综述：4D打印材料中的时间控制工程在自适应系统中的应用：生物医学视角

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Temporal control engineering in 4D printing materials for adaptive systems: a biomedical perspective

四维打印材料的时间控制工程框架及其在骨再生中的应用研究。通过动力学分析建立分子结构-传输约束-多相结构设计与响应时序的映射关系，提出快速响应、渐变演化、顺序响应三类时间演化模式，为适配骨修复的时间临界性需求提供设计范式，并展望原位表征、智能制造和AI驱动设计的前沿方向。

　　

摘要

四维（4D）打印将时间作为一个明确的设计参数，使材料能够在从毫秒到几个月的时间尺度上，根据环境刺激进行程序化的转变。现有的综述大多围绕刺激类型、材料类别或应用实例来组织这一领域；然而，目前仍缺乏一个清晰且可操作的框架，将时间域要求（如响应速度、程序化延迟和多阶段排序）转化为材料和结构设计策略。在这里，我们为4D打印材料建立了一个时间控制工程框架，根据转变动力学将系统分为快速响应、渐进式演化和顺序响应三种类型，并分析了控制其时间依赖行为的物理化学机制。通过明确地将分子结构、传输限制和多相结构设计与动力学结果联系起来，该框架为编程自适应系统中的时间行为提供了实用的设计规则。虽然该框架具有广泛的适用性，但本综述采用了生物医学视角，深入探讨了其转化相关性，以骨骼再生作为一个具有代表性和临床挑战性的功能适应模型。我们还强调了新兴的机会，包括原位表征、先进制造策略和人工智能（AI）驱动的设计，这些都有可能推动4D打印从经验性材料选择向系统化时间工程的转变。

目录

一个全面的框架，介绍了用于骨骼再生的4D打印材料中的时间控制工程。系统地分析了从快速响应到渐进式演化再到顺序响应机制的演变过程，强调了分子结构与动力学之间的关系，以及与生物愈合级联的时空同步性，以适用于患者特定的治疗应用。