leiphone 陳根
4D列印，物體可自動變形
日前，有外媒報導，美國國防部撥付850萬美元資金，支持美國西北大學國際奈米技術研究所進行4D印表機的研究與開發；該設備將能夠實現奈米尺度下的操作。
所謂4D列印，就是在3D列印的基礎上多了一個時間維度，可以通過特殊的設計使3D列印出來的器物能夠自我組裝。無論之後其結構在一定限度內如何變化，都可以復原為其本身設計結構。這種對空間結構的記憶能力，即是4D列印的時間維度。
人們可通過軟體設定模型和時間，變形材料會在設定的時間內變形為所需要的形狀。伴隨著納米技術與數位化製造在第四維空間研發的深入，4D列印物體憑藉其自組裝和形變的能力，將可以進入非常微小的空間進行「工作」，無需連接任何複雜的機電設備。這將引領4D列印在生物醫療領域，尤其是癌症治療方面的應用與發展。
那麼，4D列印將會如何在醫療領域伸展手腳呢？
1、4D列印人體「衛士」
在奈米技術的支援下，4D可以列印出非治療型的奈米機器人，由於它自身的特點，可以在人體內自由組裝和形變，將可以擔當起人體「衛士」的角色職能，在人體內進行24小時無休的巡邏工作。
人體「衛士」一方面可以及時地對體內，尤其是血管內的殘餘「垃圾」進行清掃，並隨著新陳代謝而排出體外；另一方面，也更為重要的，則是可以及時發現有癌變潛質的細胞，並於第一時間發出預警或直接將其扼殺在「搖籃」裡，以保障體內環境的穩定與和諧。
2、4D列印抗癌藥物
鑒於4D列印物在一定的介質作用下可以發生自變形，我們可以在抗癌藥物研發的過程中，針對性地將不同的癌症病毒，設置為觸發4D列印細胞形變的介質源。當這個4D列印細胞在人體內，遇到癌症細胞的時候，就會自動觸發形變功能，直接將癌症細胞吞噬或釋放所攜帶藥物將其進行消滅，並在任務結束後通過自我「分解」隨人體代謝排出體外。
作為癌症治療的一個重要研究方向，4D列印抗癌藥物甚至可以將癌症治療的工作做到防患於未燃。
3、4D列印器官支架
4D列印物體憑藉其自變形的能力，可以在微小空間裡發揮無限的潛能。在癌症治療的過程中，我們可以通過4D列印器官或支架對被破壞的細胞與組織體進行替換或修復。
以生物心臟支架為例，通過4D列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進入體，然後在體內合適的環境下，展開變形成可以撐開的空心支架。該支架就如同4D列印的下水管道一樣，可以通過擴大或縮小管道半徑，來調整容量和流量，甚至還能在受損時自行維修或在「報廢」時自行分解。
4、4D列印人體皮膚
日前，荷蘭的科學家已經實現用幹細胞，作為墨水進行3D生物列印人類皮膚。這種方法是需要一種經過專門設計的生物墨水，這種生物墨水是由來自患者某組織的細胞和幹細胞組成的，每層生物墨水之間是一層水基凝膠。這也順勢開啟了4D列印人體皮膚的序幕。
依託於可編輯材料的自變形特性，充分融合了個體膚質特色的4D列印皮膚，在應用於替換癌變或灼傷的人體皮膚過程中，將實現最大程度的契合，這將可以大幅提升癌變或其他皮膚病患者的治癒率。
5、4D列印活組織植入物
之前，墨爾本的研究人員已經找到一種方法來生成「自己」的軟骨，用於治療癌症和更換損壞的軟骨。在此基礎上，科學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，而在此基礎上通過4D列印的活組織植入物，將可以在最大限度地降低與人體的排斥反應；而且，萬一出現不良反應，植入物還可以依據人體內的實際環境狀況，而進行自變化，以調整最佳方案適用人體。
6、4D列印醫療器械
癌症治療即是救人命的過程，但同時也是要人命的過程。因為現代醫療在通過放射性治療殺死癌細胞的過程中，也殺死了很多對人體有用的健康細胞。在這個治療過程中，如果能對癌細胞進入隔離，進行更精准的放射區域定位，從而有效地殺死癌細胞而不對人體造成損傷，那對於提升癌症治療的成功率，將是非常有幫助的。
4D列印的放射性治療輔助護具等醫療器械，將在這個方面發揮積極的作用。這些4D列印的醫療器械可以通過微小的體積進入人體內部，根據人體不同部位的生存環境而產生形變，有效地隔離癌細胞，並對健康區域進行保護，讓癌症治療變得「無害」。尤其對於一些重要器官或脆弱區域，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列印物體應用於生物醫學領域的暢想，尤其是普及至人體內應用，也無疑是人類健康醫療發展的福音。但是，高興之餘，我們也要冷靜地認識到其中的風險亦不可小覷。就比如說，遊走在人體內的4D列印細胞或奈米機器人，如果監控不到位的話，很容易演變成被壞人利用的生化武器原型。
而可編輯材料所具有的自變形特性，讓其相較於3D列印而言，被犯罪分子利用的風險性也更大。比如針對槍支等違禁物品來說，3D列印出來的直接是具體實物，相對容易被發現和控制；而4D列印物在列印之初，有可能是任何形態，只有在一定的環境和介質作用下，才會「變形」為預先設定的真實面目。科技是一把雙刃劍，歸根到底還是看我們會如何使用。
0 comments:
張貼留言