浙江工商大学:口腔の柔らかい摩擦の研究のために人間の舌の根元をシミュレートする 3D プリント

浙江工商大学:口腔の柔らかい摩擦の研究のために人間の舌の根元をシミュレートする 3D プリント
出典: MF Precision


浙江工商大学食品・生物工学学院の陳建社教授の研究グループは、口腔軟摩擦研究に使用するために、人間の舌の表面微細構造と化学的性質を組み合わせた柔軟なバイオニック人間の舌基板を設計・製造しました。関連する研究結果は、口腔軟摩擦に関するin vitroシミュレーションテスト研究において重要な応用の見通しを持っています。この結果は、「in vitro 軟質「口腔」摩擦学研究のための模擬舌基質の開発」というタイトルで、Food Hydrocolloids 誌に掲載されました。

近年、摩擦デバイスの口​​腔摩擦学への応用は大きく進歩しましたが、現在広く使用されているin vitro口腔摩擦学試験技術では、滑らかな表面を持つ金属やエラストマーが使用されることが多く、実際の舌表面の複雑な特性や物理的性質のシミュレーションはまだ不完全です。哺乳類の舌の表面は、通常数百マイクロメートルの粗さを持つ複雑な幾何学的構造をしています。舌は主に、味蕾が豊富な茸状乳頭と、機械受容器の神経終末を含む基部にランダムに分布する糸状乳頭で構成されています。人間の舌の高い変形性と複雑な位相構造は、唾液による濡れと相まって、食物/口腔粘膜と人間の舌との間の摩擦と潤滑を制御します。


研究チームはこれまでの研究で、構造光学技術を用いて舌表面の仕切りの粗さに関する集団統計を行ってきました。 上記の研究背景を踏まえ、研究チームは舌乳頭の形態と舌表面の粗さの関係をさらに探究しました。 これに基づき、糸状乳頭の微細構造モデルを設計し、集団特性に基づいて、糸状乳頭の微細構造と分布をシミュレートした3種類のヒトの舌基部を作製しました。研究チームは、表面投影型マイクロステレオリソグラフィー3Dプリント技術(nanoArch S140、Mofang Precision)を使用して、上記で設計された微細構造の金型を効率的かつ正確に準備しました。



図 1. PDMS 鋳造および脱型後のヒトの舌根を模擬した 3 次元モデルと舌根の微細構造 (型のサイズ: 79 mm × 39 mm、25 mm × 35 mm の領域 3 つで構成され、T1、T2、T3 領域にそれぞれ 4900、3760、2600 個の模擬乳頭が分布)


図2 T3模擬ヒト舌根のin vitro軟摩擦試験の結果(T1とT2は同じ傾向を示している)

摩擦試験の結果は、異なる粘度および近似粘度の流体が完全なストライベック曲線を構成できることを示しています。さらに、試験に人間の舌を模した基質を使用した場合、境界潤滑層によって得られた見かけの摩擦係数の値は、滑らかな基質を使用した場合の値(≈1)よりも大幅に低く、チームの現場摩擦試験結果に近くなり、in vitro摩擦試験で特定の人間の舌の羽ばたき構造を持つ基質を使用すると、実際の口腔の柔らかい摩擦挙動をよりよくシミュレートできる可能性があることを証明しました。

この研究は、中国国家自然科学基金と中国国家自然科学基金青年科学基金の支援を受けて行われました。

オリジナルリンク:
https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106991




浙江工商大学、人間の舌

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