3D列印與生活結合 可以這樣做

從工具到材料的研發之路

    曾幾何時，3D列印還只是實驗室中的原型製作工具，而今天，它已經從“造型”走向“造材”。從教育模型、食品加工、功能性夾具，到高端生物材料的列印應用，3D列印正逐步滲透至醫療、食品、材料科學等多個領域，成為推動科研與產業革新的關鍵力量。

在這個轉變中，一個顯著趨勢正在浮現：**3D列印不僅改變了工具製造的方式，更在“材料本身的研發”中扮演了核心角色。**它讓材料科學家能夠跳脫傳統加工的限制，自訂微觀結構、混合成分甚至生物活性，從而開發出更智慧、更個性化的解決方案。

3D列印引領材料科學革新隨

    隨著3D列印技術的日益成熟，它已不再局限于原型開發和創意製作，在材料科學研究中扮演著越來越關鍵的角色。其高精度、可定制、可控結構的特點，使研究人員能夠列印出微觀結構複雜、物理性能穩定的新型材料模型，乃至用於生物醫學中的高端植入物開發。

一個具有代表性的突破案例來自美國西北大學（Northwestern University）。該校材料科學助理教授 Ramille Shah 領導的研究團隊，成功開發出一種**“超彈性骨”材料**，作為人類骨骼再生的潛在植入解決方案。

這種材料主要由人體骨骼中天然存在的礦物質——羥磷灰石（Hydroxyapatite）構成，並與特定聚合物混合，通過3D列印製造而成。它不僅可塑性強，且具備生物活性，細胞能“識別”羥磷灰石並與之互動，有利於新骨細胞的生長與整合。這種材料在重建手術中展示出良好的適配性和生物相容性，儘管尚未廣泛應用於臨床，但已被視為再生醫學的重大突破。

參考資料：NewScientist   https://www.newscientist.com/

質構與3D列印的協同效應

    將3D列印與質構儀結合，為科研與產業帶來了前所未有的可能性：

• 🔬 個性化夾具定制：通過3D列印快速製作適配不同樣品形態的夾具，實現更精准的力學測試。

• 🧠 機器學習預測結構口感關係：結合食品工程與材料力學，類比不同3D結構對咀嚼感、流動性等感官指標的影響。

在食品行業，這種融合已逐步實現商業化應用；在醫用材料領域，它更被看作是下一代生物工程的核心平臺。

應用案例：定制專用的寵物護理

    在寵物營養與健康研究中，跨領域技術同樣展現出驚人潛力。瑪氏寵物護理公司（Mars Petcare）就研發了一種“咀嚼機器人”，用於測試犬類牙科產品對牙菌斑的清除效果。

這款機器人是通過真實犬類口腔與頜骨的掃描資料構建出的3D模型，能類比犬類自然的咀嚼動作與咬合壓力，再結合質構儀進行牙科零食或咬膠的結構測試。這種方法不僅提升了測試的可重複性和客觀性，也加速了寵物口腔產品的開發效率。

    從寵物食品到骨骼植入物，從流質食品結構分析到人類口感優化，質構儀與3D列印的結合正推動材料研究邁向更靈活、智慧、精准的方向。隨著人工智慧、材料科學、生物工程的持續融合，我們正處於一個跨界創新的新時代，未來材料不僅能被“設計”，更能被“列印、測試並智慧優化”。這正是科學與工程共同塑造的明日之境。

3D列印與質構的研究進展

3D列印與質構儀的結合應用日益增加，更多相關文獻請上網搜尋

Creation of internal structure of mashed potato construct by 3D printing and its textural properties

Improving drug release rate, drug-polymer miscibility, printability and processability of FDM 3D-printed tablets by weak acid-base interaction

The Use of Micro-Ribbons and Micro-Fibres in the Formulation of 3D Printed Fast Dissolving Oral Films

Design and optimization of ciprofloxacin hydrochloride biodegradable 3D printed ocular inserts: Full factorial design and in-vitro and ex-vivo evaluations: Part II

3D Printable One‐Part Carbon Nanotube‐Elastomer Ink for Health Monitoring Applications

Biphasic burst and sustained transdermal delivery in vivo using an AI-optimized 3D-printed MN patch

In-situ ionic crosslinking of 3D bioprinted cell-hydrogel constructs for mechanical reinforcement and improved cell growth

Development of 3D printable bioresorbable drug eluting coronary stents: An experimental and computational investigation

A critical review of traditional and advanced characterisation tools to drive formulators towards the rational development of 3D printed oral dosage forms

探索食品新質界 可以這樣做

打破傳統的料理方式

    你有沒有想過，有一天我們的廚房不再需要鍋碗瓢盆，而是多了一台3D印表機，直接「列印」出美味的晚餐？聽起來像科幻電影，但這正是3D列印食品的魅力！不過，問題來了，這些看起來像藝術品的食物，吃起來真的好吃嗎？

    3D列印食品最大的優勢就是可以精准控制形狀和材料比例，但這也帶來了一個挑戰：如何讓食物在外型和口感之間找到平衡？例如，列印一個超精緻的巧克力球，如果太硬咬不動，或者太軟一碰就塌，那就尷尬了。這時候，質構儀就像一位嚴格的「品管老師」，幫助我們調整配方，確保列印出來的食物既有藝術感，又有美味的靈魂。

引用自Kozu, H., Umeda, T., & Kobayashi, I. (2024).  Production and characterization of 3D-printed foods with hybrid layered structures consisting of agricultural product-derived inks.
    隨著技術進步，3D列印食品已經不再只是概念，而是逐漸走進現實生活。從個性化定制蛋糕，到為老人和病患設計易於咀嚼的營養餐，這項技術正在改變我們對食物的想像。除了測試產品與口感的差異外，製備原料的擠出工藝也是領域研究中重要的一環。

不僅新奇，更要安全

    為了讓3D列印的軟質食品真正走進養老照護和醫療營養的實際場景，還需要借助一套清晰的評估標準。目前，國際上廣泛使用的就是 IDDSI（國際吞咽障礙飲食標準），它將食物從液體到固體分為八個等級，確保不同吞咽能力的人都能安全進食。而像日本推出的 UDF 微笑標章則結合質地檢測，為軟食設立了品質規範。這些標準就像是一把把“安全尺”，協助食品開發者用科學方式測試每一道料理的軟硬度、黏稠度和入口即化的程度。通過這些分級測試，3D列印出的老齡食品不僅能讓長輩吃得開心，更吃得安心。

濃稠但不糊口 可以這樣做

真正好的優酪乳，就像一段恰到好處的關係——濃但不糊

    濃稠 代表有質感的厚度，入口時綿密溫柔的流動感，口腔包覆的輕盈感是自然發酵與時間的饋贈；糊口 滯澀、黏膩，時重時輕的堆積讓人喘不過氣的口腔包袱感。

優酪乳的成分決定口感

  優酪乳飲用時在口腔中的附著與停留感形成的口腔塗層感(mouth coating)，來自酪蛋白、脂肪與增稠劑的協同作用。這些結構特性不僅決定流動性與稠度，也定義了口感的舒適度。

量化「濃稠但不糊口」的理想狀態，不是單一數值或厚度外觀可以決定的，而是入口到吞咽之間整體動態口感的呈現，包含比重、屈服應力、流動性、黏聚性與黏附性等關鍵物性指標的綜合性指標。

定性濃稠與糊口時的誤區

    通常流動性樣品在質構測試最常使用擠壓測試，最常用的資料解析是最大峰值或面積表徵濃稠度、負峰說明粘度，但是口感的豐富體驗豈能如此簡單粗暴?!

為更精准描述飲用體驗，可以考慮以下測量重點：

 平板壓縮初接觸時的表面張力：模擬舌尖初感。

 進入液面的瞬間屈服應力：展現口腔啟動動作的阻力感。

 流動斜率：斜率愈小流動相對好，對應出吞咽速度

 正峰面積：流體內部黏聚能力表示吞咽能量。

 負峰滴落的順暢度與位移波動：可量化吞後回黏與回味感的殘留程度。

不同品牌的量化的結果

  通過多功能物性分析儀的多指標可以明顯觀察三種品牌呈現出在口腔中的不同的飲用動態變化如下

 屈服應力愈高，表示產品更具結構性，也更黏聚。

 質地圖形的流動曲線的平順度與跌宕幅度，可反映口感是否均勻、自然。

 其中蒙牛與味全從正峰看似濃稠度差異不大，但從屈服應力與壓縮後的擠壓應力表現出不同流動特徵，斜率較大表示較為緩慢的吞咽流動性，斜率趨近1較易流動。

 負峰滴落狀態 則對應到飲後在口腔內的黏附殘留感，其曲線面積越大，代表黏附感越明顯，平順度或跌宕的線性位移可以關聯滯澀感。

唇膏質感背後的“摩擦”可以這樣做

唇膏順滑不拔幹，秘密藏在“摩擦力”中

     一支優質的唇膏不僅要色澤飽滿、持久顯色，更應在塗抹時帶來柔滑細膩的觸感。尤其在秋冬季節，唇部肌膚容易乾裂脫皮，唇膏的使用舒適度顯得尤為重要。而影響這一觸感的關鍵因素，正是“摩擦力”。

    從物理角度來看，唇膏在唇部表面塗展時產生的摩擦力越低，塗抹過程越順暢，唇部肌膚受到的拉扯越少，使用體驗也就越好。高摩擦力則容易帶來卡頓、乾澀的感覺，甚至可能加劇唇部敏感與乾燥。

    

科學測量，用資料說話的順滑度

    傳統上，人們依靠主觀感受來判斷唇膏的順滑與否。然而隨著技術的發展，質構分析儀（Texture Analyzer）如今已成為唇膏產品研發與評估中不可或缺的專業工具。

    通過模擬塗抹動作，質構儀可精確測定唇膏塗抹過程中的動態摩擦力變化。測試資料包括初始接觸摩擦、持續滑動摩擦曲線等多個維度，為評估“絲滑感”提供了客觀、可量化的依據。

通常而言，初始摩擦力較低、摩擦變化平穩的配方，在實際使用中更能帶來連續、均勻且舒適的使用感。

摩擦測試，看見“順滑”的科學證據

    摩擦測試採用模擬皮膚表面，與唇膏模擬實際塗抹動作，精准記錄阻力變化。對比資料顯示，相較于普通型唇膏，滋潤型唇膏在測試過程中展現出顯著更低且更平穩的摩擦力曲線，代表其在多次重複使用下仍能保持優異的順滑表現。

-----一般 -----滋潤型

科學選品，打造理想唇感體驗

    通過引入質構儀檢測與摩擦力資料分析，消費者可以不再依賴“試試看”的方式選購唇膏，而是用科學依據做出精准判斷。配方師也可據此優化產品，使唇膏在保濕、顯色之外，更能實現真正的“塗抹愉悅感”。

   未來唇膏質感的競爭，將不止於視覺，更在於“觸覺科學”的深度較量。

口感不同，因為孔隙

食材都一樣，口感大不同

    你是否曾經好奇，為什麼明明是雞蛋、麵粉、糖這三種最常見的原料，做出來的蛋糕卻千差萬別？其實，秘訣就藏在“工序”裡。就像畫家用相同的顏料可以畫出完全不同的風景，烘焙師也能用相同的食材，創造出千變萬化的蛋糕口感。

不同的工序，造就不同的蛋糕

    戚風蛋糕的製作過程中，蛋白和蛋黃是分開處理的。蛋白單獨打發成穩定的蛋白霜，再與蛋黃糊混合，這一步驟形成了戚風特有的輕盈蓬鬆結構。

    海綿蛋糕則採用全蛋打發的方式，蛋白和蛋黃一起打發。因為蛋黃中的脂肪會抑制起泡，打發起來相對較慢，成品的氣泡也較大，但蛋糕的彈性更強，結構更穩定。

    磅蛋糕的製作則幾乎不依賴打發，採用的是“糖油打發法”，黃油與糖先充分混合，再加入雞蛋與麵粉。這種方式讓蛋糕質地密實、扎實，口感濃郁。

結構的關鍵：打發方式決定蛋糕個性

    不同的打發方式直接影響了氣泡的大小與分佈，從而影響蛋糕的口感與結構。戚風蛋糕因為使用單獨打發的蛋白霜，氣泡最為細膩，質地輕盈如雲；海綿蛋糕則因全蛋打發，氣泡較粗，但彈性佳，適合夾層使用；而磅蛋糕沒有氣泡支撐，完全靠原料比例和黃油的結構支撐，因而成品厚實飽滿，層次感濃烈。這些細節上的變化，讓“相同”的原料，擁有了全然不同的呈現。

科學儀器讓蛋糕更精准

    為了更精准地瞭解蛋糕的質地與口感表現，現代烘焙也借助科學儀器來進行分析。例如，使用超技SMS多功能物性分析儀可以量化蛋糕的“硬度”、“彈性”與“咀嚼性”等口感參數，而C-Cell孔隙分析儀則能分析蛋糕內部的氣孔分佈、大小與均勻程度。這些資料説明我們用科學的方法評估不同工序下蛋糕的口感差異，讓傳統手藝與現代技術完美結合。

工序決定風格，細節成就美味

雖然食材看似簡單相同，但每一個步驟的差異都決定了蛋糕的性格。是要如雲朵般輕盈？還是如絲綢般彈韌？亦或是像磚塊般結實厚重？選擇哪一種蛋糕，就像選擇一種心情。