综述：刺激响应聚合物的3D/4D打印在生物医学工程中的应用：材料、刺激与应用

这篇综述系统阐述了4D打印（整合智能材料与3D打印技术）在生物医学工程中的革命性应用。通过湿度、光、热等刺激触发形状记忆聚合物（SMPs）的编程变形，该技术为组织工程、药物递送和智能植入物等领域提供了自适应解决方案，同时探讨了材料选择、刺激响应机制及临床转化挑战。

　　

刺激响应材料在生物医学工程中的潜力

4D打印技术的核心在于智能材料的选择，其中形状记忆聚合物（SMPs）因其优异的生物相容性和可编程变形特性成为研究热点。与形状记忆合金（SMAs）相比，SMPs虽机械强度较低，但通过添加纳米纤维素（CNC）或碳纳米管（CNT）等填料可显著提升性能。例如，嵌入CNC的聚氨酯断裂强度从12.7 MPa提升至33.9 MPa，同时保持98.6%的形状恢复率，适用于可吸收缝合线和压力绷带。

4D打印技术的生物医学应用

在组织工程领域，4D打印的智能支架能响应生理环境变化，如温度或pH值，动态支持细胞生长。例如，聚己内酯（PCL）与海藻酸钠复合支架可通过温度触发变形，但需解决层间残余应力导致的微裂纹问题。药物递送方面，光响应水凝胶包裹药物可实现精准释放，而磁性纳米颗粒复合物能在磁场引导下靶向肿瘤部位。

挑战与未来展望

尽管4D打印在心脏瓣膜、血管支架等循环负载场景中展现潜力，但机械疲劳和界面分层问题仍需优化。未来需开发长效稳定的驱动材料（如导电聚合物），并通过计算机模型模拟生理环境以优化设计。此外，多材料打印的界面稳定性（如PEG-PCL-DA与α-环糊精的协同作用）为复杂器官打印提供了新思路。

结论

4D打印通过时空可控的智能材料变形，正推动生物医学工程向个性化、精准化方向发展。从自适应植入物到生物人工器官，其跨学科融合特性将持续突破临床应用的边界。