激励响应型智能水凝胶可以根据环境刺激（例如温度、pH值、电磁场、放射线、压强等）发生可控的物理或者化学性质变化，这种特性决定了它的巨大的市场潜力。几十年来，科学家们努力研发新的智能水凝胶以及探索可控变形条件，并试验不同成型方式。近日，Rutgers大学的工程师发明了一种智能水凝胶，并可应用于4D打印，制造出的实体可以按需收缩和膨胀。此项研究有利于制造人类活性组织和器官、软体机器人、微流控装置和可控药物释放，具有巨大的应用价值。
通常情况下，4D打印类似于“折纸效应”，将3D打印的实体进一步折叠成具有特定三维结构的物体。深一步讲，这种方法甚至可以制造具有自我折叠和组装能力装置或支架，这给医学研究人提供了一个全新的领域。医生可以通过小切口植入较小尺寸的植入物，在可控的条件下，植入物变形至所需的较大尺寸，这样可以很大程度上减少了手术损伤。另外，采用4D打印药物可以很方便地治疗某些疾病，而不依赖于体外血液循环技术，这一定程度上降低了医疗成本，并且提高了生活质量。
    Rutgers研究中制备的是可以收缩的国际象棋国王模型，它由温敏水凝胶构成，这种材料含水量达到73%，但是依然可以保持固体形态。凝胶的转变过程在温度可控的水浴槽中进行。将温度逐渐升高到50℃，模型会脱水收缩，而当温度下降到11℃时，模型又恢复到原来的形状和大小。另外，模型可以部分收缩/膨胀过程，而不限于整体变形，例如，模型顶端尖部可以收缩并贴近在一起，但是下面主体部分依然维持不变。
    本研究中使用的3D微尺度打印机（称为PμSL系统）由Rutgers团队研制，包含液晶硅（LCoS）数字掩模（通过UV光进行不同轮廓曝光）、投影镜头、紫外LED灯、控制紫外光束宽度的准直装置。首先，利用CAD软件生成数字3D模型，并将其切片成位图图像。其次，将每张数字图像转化为数字掩膜，并利用紫外光照射，投影到PNIPAAm树脂上，通过光固化作用，将液态树脂固化。之后，一层打印完毕后，工作台在Z方向下降一层，进行下一层的打印，直至整个模型完成。
    目前为止，这种智能水凝胶的全部应用潜力还没有被完全发掘，它有望促进医疗领域进一步革新。该团队正在利用这种水凝胶进行微尺度研究，以期制造50μm-70微米大小的物体。人们希望用它来研发新的生物医学装置，比如可以促进组织生长的细胞支架，可以精确控制释放时间的药物等。从完全控制形状，到编程控制功能，这将是3D打印智能变形材料的力量。
    他们的研究《Micro 3D Printing of a Temperature-Responsive Hydrogel Using Projection Micro-Stereolithography》发表在知名杂志Scientific Reports上，并提名2018年3D打印行业技术奖。

3D打印的PNIPAAm微结构可以根据温度变化而发生形变。

采用PμSL系统3D打印温度敏感水凝胶过程示意图