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3D打印第一个生物动力学语言表面 | 智能技术
时间:2020-10-31 来源:章鱼通

3D打印出的阴性模具显示了纤维板和真菌纸的洞。


科学家们首次利用3D打印技术创造了合成软质表面,提供了测试食品、营养技术、医药和口腔疗法口服处理特性的新机会。


利兹大学领导的英国科学家与爱丁堡大学合作,复制了非常先进的人类舌头表面设计,并证明其印刷合成硅结构模仿了舌头表面的地形、弹性和可湿性。


这些因素对于食物或唾液如何与舌头相互作用至关重要,而舌头又会影响口感、吞咽、言语、营养摄入和生活质量。


生物测定语言将有助于开发人员对新设计的产品进行筛选,加快新的开发进程,而不必在往非常昂贵和耗费时间的早期阶段进行人类试验。


特别是,自COVID - 19大流行病爆发以来,社会距离对进行这种感官试验和消费者测试构成了重大挑战。生物测定语言将极大地有助于提高发展生产力和减少制造商在早期阶段对人类试验的依赖。


生物测定语言可进一步提供多种应用,以打击食品和其他口服药物中的掺假行为,不论其质地属性是否为主导特征,并可挽救巨大的经济损失。


舌头生物表面的复杂性给人工复制带来了挑战,给发展和筛查有效的长期治疗或干嘴病综合疗法增加了重大障碍,约10%的普通人口和30%的老年人患有干嘴病。


研究的主要作者Efren Andablo - Reyes博士在利兹食品科学和营养学院做博士后研究。他说: "恢复普通人类舌头表面临独特的建筑挑战。数百个被称为papilla的类似布丁的小结构为舌头提供了其特有的粗糙质地,再加上组织的软性质,从机械的角度创造了一种复杂的景观。


"我们把注意力集中在舌头的前厅部分,其中一些木瓜含有口味受体,而许多木瓜没有这种受体。这两种木瓜在提供适当的机械摩擦以协助口腔卫生的食品加工、提供愉悦的口感和适当的吞咽润滑剂方面发挥着关键作用。


"我们的目标是在实验室中很容易用来复制口服处理条件的表面复制这些机械上相关的人类舌头特征" 。


这项研究汇集了食品科质科学、软物质物理学、牙科、机械工程和计算机科学方面的独特专门知识,今天发表在《 ACS应用材料和接口》杂志上。


视察队对15名成人的舌头表面进行了硅印象。对印象进行了三维光学扫描,以绘制纸尺寸、密度和语言的平均粗度图。发现人的语言的质地很像随机布局。


该小组利用计算机模拟和数学模型创建了3D打印的人造表面,作为一个模具发挥作用,其中含有随机分布在表面并具有适当密度的不同纸板形状和尺寸的水井。这是与优化柔软和可湿性的弹性体相呼应的翻版。


爱丁堡大学(University of Edinburgh)的合著者、信息科学院(School of Informatics)的里克·萨尔卡(Rik Sarkar)说:“ papillae的随机分布似乎对其舌头具有重要的感官作用。 ”


"我们界定了一个称为碰撞概率的新概念,用以测量将对这一领域产生重大影响的机械。今后,我们将把机器学习和计算地形结合起来,为各种健康和患病的人建立语言模型,以应对各种口腔疾病" 。然后用设在利兹机械工程学院的数字光处理技术打印人造表面。



3D光学图像接近人类舌尖表面。


该小组利用不同的复杂液体进行了一系列实验,以确保印刷表面的液体能够保持接触并传播到表面和润滑剂的性能与人的舌头印象相同。


利兹机械工程学院的联合作者Michael Bryant博士说: "应用生物三合一原理,研究摩擦和润滑油,创造这种吨状表面,是这一领域向前迈出的重要一步。能够准确复制结构和机械性质相似的舌头表面,将有助于简化口腔护理、食品和治疗技术的研究和开发" 。


利兹Colloids and Surface教授、首席调查员Anwesha Sarkar说: "准确地绘制和复制语言表面,并将其与接近人类语言弹性的材料结合起来,是一项不小的任务。我们利用科学、技术、工程和数学多个学科的专门知识,证明3D打印硅表面具有前所未有的能力,可以模仿人类舌头的机械性能。


"我们认为,制造具有相关特性的合成表面,模仿复杂的建筑特征,更重要的是,模仿人舌头的润滑性能,对于从数量上了解口腔内的液体如何相互作用至关重要。这种生物性舌头表面也可以作为一种独特的机械工具,帮助发现基于质地属性的食品和高价值饮料中的假货,这是一个全球关切的问题,有助于确保食品安全。"最后,我们希望,我们所设计的表面能够在理解舌头生物力学如何支撑人类喂养和言论的基本要素方面发挥重要作用。


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