3D列印第一個生物動力學語言表面 | 章魚通

3D列印出的陰性模具顯示了纖維板和真菌紙的洞。

科學家們首次利用3D列印技術創造了合成軟質表面，提供了測試食品、營養技術、醫藥和口腔療法口服處理特性的新機會。

利茲大學領導的英國科學家與愛丁堡大學合作，複製了非常先進的人類舌頭表面設計，並證明其印刷合成矽結構模仿了舌頭表面的地形、彈性和可溼性。

這些因素對於食物或唾液如何與舌頭相互作用至關重要，而舌頭又會影響口感、吞咽、言語、營養攝入和生活質量。

生物測定語言將有助於開發人員對新設計的產品進行篩選，加快新的開發進程，而不必在往非常昂貴和耗費時間的早期階段進行人類試驗。

特別是，自COVID - 19大流行病爆發以來，社會距離對進行這種感官試驗和消費者測試構成了重大挑戰。生物測定語言將極大地有助於提高發展生產力和減少製造商在早期階段對人類試驗的依賴。

生物測定語言可進一步提供多種應用，以打擊食品和其他口服藥物中的摻假行為，不論其質地屬性是否為主導特徵，並可挽救巨大的經濟損失。

舌頭生物表面的複雜性給人工複製帶來了挑戰，給發展和篩查有效的長期治療或幹嘴病綜合療法增加了重大障礙，約10%的普通人口和30%的老年人患有幹嘴病。

研究的主要作者Efren Andablo - Reyes博士在利茲食品科學和營養學院做博士後研究。他說： "恢復普通人類舌頭表面臨獨特的建築挑戰。數百個被稱為papilla的類似布丁的小結構為舌頭提供了其特有的粗糙質地，再加上組織的軟性質，從機械的角度創造了一種複雜的景觀。

"我們把注意力集中在舌頭的前廳部分，其中一些木瓜含有口味受體，而許多木瓜沒有這種受體。這兩種木瓜在提供適當的機械摩擦以協助口腔衛生的食品加工、提供愉悅的口感和適當的吞咽潤滑劑方面發揮著關鍵作用。

"我們的目標是在實驗室中很容易用來複製口服處理條件的表面複製這些機械上相關的人類舌頭特徵" 。

這項研究匯集了食品科質科學、軟物質物理學、牙科、機械工程和計算機科學方面的獨特專門知識，今天發表在《 ACS應用材料和接口》雜誌上。

視察隊對15名成人的舌頭表面進行了矽印象。對印象進行了三維光學掃描，以繪製紙尺寸、密度和語言的平均粗度圖。發現人的語言的質地很像隨機布局。

該小組利用計算機模擬和數學模型創建了3D列印的人造表面，作為一個模具發揮作用，其中含有隨機分布在表面並具有適當密度的不同紙板形狀和尺寸的水井。這是與優化柔軟和可溼性的彈性體相呼應的翻版。

愛丁堡大學(University of Edinburgh)的合著者、信息科學院(School of Informatics)的裡克·薩爾卡(Rik Sarkar)說：「 papillae的隨機分布似乎對其舌頭具有重要的感官作用。 」

"我們界定了一個稱為碰撞概率的新概念，用以測量將對這一領域產生重大影響的機械。今後，我們將把機器學習和計算地形結合起來，為各種健康和患病的人建立語言模型，以應對各種口腔疾病" 。然後用設在利茲機械工程學院的數字光處理技術列印人造表面。

3D光學圖像接近人類舌尖表面。

該小組利用不同的複雜液體進行了一系列實驗，以確保印刷表面的液體能夠保持接觸並傳播到表面和潤滑劑的性能與人的舌頭印象相同。

利茲機械工程學院的聯合作者Michael Bryant博士說： "應用生物三合一原理，研究摩擦和潤滑油，創造這種噸狀表面，是這一領域向前邁出的重要一步。能夠準確複製結構和機械性質相似的舌頭表面，將有助於簡化口腔護理、食品和治療技術的研究和開發" 。

利茲Colloids and Surface教授、首席調查員Anwesha Sarkar說： "準確地繪製和複製語言表面，並將其與接近人類語言彈性的材料結合起來，是一項不小的任務。我們利用科學、技術、工程和數學多個學科的專門知識，證明3D列印矽表面具有前所未有的能力，可以模仿人類舌頭的機械性能。

"我們認為，製造具有相關特性的合成表面，模仿複雜的建築特徵，更重要的是，模仿人舌頭的潤滑性能，對於從數量上了解口腔內的液體如何相互作用至關重要。這種生物性舌頭表面也可以作為一種獨特的機械工具，幫助發現基於質地屬性的食品和高價值飲料中的假貨，這是一個全球關切的問題，有助於確保食品安全。"最後，我們希望，我們所設計的表面能夠在理解舌頭生物力學如何支撐人類餵養和言論的基本要素方面發揮重要作用。

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