自然界中，可以找到許多適應(yīng)周圍環(huán)境刺激的動態(tài)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的例子。具體來說，許多植物的葉子或花朵在暴露于光照、溫度、壓力或水分變化時會自發(fā)地觸發(fā)變形過程。這些經(jīng)過數(shù)百萬年進化的智能設(shè)計為智能材料的開發(fā)和工程提供了靈感來源，這些材料可以編程，在外部刺激下切換其結(jié)構(gòu)或構(gòu)象特征。這些具有前所未有的性能和功能的創(chuàng)新材料在軟機器人、組織工程和智能醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用前景廣闊。
圖1.具有可控卷曲曲率的janus支架的仿生設(shè)計。
圖2. 通過“靜脈”層的圖案設(shè)計，將4D打印的janus支架可編程轉(zhuǎn)換為復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)。
受枯葉呈現(xiàn)不同卷曲方向和由葉脈圖案主導(dǎo)的變形能力的現(xiàn)象的啟發(fā)，作者進一步提出通過微調(diào)“葉脈”層的印刷圖案來控制janus支架的變形。通過結(jié)合調(diào)整被動層在卷曲曲率上的剛度和設(shè)計主動水凝膠層在卷曲方向上的圖案，進一步擴展以更精確地模擬組織結(jié)構(gòu)。（圖2）。
該項工作基于對葉片轉(zhuǎn)化機制的深入研究以及仿生4D打印制造策略，結(jié)合“葉肉”層和“葉脈”層的仿生設(shè)計策略，通過設(shè)計水凝膠圖案和微調(diào)PCL薄膜的剛度，可以精確控制支架的卷曲方向和曲率，從而制造出具有各種卷曲方向和彎曲的3D結(jié)構(gòu)化組織模擬結(jié)構(gòu)。這種通過卷曲曲率和卷曲方向的協(xié)同調(diào)節(jié)策略為可變形水凝膠設(shè)計更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)提供了新的思路。此外，復(fù)合水凝膠的逐步雙重交聯(lián)策略實現(xiàn)了生理環(huán)境下初級轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)的二次響應(yīng)，提供了更好的適應(yīng)性能來遞送和適應(yīng)局部組織形狀。正如遞送后生理刺激引發(fā)的復(fù)雜血管支架的二次轉(zhuǎn)化所證明的那樣，這使得支架形狀能夠適應(yīng)局部血管形狀，并提供支持局部血管的功能，這可以為體內(nèi)設(shè)計二次功能反應(yīng)提供新的策略。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202407592
- 韓國KAIST應(yīng)鄔彬、寧波材料所朱錦 Macromolecules：紅海星啟發(fā)的水下自愈材料突破 2025-04-29
- 新疆大學(xué)朱若斐課題組 AFMs：師法自然 - 受蓮花多重仿生策略啟發(fā)的強氫鍵網(wǎng)絡(luò)纖維素水凝膠用于太陽能界面蒸發(fā) 2025-04-24
- 西北大學(xué)范代娣教授、朱晨輝教授、李陽副教授 AM：基于仿生凝血級聯(lián)途徑的多肽修飾脂質(zhì)體納米顆粒可噴涂水凝膠治療不可壓破性創(chuàng)面出血 2025-04-19
- 港科大（廣州）岳亮課題組誠招博士生 - 高分子、力學(xué)、材料、機械、物理（2025年秋季、2026年春季入學(xué)） 2025-03-08
- 南洋理工大學(xué)周琨教授團隊 MSER：混合4D打印柔性多功能復(fù)合材料 2024-12-10
- 科羅拉多大學(xué)丹佛分校于凱教授團隊 Nat. Commun.：4D 打印長纖維增強型液晶彈性復(fù)合材料 2024-10-07
- 華東理工張大朋教授/李永生教授團隊 Angew：器官靶向mRNA遞送單組分Janus樹枝狀大分子載體 2025-04-11
