人类首次!3D打印生物仿生舌头

近日,由英国利兹大学与爱丁堡大学合作领导的研究团队首次使用3D打印技术创建了具有舌状纹理的合成柔软表面,从而为测试食品,营养技术,药物和口干疗法的口腔加工特性提供了新的可能性。他们的研究成果10月26日发表在ACS Applied Materials & Interfaces (2020)上,题目为<3D Biomimetic Tongue-Emulating Surfaces for Tribological Applications>。

舌头表面的口腔摩擦在食物运输、味觉、感官感知以及语音的机制中起着关键作用。人类舌头具有高度专业化的生物物理特征:例如微乳头密集的拓扑结构、最佳润湿性和可变形性,在设计人造舌头表面时面临着结构上的挑战,而缺乏这种仿生表面则会阻碍舌头对食物/流体相互作用的基本理解。在这里,研究人员首次制造了3D软仿生表面,该表面可复制真实人舌的形貌和可湿性。

人类首次!3D打印生物仿生舌头
3D打印的阴模显示出丝状和真菌状乳头的孔。图片来源:利兹大学

仿生舌的开发将帮助人们进行新设计产品的筛选,并加快新的开发过程,而无需在早期进行人工试验,而这往往是非常昂贵且耗时的。特别是自COVID-19疫情以来,社交疏远给进行此类感官试验和消费者测试带来了巨大挑战。 仿生舌将在早期阶段极大地有助于提高开发效率并减少制造商对人体试验的依赖。

仿生舌可以进一步提供多种应用来对抗食品和其他口服药物中的掺假,无论质地特征是主导特征,并且可以节省巨大的经济损失。据统计,大约10%的普通人群和30%的老年人患有口干。而舌头的生物表面复杂性给人工复制带来了挑战,这为开发和筛选有效的持久治疗口干症的方法增加了主要障碍。

研究人员介绍了一种独特制造的有机硅表面,该表面可模仿人舌的拓扑结构、弹性和可湿性以复制人类口腔功能。为了获得人类舌头纹理的准确度量,从15名健康的成年人身上获得了疏水和亲水材料中舌头表面的硅树脂印模。这些高质量印模3D光学成像后,使用Screened Poisson重建技术对这些印模的相关结构特征进行测量。增材制造技术推动了具有复杂几何形状和不同机械性能的高质量生物器官复制品的制造。在本研究中,为了获得所需的分辨率(低于100.0微米),使用先进的数字光处理技术对模仿舌头表面的硅胶模型进行3D打印,然后通过使用具有适当润湿性的软硅弹性体对3D打印的人造表面进行软光刻,获得基于泊松点过程生成的(随机)乳头状分布3D仿生软舌状表面。除了材料特性,我们第一次能够复制真正人类舌头的机械性能。

生产具有相似结构和机械性能的舌面精确复制品的能力将有助于简化口腔护理、食品和治疗技术的研发。利兹大学胶体和表面教授、首席研究员安韦萨·萨卡尔精表示确绘制和复制舌头表面,并将其与近似于人类舌头弹性的材料相结合,这不是一项简单的任务。利用多种STEM学科的专业知识,研究人员展示了三维印刷硅胶表面模拟人类舌头机械性能的前所未有的能力。制造一个具有模拟复杂结构特征的相关属性的合成表面,更重要的是人类舌头的润滑性能,对于定量了解口腔内液体的相互作用至关重要。这种仿生舌头表面也可以作为一种独特的机械工具,帮助检测基于质地属性的食品和高价值饮料中的假冒产品,这是一个全球关注的问题,有助于确保食品安全。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

最终,我们希望表面我们的设计能够对理解舌头的生物力学如何支撑人类进食和语言的基本原理具有重要意义。[ 江苏激光产业技术创新战略联盟]

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