人造舌頭具有檢測(cè)五種基本口味的能力，因此受到越來越多的關(guān)注，但是直到現(xiàn)在，科學(xué)家們?nèi)詿o法在實(shí)驗(yàn)室中完全啟用類似于人舌頭的仿生技術(shù)來收斂。為了模仿人類舌頭般的澀味感，Jeonghee Yeom和韓國蔚山國立科學(xué)技術(shù)學(xué)院能源工程與化學(xué)工程的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)使用了類似唾液的化學(xué)抗性離子水凝膠錨定在柔軟的基材上，形成柔軟的人造舌頭。他們將構(gòu)建體暴露于澀味化合物，并允許疏水性聚集體在微孔網(wǎng)絡(luò)中形成，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈纳频碾x子電導(dǎo)率的微/納米孔結(jié)構(gòu)。他們使用獨(dú)特的人類舌頭狀結(jié)構(gòu)，檢測(cè)到單寧酸(TA)具有高靈敏度和快速響應(yīng)時(shí)間，適用于廣譜(0.0005至1重量百分比)。作為概念驗(yàn)證，該傳感器基于簡(jiǎn)單的擦拭和檢測(cè)方法檢測(cè)飲料和水果中的澀味程度。該平臺(tái)將在類人機(jī)器人中具有強(qiáng)大的未來應(yīng)用，并且作為味道監(jiān)測(cè)設(shè)備，其研究成果現(xiàn)已發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。

所述舌是一個(gè)肌肉器官，所述最軟的，最靈活和敏感的身體部位的形式之一容納有機(jī)械范圍受體和離子通道的。幾百微米厚的唾液薄膜可保持舌頭的水分，其中包含99%的水，電解質(zhì)，免疫球蛋白和分泌蛋白的混合物。唾液在口感感知過程中起重要作用，它可以溶解味蕾并使它們與受體細(xì)胞結(jié)合或有效地流過離子通道。人類可以區(qū)分五種基本口味，包括甜，酸，苦，咸和鮮味?；诮Y(jié)合甜味劑，苦味劑和鮮味劑的味道化學(xué)物質(zhì)后，由于受體細(xì)胞的去極化作用而產(chǎn)生的電信號(hào)，可通過味覺受體細(xì)胞或離子通道檢測(cè)水溶性味覺。對(duì)于咸味和酸味，此過程取決于鈉離子或氫離子通過離子通道的流動(dòng)。

人類可以通過接觸多酚來感覺到澀味主要存在于未成熟的水果，葡萄酒和茶中。它們是強(qiáng)抗氧化劑和抗炎物質(zhì)，但能夠引起不良的營養(yǎng)影響或高劑量致死。由于攝入的澀味促味劑和覆蓋舌頭的丹參蛋白之間有很強(qiáng)的聯(lián)系，因此可以檢測(cè)到澀味。在口腔內(nèi)部，收斂味劑可以與分泌的蛋白質(zhì)結(jié)合并形成不溶性沉淀物，使上皮收縮，從而產(chǎn)生干燥，起皺的感覺。迄今為止，生物工程師還沒有開發(fā)出對(duì)特定澀味味覺的選擇性具有完全彈性和柔軟性的人工舌頭。在這項(xiàng)工作中，Yeom等人。通過引入柔軟的基于水凝膠的人造舌頭來模仿人類澀味感知的機(jī)制。

人造舌包含粘蛋白作為分泌蛋白，氯化鋰(LiCl)，聚丙烯酰胺(PAAm)和三維(3-D)多孔聚合物網(wǎng)絡(luò)，以使電解質(zhì)易于流動(dòng)。200微米的軟水凝膠厚度可與人舌上的唾液層相媲美，并有助于收斂劑的有效吸附和擴(kuò)散。例如，Yeom等人。在實(shí)驗(yàn)過程中使用了單寧酸(TA)。當(dāng)TA擴(kuò)散到水凝膠基質(zhì)中時(shí)，進(jìn)入的TA分子與粘蛋白結(jié)合并復(fù)合形成疏水聚集體。該方法將微孔凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂性鰪?qiáng)的離子電導(dǎo)率的分級(jí)微孔或納米孔結(jié)構(gòu)。該構(gòu)建體可以成功地檢測(cè)出真實(shí)飲料中的澀味程度，并且還可以有效地監(jiān)測(cè)水果的成熟度。

Yeom等。研究了粘蛋白和單寧的結(jié)合機(jī)理，并使用傅立葉變換紅外(FTIR)和拉曼光譜研究了它們的化學(xué)組成。粘蛋白的振動(dòng)峰對(duì)應(yīng)于酰胺I和酰胺II的蛋白帶，結(jié)合的單寧導(dǎo)致背景構(gòu)象發(fā)生變化。為了使用唾液狀水凝膠和柔性電極基材設(shè)計(jì)柔性化學(xué)阻滯傳感器，科學(xué)家使用了聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，然后進(jìn)行氧等離子體處理以形成親水性(親水性)PEN??表面可有效附著在唾液樣PAAm水凝膠網(wǎng)絡(luò)上。然后，他們?cè)谧贤饩€(UV)聚合下使用化學(xué)錨定劑來實(shí)現(xiàn)基材之間的共價(jià)鍵合。

在其作用機(jī)理中，在3-D微孔網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)的LiCl離子使人造唾液膜表現(xiàn)出適度的電導(dǎo)率，但是，電解質(zhì)附著在親水性微孔上，導(dǎo)致離子遷移較差。當(dāng)Yeom等人。將TA引入人工舌中，粘蛋白和TA結(jié)合形成疏水聚集體，從而增強(qiáng)了離子在整個(gè)層狀孔結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)運(yùn)。這種轉(zhuǎn)變通過增加的離子電導(dǎo)率促進(jìn)了澀味感。該團(tuán)隊(duì)通過監(jiān)測(cè)各種濃度的TA下電流的相對(duì)變化來量化感覺表現(xiàn)。該傳感器具有寬廣的感應(yīng)范圍和高靈敏度，在實(shí)踐中具有許多潛在優(yōu)勢(shì)。為了測(cè)試真實(shí)飲料的澀味，科學(xué)家們使用了三種不同類型的葡萄酒，包括紅酒，桃紅和白，以及沖泡時(shí)間不同的紅茶。與以前的TA一樣，他們監(jiān)測(cè)具體的當(dāng)前變化以評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)澀味，其中紅酒由于單寧含量高而澀味程度最高。

然后，科學(xué)家考慮了實(shí)際應(yīng)用中傳感器的穩(wěn)定性。為了防止主要由水組成的唾液狀水凝膠脫水，他們?cè)谌嗽焐嗌喜捎肔iCl作為導(dǎo)電和水合劑。人造舌由于其組成的粘蛋白而在寬廣的感應(yīng)溫度范圍內(nèi)顯示出穩(wěn)定的感應(yīng)性能。雖然人的舌頭可以通過舔舔來檢測(cè)化合物的痕跡，但是人造舌頭檢測(cè)痕量分析物的能力有限。相比之下，此處開發(fā)的新型澀味傳感器可通過內(nèi)置于傳感器設(shè)備中的靈活擦拭過程中的擦拭和檢測(cè)方案直接分析液體分析物。然后，團(tuán)隊(duì)測(cè)試了未成熟的柿子使用該設(shè)置，自然含有大量單寧的水果會(huì)引起澀味。當(dāng)他們將人造舌頭附著在柿子的核心上時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)澀味相對(duì)較高。果實(shí)成熟后，其澀味相對(duì)較低。新設(shè)備檢測(cè)到不同程度的澀味，因此可以基于特定區(qū)域內(nèi)的電變化用作便攜式味覺測(cè)繪設(shè)備。

通過這種方式，Jeonghee Yeom及其同事開發(fā)了一種完全受人類感應(yīng)機(jī)制啟發(fā)的人造舌頭。他們使用紫外線聚合在柔性基板上制備了實(shí)驗(yàn)性構(gòu)建體觀察非凡的感應(yīng)能力。類似于人舌的裝置具有寬廣的感測(cè)范圍和可檢測(cè)濃度的低限，以及對(duì)其他特定口味的高選擇性。研究小組將設(shè)備暴露于澀味化合物并記錄了其作用機(jī)理。他們打算進(jìn)一步優(yōu)化構(gòu)成人工構(gòu)建體的蛋白質(zhì)，以提高其通用感測(cè)能力。人造舌頭傳感器獲得的出色結(jié)果使其對(duì)味覺定量或評(píng)估，研究味覺障礙以及在人形機(jī)器人中集成具有吸引力。