九州大学研究团队为吞咽困难患者开发3D打印作定制餐食新方法

2025年8月26日，南极熊获悉，日本九州大学与卡迪夫大学的研究人员开发出一项创新性3D生物打印方法，可实现蛋白质基乳剂凝胶食品质地的高度定制，为全球数百万吞咽困难患者带来一种新的饮食解决方案。

△相关研究成果已发布在《Scientific Reports》期刊，题目为“射频和微波3D生物打印乳胶凝胶用于吞咽困难饮食”（传送门）

九州大学农学院副教授Shuntaro Tsubaki说道：“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。我们的新方法潜力无限，不仅限于吞咽困难饮食，还可扩展到人造肉、功能性营养、医疗食品，甚至太空口粮。我们已经在研究其它可进行3D生物打印的可食用材料。调节蛋白质聚集，甚至将风味锁定在油相内的能力，也有可能带来风味增强的食品科技产品。”

△射频和微波3D生物打印乳胶凝胶流程示意图

可定制“软硬”凝胶开拓个性化营养新路径

吞咽困难在全球范围内普遍存在，尤其在日本等老龄化社会影响显著。当前，针对该群体的改良质地食品（如果泥、果冻等）存在适口性单一、难以个性化定制的问题。这项研究由Shuntaro Tsubaki带领团队，结合微波工程与生物材料科学，开发出可通过射频（RF）与微波（MW）能量精准调控的3D生物打印工艺，显著提升食品的质地、粘附性及保水性调控能力。

研究团队自主研发了一种新型生物墨水，主要成分为稳定的油包水乳液与含蛋清蛋白及稳定剂的水溶液，并引入氯化镁作为微波吸收助剂，有效促进蛋白质变性及凝胶形成。为实现高精度打印，团队基于LEGO Mindstorms EV3平台，构建了定制化3D生物打印设备。打印过程中，生物墨水通过专用涂抹器挤出，并在射频或微波能量作用下快速转化为蛋白质凝胶，逐层沉积，形成结构可控的食品样品。

Tsubaki表示：“传统加热方式无法实现局部精准加热，导致食品质地难以精细调控。我们的微波选择性加热技术有效解决了这一难题，使不同患者可获得最适合自身吞咽能力的食品质地。同时，我们的目标不仅是提升食品安全性，更要增强进食体验，为吞咽困难患者带来更多元化和愉悦的饮食选择。”

△热像仪显示，微波照射后乳胶凝胶的温度迅速上升

微波频率操控3D打印凝胶

研究团队的实验表明，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，为个性化医疗营养干预提供了全新解决方案。当他们使用200 MHz的较低频率（属于射频范围）时，生成的凝胶明显更硬，并且能够更有效地保持凝胶结构和水分含量。相比之下，使用2.45 GHz的较高频率（类似于标准厨房微波炉的频率）生成的凝胶则更柔软，粘性更强。

Tsubaki说道：“初步测试证明，我们可以通过不同的能量频率控制凝胶的质地，之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它挤出。当生物墨水通过涂抹器时，我们会对凝胶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，凝胶会一层层地沉积在打印盘上。”

未来，研究团队计划进一步优化生物墨水配方与打印工艺，推动这项技术在医疗、养老及个性化营养领域的实际应用。