九州大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)為吞咽困難患者開發(fā)3D打印作定制餐食新方法

2025年8月26日，南極熊獲悉，日本九州大學(xué)與卡迪夫大學(xué)的研究人員開發(fā)出一項(xiàng)創(chuàng)新性3D生物打印方法，可實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)基乳劑凝膠食品質(zhì)地的高度定制，為全球數(shù)百萬吞咽困難患者帶來一種新的飲食解決方案。

△相關(guān)研究成果已發(fā)布在《Scientific Reports》期刊，題目為“射頻和微波3D生物打印乳膠凝膠用于吞咽困難飲食”（傳送門）

九州大學(xué)農(nóng)學(xué)院副教授Shuntaro Tsubaki說道：“重要的是，我們可以通過頻率控制質(zhì)地，根據(jù)每個(gè)人的需求定制口感。我們的新方法潛力無限，不僅限于吞咽困難飲食，還可擴(kuò)展到人造肉、功能性營養(yǎng)、醫(yī)療食品，甚至太空口糧。我們已經(jīng)在研究其它可進(jìn)行3D生物打印的可食用材料。調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)聚集，甚至將風(fēng)味鎖定在油相內(nèi)的能力，也有可能帶來風(fēng)味增強(qiáng)的食品科技產(chǎn)品。”

△射頻和微波3D生物打印乳膠凝膠流程示意圖

可定制“軟硬”凝膠開拓個(gè)性化營養(yǎng)新路徑

吞咽困難在全球范圍內(nèi)普遍存在，尤其在日本等老齡化社會(huì)影響顯著。當(dāng)前，針對(duì)該群體的改良質(zhì)地食品（如果泥、果凍等）存在適口性單一、難以個(gè)性化定制的問題。這項(xiàng)研究由Shuntaro Tsubaki帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，結(jié)合微波工程與生物材料科學(xué)，開發(fā)出可通過射頻（RF）與微波（MW）能量精準(zhǔn)調(diào)控的3D生物打印工藝，顯著提升食品的質(zhì)地、粘附性及保水性調(diào)控能力。

研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了一種新型生物墨水，主要成分為穩(wěn)定的油包水乳液與含蛋清蛋白及穩(wěn)定劑的水溶液，并引入氯化鎂作為微波吸收助劑，有效促進(jìn)蛋白質(zhì)變性及凝膠形成。為實(shí)現(xiàn)高精度打印，團(tuán)隊(duì)基于LEGO Mindstorms EV3平臺(tái)，構(gòu)建了定制化3D生物打印設(shè)備。打印過程中，生物墨水通過專用涂抹器擠出，并在射頻或微波能量作用下快速轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)凝膠，逐層沉積，形成結(jié)構(gòu)可控的食品樣品。

Tsubaki表示：“傳統(tǒng)加熱方式無法實(shí)現(xiàn)局部精準(zhǔn)加熱，導(dǎo)致食品質(zhì)地難以精細(xì)調(diào)控。我們的微波選擇性加熱技術(shù)有效解決了這一難題，使不同患者可獲得最適合自身吞咽能力的食品質(zhì)地。同時(shí)，我們的目標(biāo)不僅是提升食品安全性，更要增強(qiáng)進(jìn)食體驗(yàn)，為吞咽困難患者帶來更多元化和愉悅的飲食選擇?！?br />

△熱像儀顯示，微波照射后乳膠凝膠的溫度迅速上升

微波頻率操控3D打印凝膠

研究團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)表明，只需改變施加能量的頻率，就能生產(chǎn)出具有多種特性的凝膠，為個(gè)性化醫(yī)療營養(yǎng)干預(yù)提供了全新解決方案。當(dāng)他們使用200 MHz的較低頻率（屬于射頻范圍）時(shí)，生成的凝膠明顯更硬，并且能夠更有效地保持凝膠結(jié)構(gòu)和水分含量。相比之下，使用2.45 GHz的較高頻率（類似于標(biāo)準(zhǔn)廚房微波爐的頻率）生成的凝膠則更柔軟，粘性更強(qiáng)。

Tsubaki說道：“初步測(cè)試證明，我們可以通過不同的能量頻率控制凝膠的質(zhì)地，之后我們將生物墨水裝入3D打印機(jī)，并通過一個(gè)薄薄的涂抹器將它擠出。當(dāng)生物墨水通過涂抹器時(shí)，我們會(huì)對(duì)凝膠施加可控的射頻或微波能量，將生物墨水轉(zhuǎn)化為凝膠。隨著生物打印機(jī)噴嘴在打印盤上移動(dòng)，凝膠會(huì)一層層地沉積在打印盤上。”

未來，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化生物墨水配方與打印工藝，推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)在醫(yī)療、養(yǎng)老及個(gè)性化營養(yǎng)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。