可形狀變形水凝膠的4D生物加工
儘管3D生物列印技術在製造高度複雜的生物結構方面具有巨大的潛力，並在這方面取得了長足的進步，但目前這種方法的最大的挑戰是中空管狀結構的列印。
美國喬治亞大學（College of Engineering University of Georgia Athens, USA）的研究人員基於可形狀變形的水凝膠，採用先進4D生物加工方法實現了直徑和結構高解析度控制的空心自摺疊管列印。利用列印和列印後參數可以獲得平均內管直徑低至20微米（與最小血管的直徑相當），這是其他現有生物列印/生物加工方法所不能達到的。基於自摺疊水凝膠（載有細胞）管的4D生物列印方案如圖1所示。
圖1.基於自摺疊水凝膠（載有細胞）管的4D生物列印方案。a）將不含活細胞的AA-MA或HA-MA聚合物溶液列印到不同的基底上；b）用綠光（530nm）和溫和乾燥交聯；c）將交聯的膜浸入水，PBS或細胞培養基中後立即摺疊成管；d）製造的自摺疊管的實例（從右到左）：通過所述4D生物加工過程形成的有/無列印單元的單個管的示意圖和代表性顯微鏡圖像；包含大量自摺疊管的玻璃瓶。
圖2. AA-MA管響應性：通過4D製造過程（如圖1）得到AA-MA自動摺疊管:a在水中；相同管浸漬於0.1M的CaCl 2溶液，這導致藻酸鹽的另外的交聯用Ca 2+離子，消溶脹，以及完整的管的展開; c從展開薄膜（b）浸漬於0.1M EDTA溶液，其中EDTA結合來自藻酸鹽的Ca 2+離子，導致膜重新摺疊成管。
這種4D生物加工方法不會對細胞的活性產生任何負面影響。與擠壓水凝膠纖維相比：也可以擠出中空或多組分纖維；通常情況下，較薄的纖維（細管）會在高剪切力下實現，這會損壞細胞，但這種法可實現相同的低剪切力下不同直徑製造。為創建組織工程和再生醫學應用的定製細胞載體形狀變體結構提供了新方法。
參考文獻
Kirillova A, Maxson R, Stoychev G, et al. 4D Biofabrication sing Shape-Morphing Hydrogels[J]. Advanced Materials, 2017, 29(46).
供稿單位：機械製造系統工程國家重點實驗室
