作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 TA处理下人舌模拟水凝胶孔径的变化
(一)人体舌头的扫描电镜图像模拟水凝胶治疗前
(二)人工舌治疗前平均微孔尺寸直方图
(三)人体舌头的扫描电子显微镜图像模拟水凝胶经热处理后
(四)人工舌经热处理后的平均微/纳米孔尺寸直方图
直方图平均值和误差条(B和D)是从390个孔测量的
学分:科学进步，doi: 10
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aba5785 人造舌头因其能够检测五种基本味道而受到越来越多的关注，但直到现在，科学家们还不能在实验室里完全实现人类舌头一样的生物仿制药的收敛性
为了模仿人类舌头感知涩味的机制，郑海阳和韩国蔚山国家科学技术研究所的一组能源工程和化学工程科学家，使用了一种类似唾液的、耐化学腐蚀的离子水凝胶，固定在一个柔软的基底上，创造了一个柔软的人造舌头
他们将该结构暴露于收敛化合物中，并允许疏水性聚集体在微孔网络中形成，将其转化为具有改善的离子导电性的微/纳米多孔结构
利用人类独特的舌状结构，他们检测到了广泛的单宁酸(0
0005至1重量百分比),具有高灵敏度和快速响应时间
作为概念验证，该传感器基于简单的擦拭检测方法检测饮料和水果中的涩味
该平台未来将在人形机器人中有强大的应用，并作为味觉监控设备，这项研究工作现已发表在《科学进展》杂志上
舌头是一种肌肉器官，它是身体最柔软、最灵活和最敏感的部分之一，容纳着一系列机械感受器和离子通道
一层几百微米厚的唾液薄膜可以保持舌头的水分，它含有99%的水、电解质、免疫球蛋白和分泌蛋白的混合物
唾液在味觉感知过程中起着重要作用，它溶解味觉物质，使它们与受体细胞结合或有效地流经离子通道
人类可以区分五种基本味道，包括甜、酸、苦、咸和鲜味
水溶性味觉可以通过味觉受体细胞或离子通道来检测，这是基于在结合甜味、苦味和鲜味感觉的味觉化学物质后，由于受体细胞去极化而产生的电信号
对于咸味和酸味，这个过程取决于钠离子或氢离子通过离子通道的流动
涩味检测传感器的工作原理
(一)人舌涩感原理示意图
(二)人工舌照片及人工舌涩感原理示意图
照片信用:J
Y
蔚山国家科学技术研究所
(三)可检测收敛剂的水凝胶在暴露于钽前的扫描电子显微镜图像
在暴露于1重量%的钽60秒后，可检测到的收敛剂水凝胶的扫描电镜图像；(丙)和(丁)中的插图是放大的扫描电镜图像，分别展示了微孔和微/纳米孔
学分:科学进步，doi: 10
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aba5785 人类可以通过接触主要在未成熟的水果、葡萄酒和茶中发现的多酚来感觉到涩味
它们是一种强抗氧化剂和抗炎物质，但能够引起负面营养影响或在高剂量下变得致命
由于摄入的收敛剂和覆盖在舌头上的鼠尾草蛋白之间有很强的联系，所以可以检测到收敛剂
在口腔内，涩味物质可以与分泌的蛋白质结合，形成不溶性沉淀，使上皮收缩，产生干燥、起皱的感觉
到目前为止，生物工程师还没有开发出一种对特定涩味有选择性的完全灵活柔软的人造舌头
在这项工作中，约姆等人
通过引入一种基于水凝胶的柔软人造舌头来模仿人类的涩味感知机制
它们被人类舌头上的薄唾液层生物诱导，通过共价键在柔性聚合物基底上产生同样柔软和薄的水凝胶膜
人造舌头含有作为分泌蛋白的粘蛋白、氯化锂、聚丙烯酰胺和一个三维多孔聚合物网络，以使电解质容易流动
200微米的软水凝胶厚度与人舌头上的实际唾液层相当，并且促进了收敛剂的有效吸附和扩散
举个例子，Yeom等人
在实验中使用单宁酸
当透明质酸扩散到水凝胶基质中时，进入的透明质酸分子结合并与粘蛋白复合形成疏水聚集体
该过程将微孔凝胶转变成具有增强的离子导电性的分级微或纳米多孔结构
该构建体可以成功地检测实际饮料中的涩味程度，还可以有效地监测水果的成熟
粘蛋白与透明质酸的结合机制
(一)粘蛋白示意图
分散在聚丙烯酰胺水凝胶网络中的粘蛋白聚合物的扫描电镜图像；插图是毛孔边缘的放大部分
(三)粘蛋白和粘蛋白与透明质酸混合物的红外光谱
(四)粘蛋白和粘蛋白与透明质酸混合物的拉曼光谱
a
u
，任意单位
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aba5785 Yeom等人
用傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱研究了粘蛋白和单宁的结合机理和化学组成
粘蛋白的振动峰对应于酰胺ⅰ和酰胺ⅱ的蛋白质带，结合的单宁引起背景构象的变化
为了设计一种使用唾液状水凝胶和柔性电极基底的柔性化学电阻传感器，科学家们使用聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，然后进行氧等离子体处理，以形成亲水(亲水)PEN表面，从而有效地将表面附着到唾液状PAAm水凝胶网络上
然后，他们在紫外聚合下使用化学锚定剂在基底之间形成共价键
在其作用机理中，三维微孔网络中可移动的氯化锂离子使人工唾液膜呈现中等的电导率，但电解质粘附在亲水性微孔上，离子传递不畅
当Yeom等人
将透明质酸引入人造舌，粘蛋白和透明质酸复合形成疏水聚集体，增强离子在整个分级孔隙结构中的转运
这种转变通过增加离子电导率促进了涩味的感觉
研究小组通过监测不同浓度钽下电流的相对变化来量化感官表现
该传感器具有较宽的传感范围和较高的灵敏度，在实际应用中具有许多潜在的优势
为了测试真正饮料的涩味，科学家们使用了三种不同类型的葡萄酒，包括红葡萄酒、玫瑰红葡萄酒和白葡萄酒，以及不同冲泡时间的红茶
和之前的TA一样，他们监测特定的电流变化来评估标准的涩味，其中红酒由于其单宁的浓度而具有最高的涩味
柔性人工舌的设计
(一)柔性涩味传感器的制作工艺
(二)TA处理前涩味传感器工作原理示意图(左)；水凝胶中的亲水微孔(中心)；放大的孔壁显示了静电相互作用——有限的离子流(右)
(三)TA处理后涩味传感器工作原理示意图(左)；水凝胶中的分级微/纳米孔(中心)；疏水性纳米孔的放大孔壁显示增强的离子流(右)
学分:科学进步，doi: 10
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aba5785 科学家们随后考虑了传感器在现实应用中的稳定性
为了防止主要由水组成的唾液状水凝胶脱水，他们在人造舌头上采用氯化锂作为导电和保湿剂
由于其粘蛋白成分，人造舌头在宽的传感温度范围内表现出稳定的传感性能
虽然人的舌头可以通过舔来检测化合物的痕迹，但人造舌头检测痕量分析物的能力有限
相比之下，此处开发的新型涩味传感器通过传感器设备内置的灵活擦拭过程中的擦拭和检测方案直接分析液体分析物
研究小组随后用这种装置测试了未成熟的柿子，这种水果天然含有大量的单宁来引发涩味
当他们把人造舌头贴在柿子的核上时，他们发现了相对较高的涩味
果实成熟后，表现出相对较低的涩味
这种新装置可以检测不同程度的涩味，因此可以用作基于特定区域内电变化的便携式味觉测绘装置
人造舌头的应用
(一)人舌和人造舌擦拭检测示意图
(二)未熟柿子的涩味检测:(一)未熟柿子的照片，(二)未熟柿子不同部位的电流变化
照片信用:J
Y
蔚山国家科学技术研究所
(三)成熟柿子的涩味检测:(一)成熟柿子的照片，(二)成熟柿子不同部位的电流变化
照片信用:J
Y
蔚山国家科学技术研究所
(四)五滴1重量%透明质酸的阵列化人工舌的方案及由此产生的阵列化人工舌的味觉图谱
(五)0°排列人工舌方案
1和1 wt %的TA和相应的味道映射数据；用于味觉映射的传感元件的尺寸为每个像素6 × 10毫米
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aba5785 通过这种方式，郑海阳和他的同事开发了一种完全受人类感知机制启发的人造舌头
他们在柔性基底上使用紫外聚合制备了实验结构，以观察非凡的传感能力
这种类似人类舌头的装置具有较宽的感应范围和较低的可检测浓度极限，以及对其他特定味道的高选择性
研究小组将该装置暴露在涩味化合物中，并记录其作用机制
他们打算进一步优化构成人工构建体的蛋白质，以提高其通用传感能力
人工舌头传感器所获得的杰出成果使其在味觉量化或评估、味觉障碍研究以及在人形机器人中的集成方面具有吸引力
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