架為例，通過4D打印而生成的新型生物心臟支架，可以以一種極其微小的形態(tài)進(jìn)入體，然后在體內(nèi)合適的環(huán)境下，展開變形成可以撐開的空心支架。該支架就如同4D打印的下水管道一樣，可以通過擴(kuò)大或縮小管道半徑來調(diào)整容量和流量，甚至還能在受損時(shí)自行維修或在“報(bào)廢”時(shí)自行分解。

4、4D打印人體皮膚

日前，荷蘭的科學(xué)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)用干細(xì)胞作為墨水進(jìn)行3D生物打印人類皮膚。這種方法是需要一種經(jīng)過專門設(shè)計(jì)的生物墨水，這種生物墨水是由來自患者某組織的細(xì)胞和干細(xì)胞組成的，每層生物墨水之間是一層水基凝膠。這也順勢開啟了4D打印人體皮膚的序幕。

依托于可編輯材料的自變形特性，充分融合了個(gè)體膚質(zhì)特色的4D打印皮膚，在應(yīng)用于替換癌變或灼傷的人體皮膚過程中，將實(shí)現(xiàn)最大程度的契合，這將可以大幅提升癌變或其他皮膚病患者的治愈率。

5、4D打印活組織植入物 

之前，墨爾本的研究人員已經(jīng)找到一種方法來生成“自己”的軟骨，用于治療癌癥和更換損壞的軟骨。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)家可以通過可編輯材料，在編輯的過程中融入人體DNA鏈上的基因參數(shù)，而在此基礎(chǔ)上通過4D打印的活組織植入物將可以在最大限度地降低與人體的排斥反應(yīng)；而且，萬一出現(xiàn)不良反應(yīng)，植入物還可以依據(jù)人體內(nèi)的實(shí)際環(huán)境狀況而進(jìn)行自變化，以調(diào)整最佳方案適用人體。

6、4D打印醫(yī)療器械

癌癥治療即是救人命的過程，但同時(shí)也是要人命的過程。因?yàn)楝F(xiàn)代醫(yī)療在通過放射性治療殺死癌細(xì)胞的過程中，也殺死了很多對人體有用的健康細(xì)胞。在這個(gè)治療過程中，如果能對癌細(xì)胞進(jìn)入隔離，進(jìn)行更精準(zhǔn)的放射區(qū)域定位，從而有效地殺死癌細(xì)胞而不對人體造成損傷，那對于提升癌癥治療的成功率將是非常有幫助的。

4D打印的放射性治療輔助護(hù)具等醫(yī)療器械將在這個(gè)方面發(fā)揮積極的作用。這些4D打印的醫(yī)療器械可以通過微小的體積進(jìn)入人體內(nèi)部，根據(jù)人體不同部位的生存環(huán)境而產(chǎn)生形變，有效地隔離癌細(xì)胞并對健康區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，讓癌癥治療變得“無害”。尤其對于一些重要器官或脆弱區(qū)域，如鼻子、眼睛、耳朵等部位的腫瘤治療，將顯得更為重要。

以上這些，都是將4D打印物體應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的暢想，尤其是普及至人體內(nèi)應(yīng)用，也無疑是人類健康醫(yī)療發(fā)展的福音。但是，高興之余，我們也要冷靜地認(rèn)識到其中的風(fēng)險(xiǎn)亦不可小覷。就比如說，游走在人體內(nèi)的4D打印細(xì)胞或納米機(jī)器人，如果監(jiān)控不到位的話，很容易演變成被壞人利用的生物武器原型。

而可編輯材料所具有的自變形特性，讓其相較于3D打印而言，被犯罪分子利用的風(fēng)險(xiǎn)性也更大。比如針對槍支等違禁物品來說，3D打印出來的直接是具體實(shí)物，相對容易被發(fā)現(xiàn)和控制；而4D打印物在打印之初，有可能是任何形態(tài)，只有在一定的環(huán)境和介質(zhì)作用下，才會“變形”為預(yù)先設(shè)定的真實(shí)面目?？萍际且话央p刃劍，歸根到底還是看我們會如何使用。

【作者簡介】陳根，專注智能穿戴產(chǎn)業(yè)，科技、財(cái)經(jīng)評論員；自媒體微信公眾賬號：《陳述根本》。

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