SCIENZIATI DEL REGNO UNITO STAMPANO IN 3D UNA LINGUA BIOMIMETICA REALISTICA CON POTENZIALI CAPACITÀ DI DEGUSTAZIONE
Scienziati dell’Università di Leeds e dell’Università di Edimburgo hanno stampato in 3D una lingua sintetica, che potrebbe essere in grado di percepire i sapori nel cibo.
I ricercatori hanno creato il loro dispositivo biomimetico morbido stampando in 3D “papille” (o papille gustative) simili a quelle trovate nell’organo autentico, su un elastomero di silicone utilizzando un modello basato su un processo puntuale. Utilizzando il loro dorso additivo, che emulava la consistenza dell’articolo originale, il team mira a quantificare le interazioni meccaniche tra la lingua umana e determinati alimenti.
“Ricreare la superficie di una lingua umana media comporta sfide architettoniche uniche”, ha affermato l’autore principale dello studio, il dott. Efren Andablo-Reyes. “Abbiamo mirato a replicare le caratteristiche meccanicamente rilevanti della lingua umana, in una superficie che è facile da usare in laboratorio per replicare le condizioni di lavorazione orale”.
Come per tutti i mammiferi, le lingue umane hanno una topologia altamente sofisticata ed è solo quando questa è combinata con una bagnabilità ottimale, che siamo in grado di svolgere attività critiche come mangiare, parlare e gustare. In termini puramente meccanici, queste funzioni di base sono governate da una serie di asperità simili a gemme presenti nella sezione dorsale inferiore della lingua chiamate papille.
Capire esattamente come queste minuscole strutture influenzano le capacità di rilevamento della consistenza della lingua, è un’informazione preziosa che potrebbe essere utilizzata per preparare cibi o medicinali più appetibili. Al momento, il test del gusto automatizzato per l’ottimizzazione orale comporta valutazioni reologiche di massa, ma queste non sono in grado di imitare le superfici o la lubrificazione di una lingua reale.
Di conseguenza, gli assaggiatori umani sono spesso impiegati nei processi di sviluppo alimentare, il che li rende uno sforzo costoso, dispendioso in termini di tempo e in definitiva soggettivo. Per i ricercatori, l’unico modo per ottenere una comprensione definitiva di come i fluidi interagiscono all’interno della bocca umana, era creare una lingua biomimetica e analizzare le sue prestazioni tribologiche.
Per creare accuratamente le loro lingue additive, i ricercatori hanno ottenuto scansioni 3D di 15 adulti sani, comprese le dimensioni, la densità, la distribuzione e la rugosità delle loro papille orali. Sulla base di queste immagini, il team ha utilizzato un modello randomizzato basato sul processo a punti di Poisson per progettare uno “stampo principale”, con una distribuzione spaziale ottimizzata tra le papille.
Due tipi specifici di gemme in miniatura sono comparsi più frequentemente nelle scansioni: le papille filiformi bianche e le papille fungiformi rosse, portando gli scienziati a dare la priorità alla loro inclusione nel loro dispositivo orale fabbricato.
“Abbiamo concentrato la nostra attenzione sulla sezione dorsale anteriore della lingua dove alcune di queste papille contengono recettori del gusto, mentre molte di loro mancano di tali recettori”, ha spiegato il dott. Reyes. “Entrambi svolgono un ruolo fondamentale nel fornire il giusto attrito meccanico per aiutare la lavorazione del cibo in bocca con la quantità adeguata di saliva”.
Per ottenere la risoluzione necessaria per ricreare il loro stampo principale, i ricercatori hanno implementato un sistema Envision Perfactory P3 Digital Light Processing (DLP) ai sensori di stampa 3D in un morbido elastomero di silicio. Quantità variabili della sostanza chimica polisorbato 80 sono state quindi aggiunte ai dispositivi a linguetta, per fornire un’adeguata bagnabilità, prima che fossero sottoposti a vari test di caratterizzazione.
Sebbene alcune delle lingue dell’additivo mostrassero diversi livelli di bagnabilità, le loro caratteristiche si sono dimostrate identiche a quelle dello stampo e, per estensione, a quelle dei soggetti del test. Per valutare la deformabilità del loro organo orale fabbricato, i ricercatori in seguito lo hanno confrontato con quello di un maiale e si è dimostrato quasi una corrispondenza esatta in termini di resistenza, bagnabilità e consistenza.
Dopo una serie di test di successo, il team ha concluso che il loro dispositivo a base di silicone stampato in 3D potrebbe emulare accuratamente la topologia della lingua umana. In futuro, gli scienziati ritengono che la loro replica del dorso potrebbe essere utilizzata come mezzo per test su alimenti o farmaci, oltre a sviluppare una più ampia comprensione di come funziona l’organo.
“Questa superficie biomimetica della lingua potrebbe servire come uno strumento meccanico unico per aiutare a rilevare la contraffazione negli alimenti e nelle bevande di alto valore sulla base di attributi tessiturali”, ha concluso il coautore dello studio Anwesha Sarkar. “In definitiva, la nostra speranza è che la superficie che abbiamo progettato possa essere importante per capire come la biomeccanica della lingua sia alla base dell’alimentazione e del linguaggio umano.
