4D打印的磁性刺激和響應機制

供稿人：李紅艷 連芩 供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

用于4D打印的刺激類型可以分為內(nèi)部刺激和外部刺激兩大類，外部刺激可以概括為四種類型：化學、熱、光和磁性。通常，磁響應材料對外部FM有出色的機械響應，可實現(xiàn)遠程控制4D形狀變化，可實現(xiàn)各種變形及可逆形狀轉(zhuǎn)換。有三種方法常被用來誘導磁響應材料的形狀變化，分別是直接磁性、熱磁性和電磁性。

當不同的響應材料充分分布到預先設計的結(jié)構(gòu)中時，將MF和加熱MF相結(jié)合可以實現(xiàn)不同的變形模式。Ze等人在M-SMP基體中制備了由兩種磁性粒子組成的多復合結(jié)構(gòu)。該設計的工作機理是：在室溫下，M-SMP是剛性的，剛性M-SMP的變形不能由驅(qū)動MF (Ba)驅(qū)動，而M-SMP在低溫下變軟，在高頻交流電（Bh）下加熱MF可以使M-SMP變形。關閉Bh后，冷卻M-SMP使其硬化并固定臨時形狀。

圖1：M-SMP的工作機理及其在鉛球機械爪提升中的應用

M-SMP具有可重新編程、不受束縛、快速和可逆的形狀轉(zhuǎn)換和形狀鎖定的優(yōu)點，具有卓越的形狀處理性能，可以應用于微創(chuàng)手術、生物機器人和靶向藥物遞送等生物醫(yī)學領域。但M-SMP也存在一些局限性，例如，M-SMP主要靠SMP的熱磁效應來進行形狀固定，所以在實際應用中對溫度控制要求比較嚴格，其次，在形狀固定時，M-SMP的冷卻速度可能很慢

類似M-SMP這種基于磁場刺激的可變形軟材料的遠程驅(qū)動具有較強的研究意義，并為可植入柔性電子、柔性生物機器人和其他生物醫(yī)學設備的應用創(chuàng)造了新的可能性。

參考文獻：
Wang Yue et al. Emerging 4D printing strategies for next-generation tissue regeneration and medical devices. Advanced materials.2021. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34951494/