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很多技术灵感来源往往只是日常生活中的某个瞬间，就像去年春天 4D Biomaterials的首席执行官Philip Smith与增材制造顾问Phil Reeves在一起喝咖啡的时候萌生了研究4D打印生物材料的想法。
Smith回忆道：“我将当时4D Biomaterials公司的材料进展告诉了Phil，他听后很高兴，因为他正在为一位客户寻找这种材料。”
这是一种新型聚合物3D打印树脂墨水的材料——4Degra，可用于植入型医疗设备，制造出的支架放入人体后将随着时间的推移降解并被组织吸收。
15年前，Andrew Dove教授作为可降解聚合物的领先研究员，他着手开发一种新型立体光刻型树脂，这种树脂可以为患者提供更好的治疗效果。为了将该技术商业化，4D Biomaterials便从伯明翰大学和沃里克大学脱胎而出，组建了六人全职团队，并获得了160万英镑的种子轮，准备将该技术带入下一阶段。
聚乳酸(PLA)、聚乳酸-乙醇酸(PLGA)和聚己内酯(PCL)等可降解聚合物在医疗器械领域已得到广泛应用，其中一些已经能够通过FDM等工艺打印出来，但它们也存在一些局限性。
4D Biomaterials产品开发主管Andy Naylor博士解释道:“PLA和PLGA都是聚酯材料，水分会使它们引发降解形成水合物。当它们进入人体时，水会穿过这些物质，引发的反应将从内到外降解植入体。但这种降解可能会导致潜在的局部环境成酸性，引发一系列副作用，这对人体很不利。”
4Degra点阵结构3D打印
相比之下，4Degra材料会通过一种渐进的表面渗透方式来降解，可以有效阻止结构本身的突然瓦解，副作用释放也会更加缓慢。随着组织长入支架，这种渐进性侵蚀也改善了装置本身随时间推移被吸收的方式。
4D Biomaterials的工程师和化学家团队能够根据不同的需求制定材料。这些材料的范围从柔软和灵活的材料到具有刚性和坚固特性的材料。2021年，4D Biomaterials向外界展示了从用于骨骼再生的3D打印格子结构到夹板的微观结构，这一系列应用案例说明了这种材料灵活性可能带来的丰富潜力。
其中有一个较成功的应用案例：乳腺癌患者进行肿瘤切除手术后，身体会留下空隙，这些材料就被用于打印成填充空隙的支架。3D打印设备将4Degra的软组织版本用作打印材料，打印的产品具有形状记忆晶格结构和海绵状质量，类似于乳房组织，因此在植入时可以压缩成更小的形状，待达到一定体温后就会膨胀。
随着时间的推移，患者的自身肌肉和脂肪会长入支架，植入体会随着时间的推移自动降解。新型增材制造医疗器械也引起了美国乳腺外科医生的兴趣，他们认为这是一种更有效的方式，无需填充手术即可提供更好的恢复效果。
代表性收缩/膨胀机制(温度响应材料的膨胀或收缩是这种可逆相变的结果)
对更硬材料的运用也同样具有特色，打印的晶格结构被用于桥接骨折的间隙和促进骨生长，可以面对更多的复杂情况进行个性化的病例。
Naylor补充道：“这些类型的组织支架具有清晰的孔隙大小和高分辨率，很适合组织生长。除了3D打印，其他制造方式很难达到这样的标准。”
4D Biomaterials一直在与早期客户和机器供应商合作(保密状态)：为临床试验准备材料。但Smith表示，4D Biomaterials长期目标不是成为一家医疗设备制造商，而是成为材料供应商和开发合作伙伴。然而，通过医疗设备审核许可是一个漫长而严格的过程，公司准备自行研发打印设备来加速这一取证过程。
4Degra可根据不同的应用要求配制
Reeves解释说：“事实上，无论材料是PEEK，还是钛，都需要经历医疗设备的定制过程。我们有更好的材料，加之3D打印技术的加持，将其应用到医疗设备上并不需要很长的时间。”
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