Forscher aus Großbritannien von der University of Edinburgh und der University of Leeds haben die Nachbildung einer realitätsnahen, funktionsfähigen Zunge mit einem 3D-Drucker hergestellt. Diese soll Aromen in Lebensmittel wahrnehmen können. Die 3D-gedruckte Replik könnte in Zukunft zum Beispiel für Lebensmittel- oder Medikamententests eingesetzt werden.

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Forscher der University of Edinburgh und der University of Leeds haben eine synthetische Zunge in 3D gedruckt, die Aromen in Lebensmittel wahrnehmen kann. Für das biomimetische Gerät druckten die Wissenschaftler auf ein Silikonelastomer Papillen bzw. Geschmacksknospen, die dem des echten Organs sehr nahekommen. Dazu verwendeten sie ein punktbasiertes Modell, wie sie in einer Pressemitteilung erklären. Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen veröffentlichten sie in einer Arbeit mit dem Titel „3D Biomimetic Tongue Emulating Surfaces for Tribological Applications“. Die additive Fertigung hat auch andere Bereiche des Körpers erfolgreich repliziert. Forscher aus Südkorea stellen vor einem Jahr Augenhornhaut mit 3D-Drucker her.

Die Arbeit einer Zunge

3D-gedruckte Zunge
Die Forscher haben die 3D-gedruckte Zunge (im Bild) mit einem DLP-3D-Drucker hergestellt (Bild © University of Leeds).

Der 3D-gedruckte Zungenrücken ahmt die Textur einer echten Zunge nach, mit der die Forscher die mechanischen Wechselwirkungen zwischen der menschlichen Zunge und bestimmten Lebensmitteln messen wollen.

Mechanisch sorgt eine Reihe knospenartiger Unebenheiten für diese Grundfunktion wie Essen, Sprechen und Schmecken. Die Unebenheiten befinden sich im unteren Rückenbereich der Zunge.

Zu erkennen, wie diese winzigen Strukturen die Texturerkennungsfähigkeiten der Zunge beeinflussen, kann dabei helfen, schmackhaftere Lebensmittel oder Medikamente herzustellen. Die biomimetische Zunge soll ungenaue automatisierte Geschmackstests und kostspielige Verkostung durch Menschen ersetzen.

Der Hauptautor der Studie, Dr. Efren Andablo-Reyes, erklärt:

„Wir wollten die mechanisch relevanten Eigenschaften der menschlichen Zunge auf einer Oberfläche reproduzieren, die im Labor einfach zu verwenden ist, um orale Verarbeitungsbedingungen zu replizieren.“

Der 3D-Druck der Zunge

Bild aus der Studie
Die 3D-gedruckte Zunge (Bild) entsprach den Wissenschaftlern zufolge der Topologie eines Schweins (Bild © ACS Nano Journal).

Forscher erhielten dazu 3D-Scans von 15 gesunden Erwachsenen und die Daten zu Abmessungen, Dichte, Verteilung und Rauheit ihrer oralen Papillen. So konnten das Team ein randomisiertes Modell erstellen, dass auf dem Poisson-Punkt-Prozess basiert, um eine „Master-Form“ mit optimierter räumlicher Verteilung zwischen den Papillen zu entwerfen. Weiße filiforme und rote fungiforme Papillen tauchten in den Scans am häufigsten auf und wurden für die 3D-gedruckte mimetische Zunge priorisiert.

Die Forscher druckten Sensoren mit einem DLP-System ( Envision Perfactory P3 Digital Light Processing) in ein weiches Siliziumelastomer. Die zungenartige Vorrichtung wurde um die Polysorbat 80-Chemikalie ergänzt, um eine geeignete Benetzbarkeit bereitzustellen. Anschließend wurden sie verschiedenen Charakterisierungstests unterzogen.

Die fertige Zunge

Nach den Tests stellten sie fest, dass die 3D-gedruckte Zunge auf Silikonbasis die Topologie der menschlichen Zunge genau emulieren kann. Ihr „Replica Dorsum“ könnte für Lebensmittel- oder Medikamententests verwendet werden. Co-Autorin der Studie, Anwesha Sarkar, geht davon aus, dass die mimetische Zunge dabei helfen kann, zu verstehen, wie die Biomechanik der Zunge die menschliche Ernährung und Sprache unterstützt. Mehr zum 3D-Druck von organischen Substanzen und Körperteilen erfahren Sie auf unserer Themenseite „Bioprinting“ und regelmäßig neu im kostenlosen 3D-grenzenlos Newsletter (jetzt abonnieren).

Topologie der 3D-gedruckten Zunge
Die 3D-gedruckte Zunge soll den Forschern ein besseres Verständnis bringen, wie die Zunge die Sprachbildung unterstützt (Bild © Anwesha Sakar, University of Leeds)

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