3D打印舌头为研究口服治疗提供了新方法

利兹大学的研究人员与爱丁堡大学合作，开发出了首个3D打印仿生舌头表面。该材料具有机械相关准确的特性，可用于口腔护理，食品和治疗等方面的新型测试方法。

“生物摩擦学原理的应用，摩擦和润滑的研究在这种舌状表面的产生中是该领域向前迈出的重要一步。产生具有相似结构和机械特性的精确舌表面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，”利兹大学机械工程学院的合著者迈克尔·布莱恩特博士说。

模仿人类口腔摩擦学的仿生舌头表面的3D模型。图片由利兹大学提供

设计并制造了合成硅胶舌，以模仿人舌表面的拓扑，弹性和可湿性。最终的数字模型是在对十五个成年舌头进行硅胶模压后得出的，每个人的舌头都进行了3D光学扫描，以捕获结构细节，例如平均粗糙度，密度和****（舌头表面的小突起）尺寸。

捕获了真正的成人舌头印象，以开发仿生舌头设计。图片由利兹大学提供

有趣的是，研究人员指出，****表面的随机分布对舌头起着重要的感觉作用，而健康或患病个体的这种分布可能有所不同。天然分布非常类似于随机分布，并且在帮助我们检测甚至最细小的食物以及识别和管理咀嚼，吞咽或吐出我们可能放入口中的食物方面非常有效。首席研究作者埃夫伦·安达布洛·雷耶斯博士说： 

“重塑普通人的舌头表面面临着独特的建筑挑战。数百个称为****的小芽状结构赋予舌头其特征性的粗糙纹理，从组织的角度来看，结合组织的柔软性质可创建复杂的景观。我们将注意力集中在舌头的前背区，其中一些乳突含有味觉感受器，而其中许多缺乏这种感受器。两种****在提供适当的机械摩擦以帮助口腔中的食物加工以及适量的唾液，提供愉悦的口感和适当的吞咽润滑方面都起着至关重要的作用。

以前，已经开发出人造舌头来模拟其感应机制，并使用脂质/聚合物膜，剥离的上皮细胞，酶，水凝胶或电子受体来模仿五种基本口味。去年，苏格兰的研究人员开发了一种人造舌头，它基于玻璃和光敏化学涂层金属传感器（金和铝）来检测威士忌，果汁，毒药的成分，甚至可以监测河水的成分。在加拿大，蒙特利尔大学的研究人员开发了一种人造舌头，使用金纳米颗粒来识别枫糖浆（其中有60多种）的各种口味特征。

然而，这些尝试针对特定的味道或化学反应已经高度集中了重点，还没有完全解决人舌复杂，自然的机械和化学结构的精确设计和复制。此外，COVID-19大流行给面对面的感官试验和消费者测试带来了重大挑战，并重新强调了对非人类试验或测试的开发。

但是，使用3D打印进行仿生设计的开发并不新鲜。之前，我们还报道了佐治亚理工学院的研究人员如何利用3D打印技术开发出基于猫的仿生舌头，并将其应用于软机器人和抓紧工具。此外，我们还研究了机器人仿生前脑的开发，以实现人为的触摸感。今年早些时候，来自加拿大和德国的研究人员以松锥针为灵感，开发了多功能且自给自足的多材料4D打印刻度尺和挡板系统。

3D打印负性霉菌–在人的舌头上有多个微小的孔，可容纳真菌状和盘状****。图片由利兹大学提供

利用利兹大学研究人员介绍的方法，可以重新创建这种自然的随机分布，以更好地研究口腔加工并治疗口腔疾病。特别是对于口干的人来说，这种仿生舌头可以使持久治疗的发展成为现实，这种口干将使大约10％的普通人口和30％的老年人口遭受痛苦。

在通过3D扫描进行最终设计后，研究人员随后使用计算机仿真和建模方法为人造舌创建了反型模具，以开发具有反型孔的3D可打印人造表面，并且不同乳突的尺寸随机分布在整个表面中。正确的密度。使用数字光处理（DLP）技术对3D打印副本，该技术使用针对润湿性和柔软性进行了优化的弹性体。

使用DLP将仿生舌头3D打印在聚合物中。图片由利兹大学提供

利兹大学的胶体与表面教授和首席研究员Anwesha Shankar发现了一种使用计算数学建模，3D扫描和打印来重现人舌表面的方法，这一壮举具有不小的意义：

“利用来自多个STEM学科的专业知识，我们证明了3D打印硅树脂表面具有模仿人类舌头机械性能的空前能力。我们认为，制造具有相关特性的合成表面以模仿复杂的建筑特征，更重要的是，人舌的润滑性能对于获得对流体在口腔内相互作用的定量了解至关重要。

“这种仿生舌头表面还可以作为独特的机械工具，根据质地属性帮助检测食品和高价值饮料中的假冒品，这是全球关注的问题，可以帮助确保食品安全。最终，我们希望我们设计的表面对于理解舌头的生物力学如何支撑人类的进食和言语基础至关重要。

该项目在ACS应用材料与界面中以题为“摩擦学应用的3D仿生舌模拟表面”的论文发表，该项目已获得欧洲研究委员会的资助，这是欧盟Horizo​​n 2020研究与创新计划的一部分。它汇集了来自各个领域的专业知识，以开发仿生解决方案-包括计算机科学，机械工程，食品胶体科学，软物质物理和牙科。

这种与人类舌头的自然机械和化学性质极为相似的舌头的发展，对于识别和研究迄今为止尚无法研究的有关人类舌头功能的基本口腔力学生物学问题将特别重要。它还将提供类似于生物组织的独特口腔摩擦学表面，以开发营养，生物医学和临床产品及其应用，甚至在软机器人领域也可以。