利茲(zi) 大學的研究人員與(yu) 愛丁堡大學合作，開發出了首個(ge) 3D打印仿生舌頭。該材料具有機械相關(guan) 和精確的特性，可用於(yu) 口腔護理，食品和治療等方麵的新型測試方法。“生物摩擦學原理的應用，摩擦和潤滑的研究在這種舌狀表麵的產(chan) 生中是該領域向前邁出的重要一步。產(chan) 生具有相似結構和機械特性的精確舌表麵複製品的能力將有助於(yu) 簡化口腔護理，食品和治療技術的研發。”利茲(zi) 大學機械工程學院的合著者邁克爾·布萊恩特博士說。

模仿人類口腔摩擦學的仿生舌頭表麵的3D模型。圖片由利茲(zi) 大學提供合成矽膠舌的設計和製造可模仿人舌表麵的拓撲，彈性和可濕性。最終的數字模型是在對15個(ge) 成年舌頭進行矽膠模壓後得出的，每個(ge) 人的舌頭都進行了3D光學掃描，以捕獲結構細節，例如平均粗糙度，密度和乳頭（舌頭表麵的小突起）尺寸。

捕獲真正的成人舌頭印象以開發仿生舌頭設計。圖片由利茲(zi) 大學提供有趣的是，研究人員指出，乳頭表麵的隨機分布對舌頭起著重要的感覺作用，而健康或患病個(ge) 體(ti) 的這種分布可能有所不同。天然分布非常類似於(yu) 隨機分布，並且在幫助我們(men) 檢測甚至最細小的食物以及識別和管理咀嚼，吞咽或吐出我們(men) 可能放入口中的食物方麵非常有效。首席研究作者埃夫倫(lun) ·安達布洛·雷耶斯博士說：“重塑普通人的舌頭表麵麵臨(lin) 著獨特的建築挑戰。數百個(ge) 稱為(wei) 乳頭的小芽狀結構賦予舌頭其特征性的粗糙紋理，從(cong) 組織的角度來看，結合組織的柔軟性質可創建複雜的景觀。我們(men) 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(liang) 種乳頭在提供適當的機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的吞咽潤滑方麵都起著至關(guan) 重要的作用。我們(men) 的目標是在易於(yu) 在實驗室中用來複製口腔加工條件的表麵上複製人舌的這些與(yu) 機械相關(guan) 的特征。”以前，已經開發出人造舌頭來模擬其感應機製，並使用脂質/聚合物膜，剝離的上皮細胞，酶，水凝膠或電子受體(ti) 來模仿五種基本口味。去年，蘇格蘭(lan) 的研究人員開發了一種人造舌頭，該舌頭基於(yu) 玻璃和光敏化學塗層金屬傳(chuan) 感器（金和鋁），可檢測威士忌，果汁，毒藥的成分，甚至可以監測河水的成分。在加拿大，蒙特利爾大學的研究人員開發了一種人造舌頭，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，這些嚐試針對特定的味道或化學反應已經高度集中了重點，還沒有完全解決(jue) 人舌複雜，自然的機械和化學結構的精確設計和複製。此外，COVID-19大流行給麵對麵的感官試驗和消費者測試帶來了重大挑戰，並重新強調了對非人類試驗或測試的開發。

但是，使用3D打印進行仿生設計的開發並不新鮮。之前，我們(men) 還報道了佐治亞(ya) 理工學院的研究人員如何利用3D打印技術開發出基於(yu) 貓的仿生舌頭，並將其應用於(yu) 軟機器人和抓緊工具。此外，我們(men) 還研究了用於(yu) 機器人的仿生前腦的開發，以實現人工觸摸感。今年早些時候，來自加拿大和德國的研究人員以鬆錐針為(wei) 靈感，開發了多功能且自給自足的多材料4D打印刻度尺和擋板係統。

3D打印負性黴菌–在人的舌頭上有多個(ge) 微小的孔，可容納真菌狀和盤狀乳頭。圖片由利茲(zi) 大學提供

利用利茲(zi) 大學研究人員介紹的方法，可以重新創建這種自然隨機分布，以更好地研究口腔加工並治療口腔疾病。特別是對於(yu) 口幹的人來說，這種仿生舌頭可以使持久治療的發展成為(wei) 現實，這種口幹將使大約10％的普通人口和30％的老年人口遭受痛苦。在通過3D掃描進行最終設計後，研究人員隨後使用計算機仿真和建模方法為(wei) 人造舌創建了反型模具，以開發具有反型孔的3D可打印人造表麵，並且不同乳突的尺寸隨機分布在整個(ge) 表麵中。正確的密度。使用數字光處理（DLP）技術對3D打印副本，該技術使用針對潤濕性和柔軟性進行了優(you) 化的彈性體(ti) 。

使用DLP將仿生舌頭3D打印在聚合物中。圖片由利茲(zi) 大學提供利茲(zi) 大學的膠體(ti) 與(yu) 表麵教授和首席研究員Anwesha Shankar發現了一種使用計算數學建模，3D掃描和打印來重現人舌表麵的方法，這一壯舉(ju) 具有不小的意義(yi) ：“利用來自多個(ge) STEM學科的專(zhuan) 業(ye) 知識，我們(men) 證明了3D打印的矽樹脂表麵具有模仿人類舌頭機械性能的空前能力。我們(men) 認為(wei) ，製造具有相關(guan) 特性的合成表麵以模仿複雜的建築特征，更重要的是，人舌的潤滑性能對於(yu) 獲得對流體(ti) 在口腔內(nei) 相互作用的定量了解至關(guan) 重要。中國3D打印網點評：這種仿生舌頭表麵還可以作為(wei) 獨特的機械工具，根據質地屬性幫助檢測食品和高價(jia) 值飲料中的假冒品，這是全球關(guan) 注的問題，可以幫助確保食品安全。最終，我們(men) 希望我們(men) 設計的表麵對於(yu) 理解舌頭的生物力學如何支撐人類進食和言語的基礎非常重要。這種與(yu) 人類舌頭的自然機械和化學性質極為(wei) 相似的舌頭的發展，對於(yu) 識別和研究迄今為(wei) 止尚無法研究的有關(guan) 人類舌頭功能的基本口腔力學生物學問題將特別重要。它還將提供類似於(yu) 生物組織的獨特口腔摩擦學表麵，以開發營養(yang) ，生物醫學和臨(lin) 床產(chan) 品及其應用，甚至在軟機器人領域提供借鑒意義(yi) 。