英國科學家3D列印仿生舌頭，具有潛在的味覺功能

2020-11-04 白令三維

從科學家利茲大學和愛丁堡大學具有三維印刷的合成舌，這可能是能夠感測在食用香料。

研究人員使用基於點處理的模型，通過將3種與真實器官中相似的「****」（或味蕾）3D列印到有機矽彈性體上，創建了他們的軟仿生設備。該團隊利用其模仿真實物品質地的添加劑背面，來量化人舌與某些食物之間的機械相互作用。

該研究的主要作者埃夫倫·安達布洛-裡耶斯（Efren Andabl,-Reyes）博士說：「重現普通人的舌頭表面面臨著獨特的建築挑戰。」 「我們的目標是在易於在實驗室中使用的表面上複製人類舌頭的機械相關特性，以複製口腔加工條件。」

研究人員的3D列印副本（如圖）被證明能夠匹配真實人類舌頭的紋理和拓撲。

人類舌頭的奧秘

與所有哺乳動物一樣，人的舌頭具有高度複雜的拓撲結構，只有結合最佳的潤溼性，我們才能進行諸如飲食，說話和品嘗之類的重要活動。用純粹的機械術語來說，這些基本功能由舌下背部稱為****狀的許多芽狀粗糙來控制。

準確地了解這些微小的結構如何影響舌頭的紋理感測能力，是可用於製造更美味的食物或藥物的有價值的信息。目前，用於口頭優化的自動味覺測試涉及大量的流變學評估，但是這些評估無法模仿表面或潤滑真實的舌頭。

結果，人類品嘗者經常被用於食品開發過程中，這使他們成為昂貴，費時且最終是主觀的嘗試。對於研究人員而言，要獲得對流體在人口中的相互作用的確切了解的唯一方法是，創造出仿生的舌頭並分析其摩擦學性能。

研究人員希望他們的添加劑創造能使人們更好地理解人舌的拓撲結構。

研究人員的3D列印口腔器官

為了準確地製作自己的舌頭，研究人員獲得了15位健康成年人的3D掃描，包括其口腔****的尺寸，密度，分布和粗糙度。基於這些圖像，研究小組使用基於P,iss,n點過程的隨機模型設計了「母模」，並在****之間優化了空間分布。

微型芽的兩種特定類型出現在掃描中最頻繁：白色絲狀和紅色真菌狀****狀，導致科學家優先考慮將它們包括在人工製成的口腔器具中。

雷耶斯博士解釋說：「我們將注意力集中在舌頭的前背部分，其中一些乳突含有味覺感受器，而其中許多缺乏味覺感受器。」 「兩者在提供適當的機械摩擦，以幫助口腔中的食物處理以及適量的唾液中都起著至關重要的作用。」

為了獲得必要的解析度以重現其母模，研究人員將Envisi,n Pe****ct,ry P3數字光處理（DLP）系統部署到了3D列印傳感器中的軟矽彈性體中。然後，將不同量的聚山梨酯80化學品添加到舌狀裝置中，以提供合適的潤溼性，然後再對其進行各種表徵測試。

科學家發現，他們的3D列印舌頭幾乎與豬的舌頭完全匹配（如圖）。

儘管一些附加舌片顯示出不同程度的潤溼性，但它們的特徵與模具的特徵相同，並與測試對象的特徵相同。為了評估其製成的口腔器官的可變形性，研究人員隨後將其與豬的可變形性進行了比較，事實證明，它在強度，可溼性和質地方面幾乎完全匹配。

經過一系列成功的測試，研究小組得出結論，他們的3D列印的基於矽膠的設備可以準確地模擬人舌的拓撲。未來，科學家們相信他們的複製品可以用作食品或藥物測試的手段，並且可以進一步了解器官的功能。

研究合著者Anwesha Sarkar總結說：「這種仿生舌頭表面可以作為獨特的機械工具，幫助根據質地屬性檢測食品和高價值飲料中的假冒產品。」 「最終，我們希望我們設計的表面對於理解舌頭的生物力學如何支撐人類的進食和言語至關重要。」

先前栩栩如生的添加劑創新

儘管目前尚無法使用3D列印全尺寸的可移植人體器官，但添加劑技術的最新進展已產生了許多現實的複製品。

例如，喬治亞理工學院的學生亞歷克西斯·諾埃爾（Alexis N,el）設法對貓舌的****狀棘突進行3D列印，並用它來吸引和「清理」顆粒。儘管該結構比典型的貓舌大400倍，但它具有相同的彈性。

在其他地方，位於印度的 Sawai Man Singh（SMS）醫院已開始使用3D列印技術治療口腔癌患者。在手術期間，那裡的許多患者都需要切除部分面部或頜骨，而他們的醫生正在嘗試使用人造植入物作為潛在的治療方法。

另一方面，康奈爾大學的研究人員用 3D列印了一種「手指狀」的柔軟的機器人肌肉，該肌肉能夠通過排汗來控制其溫度。受生物啟發的設備的執行器是使用基於水凝膠的複合樹脂印刷的，這使它們能夠保留「出汗」所需的水分。


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