利用 3D 打印打造吞咽困难饮食的未来

九州大学的研究人员利用 Lego Mindstorms EV3 开发了一种新的 3D 生物打印方法，该方法可以通过控制射频和微波能量定制用于吞咽困难饮食的蛋白质基乳剂凝胶的质地、粘附性和保水性。

　　

日本福冈——在日本这样快速老龄化的社会中，吞咽食物这种简单的动作对许多人来说都很有挑战性。这种被称为吞咽困难的疾病影响着全世界数百万人，并会严重降低人们的生活质量。虽然像果泥这样经过质地改良的食物可以使吞咽更安全，但很难让这些食物适应各种吞咽困难的情况，因为有些人可以忍受更坚硬的食物，而另一些人则需要质地更软的食物。九州大学和卡迪夫大学的研究团队在《科学报告》杂志上发表文章，开发了一种新的 3D 生物打印方法，该方法可以使用受控射频 (RF) 和微波 (MW) 能量定制蛋白质基乳剂凝胶的质地、粘附性和保水性，以用于吞咽困难饮食。

“对于许多患有吞咽困难的人来说，食物通常仅限于果冻状的食物，这会降低进食的乐趣，”第一作者、九州大学农学院副教授椿木俊太郎解释说。“我们的目标是创造出不仅安全而且诱人的饭菜。”

Tsubaki 看到了一个机会，可以运用他在微波工程方面的专业知识来解决这一挑战。“传统的加热方法会不加区分地加热内部的所有部分——既包括你想反应的部分，也包括你不想反应的部分，”他解释道。“微波则不同。它可以被控制，选择性地加热特定材料。这种精确性是关键。”

该团队首先开发了一种生物墨水，它由两种主要化合物组成：稳定的油包水乳液和含有蛋清蛋白和稳定剂的水溶液。然后，它们与少量氯化镁混合，氯化镁作为微波吸收助剂，帮助生物墨水有效加热，并促进液体凝固成凝胶所需的蛋白质变性。为了打印这种生物墨水，该团队受卡迪夫大学合作伙伴先前研究的启发，使用乐高Mindstorms EV3构建了一台定制的3D生物打印机。

“在初步测试证明我们能够利用不同的能量频率控制凝胶的质地后，我们将生物墨水装入3D打印机，并通过一个薄薄的涂抹器将其挤出，”Tsubaki解释说。“当生物墨水通过涂抹器时，我们会对其施加可控的射频或微波能量，将生物墨水转化为凝胶。随着生物打印机喷嘴在打印盘上移动，凝胶会逐层沉积在打印盘上。”

该团队的实验表明，只需改变施加能量的频率，就能生产出具有多种特性的凝胶，以满足不同吞咽困难患者的饮食需求。当他们使用200兆赫的较低频率（属于射频范围）时，所得凝胶明显更硬，并且能够更有效地保持其结构和水分含量。相比之下，使用2.45千兆赫的较高频率（类似于标准厨房微波炉的频率）时，所得凝胶更柔软，粘性更强。

“重要的是，我们可以通过频率控制质地，根据每个人的需求定制口感，”Tsubaki总结道。“我们的新方法潜力无限，不仅限于吞咽困难饮食，还可以扩展到人造肉、功能性营养、医疗食品，甚至太空口粮。我们已经在研究其他可进行3D生物打印的可食用材料。调节蛋白质聚集，甚至将风味锁在油相中的能力，也有可能带来风味增强的食品科技产品。”