科學家們首次3D列印出仿生舌面

2020-11-02 科技工作者


3D列印的舌面負模。

仿生的舌頭。

接近人類舌尖表面的三維光學圖像。

舌頭的拓撲結構、彈性和溼潤度決定了食物或唾液如何與舌頭相互作用，進而影響我們的口感、吞咽、說話和營養攝入。

近日，來自英國利茲大學和愛丁堡大學的科學家們首次利用3D列印技術複製了人類舌頭的複雜表面設計，創造出了一種仿生舌面。

這種仿生舌面與真正舌面類似，可以有效減少目前對人體試驗的依賴，同時，它也為測試食品、藥物以及治療口乾症創造了新的可能性。相關論文發表在《ACS應用材料與界面》雜誌上。

舌頭表面的複雜性給人工複製帶來了挑戰，也為開發口乾症相關療法平添了障礙。

論文第一作者Efren Andablo-Reyes博士說：「重建舌面面臨著結構上的獨特挑戰。數百個被稱為「乳突」的小泡狀結構賦予了舌頭特有的粗糙紋理，再結合生物組織的柔軟特質，舌面從機械角度上看來十分複雜。」

研究人員將關注重點放在舌頭的前背側部分，這裡的乳突有的包含味覺感受器，有的則不包含。這兩種乳突幫助舌頭產生適當機械摩擦，使得食物在口腔內能夠與足夠唾液混合，從而帶來良好口感，並增進吞咽時的潤滑。

研究人員試圖在實驗表面上複製人類舌頭的有效機械特徵。

研究小組獲取了15個成年人的舌頭表面矽膠模型，並通過三維光學掃描得到了舌乳突的尺寸、密度以及舌頭的平均粗糙度。他們發現，舌頭的紋理類似隨機分布。

隨後研究團隊使用計算機模擬和數學建模創建了一個3D列印的人工表面，形狀和尺寸不同的乳突以合適密度隨機分布其上。

愛丁堡大學信息學學院的Rik Sarkar說：「乳突分布的隨機性似乎對舌頭的感覺起著重要作用，因此我們定義了一個「碰撞概率」的新概念來測量機械感應。」

最後，為確保仿生舌面的溼潤度和潤滑性與人類舌面相同，該團隊使用不同合成液體進行了一系列實驗。

首席研究員、利茲大學膠體與表面學的教授Anwesha Sarkar評價道：「精確地繪製並複製舌面，並將其與一種接近人類舌頭彈性的材料結合，可不是件容易的事。通過吸收不同學科的專業知識和技術，我們成功證實了3D列印的矽膠表面能夠模擬人類舌面的機械性能。」

編譯：花花 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《ACS應用材料與界面》

期刊編號：1944-8244

原文連結：https://phys.org/news/2020-10-d-biomimetic-tongue-surface.html

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