三维（3D）打印技术由于能够高精度和高速度地构建复杂的生物结构，在生物医学领域得到了广泛应用。然而，体外打印成型的3D支架在移植到目标组织的过程中往往需要开创手术，从而造成一定的组织损伤。随着微创手术技术在临床的普及，以更小的体积通过微创技术递送3D打印支架，并在目标组织中响应生理微环境自动变形恢复三维结构，将更有利于临床应用。

2024年2月21日，中国科学院深圳先进技术研究院生物医药与技术研究所退行性中心赵晓丽、潘浩波研究团队与天津大学刘文广教授团队合作，在Nature Communications期刊上发表了题为4D printed hydrogel scaffold with swelling stiffening properties and programmable deformation for minimally invasive implantation的论文，报道了一种4D打印水凝胶支架技术，结合形状记忆、可编程变形和遇水硬化特性，通过多材料打印和多维度变形实现打印支架的微创递送。

4D打印的第四维度使打印的支架能够根据特定刺激进行可编程变形。本研究开发了适用于多材料4D打印的两亲性动态交联热固性聚氨酯（DTPU），构建具有体温触发的形状记忆和水触发的可编程变形的支撑性支架。通过熔融沉积成型（FDM）技术将具有不同溶胀度的DTPU打印成2D图案。通过其具有的体温响应形状记忆效应使2D打印图案可固定为临时的一维（1D）形状，便于经导管输送。植入后，体温触发1D形状恢复到其原始2D图案。同时，在组织中吸水溶胀后，由于多材料不同溶胀度的溶胀失配机制，经历可编程变形成为3D结构。此外，溶胀引发亲水链段和疏水链段之间水驱动的微相分离，实现软到硬的转变，从而具有力学支撑性能。该研究为3D打印支架的微创递送提供了新的思路。

中国科学院深圳先进技术研究院赵晓丽研究员和潘浩波研究员、天津大学刘文广教授为该论文共同通讯作者，刘博为文章的第一作者，先进院为第一单位。该研究得到了深圳理工大学药学院吕维加教授的指导，香港大学深圳医院和苏州诺普再生医学有限公司的技术支持。研究受到科技部重点专项（2018YFA0703100）、国家自然科学基金（52203151, 32201125）等项目的支持。

   一种4D打印水凝胶支架技术，结合形状记忆、可编程变形性和遇水硬化特性，通过多维度变形实现打印支架的微创递送。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45938-0