利茲大學(xué)的研究人員與愛丁堡大學(xué)合作，開發(fā)出了首個3D打印仿生舌頭。該材料具有機(jī)械相關(guān)和精確的特性，可用于口腔護(hù)理，食品和治療等方面的新型測試方法?！吧锬Σ翆W(xué)原理的應(yīng)用，摩擦和潤滑的研究在這種舌狀表面的產(chǎn)生中是該領(lǐng)域向前邁出的重要一步。產(chǎn)生具有相似結(jié)構(gòu)和機(jī)械特性的精確舌表面復(fù)制品的能力將有助于簡化口腔護(hù)理，食品和治療技術(shù)的研發(fā)。”利茲大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的合著者邁克爾·布萊恩特博士說。

模仿人類口腔摩擦學(xué)的仿生舌頭表面的3D模型。圖片由利茲大學(xué)提供合成硅膠舌的設(shè)計和制造可模仿人舌表面的拓?fù)?，彈性和可濕性。最終的數(shù)字模型是在對15個成年舌頭進(jìn)行硅膠模壓后得出的，每個人的舌頭都進(jìn)行了3D光學(xué)掃描，以捕獲結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，例如平均粗糙度，密度和乳頭（舌頭表面的小突起）尺寸。

捕獲真正的成人舌頭印象以開發(fā)仿生舌頭設(shè)計。圖片由利茲大學(xué)提供有趣的是，研究人員指出，乳頭表面的隨機(jī)分布對舌頭起著重要的感覺作用，而健康或患病個體的這種分布可能有所不同。天然分布非常類似于隨機(jī)分布，并且在幫助我們檢測甚至最細(xì)小的食物以及識別和管理咀嚼，吞咽或吐出我們可能放入口中的食物方面非常有效。首席研究作者埃夫倫·安達(dá)布洛·雷耶斯博士說：“重塑普通人的舌頭表面面臨著獨特的建筑挑戰(zhàn)。數(shù)百個稱為乳頭的小芽狀結(jié)構(gòu)賦予舌頭其特征性的粗糙紋理，從組織的角度來看，結(jié)合組織的柔軟性質(zhì)可創(chuàng)建復(fù)雜的景觀。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，而其中許多缺乏這種感受器。兩種乳頭在提供適當(dāng)?shù)臋C(jī)械摩擦以幫助口腔中的食物加工以及適量的唾液，提供愉悅的口感和適當(dāng)?shù)耐萄蕽櫥矫娑计鹬陵P(guān)重要的作用。我們的目標(biāo)是在易于在實驗室中用來復(fù)制口腔加工條件的表面上復(fù)制人舌的這些與機(jī)械相關(guān)的特征?！币郧埃呀?jīng)開發(fā)出人造舌頭來模擬其感應(yīng)機(jī)制，并使用脂質(zhì)/聚合物膜，剝離的上皮細(xì)胞，酶，水凝膠或電子受體來模仿五種基本口味。去年，蘇格蘭的研究人員開發(fā)了一種人造舌頭，該舌頭基于玻璃和光敏化學(xué)涂層金屬傳感器（金和鋁），可檢測威士忌，果汁，毒藥的成分，甚至可以監(jiān)測河水的成分。在加拿大，蒙特利爾大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種人造舌頭，使用金納米顆粒來識別楓糖漿（其中有60多種）的各種口味特征。

然而，這些嘗試針對特定的味道或化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)高度集中了重點，還沒有完全解決人舌復(fù)雜，自然的機(jī)械和化學(xué)結(jié)構(gòu)的精確設(shè)計和復(fù)制。此外，COVID-19大流行給面對面的感官試驗和消費者測試帶來了重大挑戰(zhàn)，并重新強(qiáng)調(diào)了對非人類試驗或測試的開發(fā)。

但是，使用3D打印進(jìn)行仿生設(shè)計的開發(fā)并不新鮮。之前，我們還報道了佐治亞理工學(xué)院的研究人員如何利用3D打印技術(shù)開發(fā)出基于貓的仿生舌頭，并將其應(yīng)用于軟機(jī)器人和抓緊工具。此外，我們還研究了用于機(jī)器人的仿生前腦的開發(fā)，以實現(xiàn)人工觸摸感。今年早些時候，來自加拿大和德國的研究人員以松錐針為靈感，開發(fā)了多功能且自給自足的多材料4D打印刻度尺和擋板系統(tǒng)。

3D打印負(fù)性霉菌–在人的舌頭上有多個微小的孔，可容納真菌狀和盤狀乳頭。圖片由利茲大學(xué)提供

利用利茲大學(xué)研究人員介紹的方法，可以重新創(chuàng)建這種自然隨機(jī)分布，以更好地研究口腔加工并治療口腔疾病。特別是對于口干的人來說，這種仿生舌頭可以使持久治療的發(fā)展成為現(xiàn)實，這種口干將使大約10％的普通人口和30％的老年人口遭受痛苦。在通過3D掃描進(jìn)行最終設(shè)計后，研究人員隨后使用計算機(jī)仿真和建模方法為人造舌創(chuàng)建了反型模具，以開發(fā)具有反型孔的3D可打印人造表面，并且不同乳突的尺寸隨機(jī)分布在整個表面中。正確的密度。使用數(shù)字光處理（DLP）技術(shù)對3D打印副本，該技術(shù)使用針對潤濕性和柔軟性進(jìn)行了優(yōu)化的彈性體。

使用DLP將仿生舌頭3D打印在聚合物中。圖片由利茲大學(xué)提供利茲大學(xué)的膠體與表面教授和首席研究員Anwesha Shankar發(fā)現(xiàn)了一種使用計算數(shù)學(xué)建模，3D掃描和打印來重現(xiàn)人舌表面的方法，這一壯舉具有不小的意義：“利用來自多個STEM學(xué)科的專業(yè)知識，我們證明了3D打印的硅樹脂表面具有模仿人類舌頭機(jī)械性能的空前能力。我們認(rèn)為，制造具有相關(guān)特性的合成表面以模仿復(fù)雜的建筑特征，更重要的是，人舌的潤滑性能對于獲得對流體在口腔內(nèi)相互作用的定量了解至關(guān)重要。中國3D打印網(wǎng)點評：這種仿生舌頭表面還可以作為獨特的機(jī)械工具，根據(jù)質(zhì)地屬性幫助檢測食品和高價值飲料中的假冒品，這是全球關(guān)注的問題，可以幫助確保食品安全。最終，我們希望我們設(shè)計的表面對于理解舌頭的生物力學(xué)如何支撐人類進(jìn)食和言語的基礎(chǔ)非常重要。這種與人類舌頭的自然機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)極為相似的舌頭的發(fā)展，對于識別和研究迄今為止尚無法研究的有關(guān)人類舌頭功能的基本口腔力學(xué)生物學(xué)問題將特別重要。它還將提供類似于生物組織的獨特口腔摩擦學(xué)表面，以開發(fā)營養(yǎng)，生物醫(yī)學(xué)和臨床產(chǎn)品及其應(yīng)用，甚至在軟機(jī)器人領(lǐng)域提供借鑒意義。