На 3D-принтере напечатали поверхность языка

Ученые впервые создали синтетические мягкие поверхности с язычковой текстурой с помощью 3D-печати, открыв новые возможности для тестирования свойств пищевых продуктов, пищевых технологий, фармацевтики и средств лечения сухости во рту.

Британские ученые из  Университета Лидса в сотрудничестве с Эдинбургским университетом воспроизвели очень сложный дизайн поверхности человеческого языка. Напечатанная структура из синтетического силикона имитирует топологию, эластичность и смачиваемость поверхности языка. Эти факторы играют важную роль во взаимодействии языка со слюной и пищей, что, в свою очередь, может повлиять на ощущение во рту, глотание, речь, питание и качество жизни.

Биомиметический язык поможет в будущем проводить исследования влияния различных продуктов или препаратов без необходимости использовать для этого мышей или людей. Подробное изучение структуры языка и слюнных желез может решить проблемы, связанные с заболеваниями ротовой полости, например, сухости во рту, от которой страдает примерно 10% населения в целом.

Кроме того, биомиметический язык открывает новые возможности для борьбы с фальсификацией пищевых продуктов и других фармацевтических препаратов, вводимых перорально, и тем самым предотвратить огромные экономические потери.

«Воссоздание поверхности обычного человеческого языка сопряжено с уникальными архитектурными проблемами. Сотни маленьких шишковидных структур, называемых сосочком, придают языку характерную грубую текстуру, которая в сочетании с мягкой природой ткани создает сложный ландшафт с механической точки зрения. Мы сосредоточили наше внимание на переднем дорсальном отделе языка, где часть сосочков имеет вкусовые рецепторы, а часть обходится без них. Оба вида сосочков играют решающую роль в обеспечении правильного механического трения, чтобы способствовать обработке пищи во рту с достаточным количеством слюны, обеспечивая приятное ощущение во рту и надлежащую смазку при глотании. Мы стремились воспроизвести эти механически важные характеристики человеческого языка на поверхности, которую легко использовать в лаборатории для воспроизведения условий обработки полости рта», сказал едущий автор исследования доктор Эфрен Андабло-Рейес.

Исследование, объединившее уникальный опыт в области пищевой коллоидной науки, физики мягкого вещества, стоматологии, машиностроения и информатики, опубликовано в журнале  ACS Applied Materials & Interfaces .

Команда сделала силиконовые слепки поверхностей языка у пятнадцати взрослых. Оттиски были оптически сканированы в 3D, чтобы отобразить размеры сосочков, плотность и среднюю шероховатость языков. Было обнаружено, что текстура человеческого языка имеет случайный вид. Поэтому, использовав математическое и компьютерное моделирование, была получена искуственная поверхность с лунками и сосочками разных размеров, распределенными по поверхности случайным образом и неоюходимой плотностью. «Язык» изготовлен по аналогии с эластомерами оптимизированной мягкости и смачиваемости.

Соавтор исследования Рик Саркар из Школы информатики Эдинбургского университета сказал: «Случайность в распределении сосочков, по-видимому, играет важную сенсорную роль для языка. Мы определили новую концепцию для измерения механочувствительности, которая окажет большое влияние в этой области. В будущем мы будем использовать сочетание машинного обучения и вычислительной топологии для создания моделей языка здоровых и больных людей для лечения различных заболеваний полости рта».

Затем искусственная поверхность была напечатана на 3D-принтере с использованием технологии цифровой обработки света в Школе машиностроения в Лидсе.

Команда провела серию экспериментов с использованием различных сложных жидкостей, чтобы убедиться, что смачиваемость напечатанной поверхности и характеристики смазки были такими же, как у отпечатков человеческого языка.

Доктор Майкл Брайант из Школы машиностроения в Лидсе сказал: «Применение биотрибологических принципов, изучение трения и смазки при создании этой язычковой поверхности является значительным шагом вперед. Возможность создавать точные копии поверхностей языка с аналогичной структурой и механическими свойствами поможет упростить исследования и разработки в области ухода за полостью рта, пищевых продуктов и терапевтических технологий».

По словам профессора Анвеши Саркар, подобное изобретение — беспрецедентный случай, который заставит по-новому взглянуть на механизмы, протекающие в полости рта: «Мы считаем, что изготовление синтетической поверхности с соответствующими свойствами, имитирующими сложные архитектурные особенности, и, что более важно, смазывающие свойства человеческого языка, имеет первостепенное значение для получения количественного понимания того, как жидкости взаимодействуют в ротовой полости.

Биомиметическая поверхность языка также может служить уникальным механическим инструментом для обнаружения подделки пищевых продуктов и напитков на основе текстурных характеристик, что на сегодняшний день является глобальной проблемой.

В конечном счете, мы надеемся, что разработанная поверхность может иметь большое значение для понимания роли биомеханики языка в человеческом питании и речи».

Источник: scitechdaily.com