科学家造出了可感知涩味的人造舌

直到现在，科学家们仍无法在实验室中搞出完全类似于人舌头的仿生技术。为了模仿人类舌头对涩味的感知，Jeonghee Yeom和韩国蔚山国立科学技术学院能源工程与化学工程的科学家团队使用了类似唾液的化学抗性离子水凝胶锚定在柔软的基材上，形成柔软的人造舌头。

他们将构建体暴露于涩味化合物，并允许疏水性聚集体在微孔网络中形成，将其转变为可以改善离子电导率的微/纳米孔结构。他们使用独特的人类舌头状结构，以高灵敏度和快速响应时间在宽广的谱范围(0.0005至1重量百分比)中检测到了鞣酸 (TA)。作为概念证明，该传感器基于简单的擦拭和检测方法检测饮料和水果中的涩味程度。该技术在类人自动化机械中具有强大的应用潜力，同时可作为味觉监测器，其研究成果现已发表在《科学进展》上。

舌头是一种肌肉器官，是最柔软，最灵活和最敏感的身体部位之一，其中容纳着一系列机械受体和离子通道。几百微米厚的唾液薄膜可保持舌头的水分，其中包含99％的水，电解质，免疫球蛋白和分泌蛋白的混合物。唾液在口感感知过程中发挥重要作用，它可以溶解味蕾并使它们与受体细胞结合或有效地流过离子通道。人类可以区分五种基本口味，包括甜，酸，苦，咸和鲜味。针对甜，苦和鲜的味道化学物质制造出的味觉，来自于受体细胞的去极化作用而产生的电信号，我们可通过味觉受体细胞或离子通道检测其水溶性味觉。对于咸味和酸味，此过程取决于是钠离子或氢离子穿过离子通道。

在未成熟的水果，葡萄酒和茶中发现的多酚，人类尝起来会感到有涩味。它们是强抗氧化剂和抗炎物质，但能够引起不良的营养或高剂量致死后果。由于摄入的涩味促味剂和覆盖舌头的丹参蛋白之间有很强的联系，因此我们可以感知到涩味。

在口腔内部，收敛味剂可以与分泌的蛋白质结合并形成不溶性沉淀物，使上皮收缩，从而产生干燥，起皱的感觉。迄今为止，生物工程师还没有开发出对特定涩味味觉的有检测性的、完全弹性和柔软的人工舌头。在最新的工作中，Yeom等人通过引入柔软的基于水凝胶的人造舌头来模仿人类涩味感知的机制。它们受到人舌上唾液薄层的启发，通过共价键结合在柔性聚合物基材上形成了同样柔软而薄的水凝胶膜。

人造舌把粘蛋白当做分泌蛋白， 包含氯化锂 (LiCl)、聚丙烯酰胺 (PAAm)和三维(3-D)多孔聚合物网络，可使电解质易于流动。200微米的软水凝胶厚度可与人舌上的唾液层相媲美，并有助于收敛剂的有效吸附和扩散。

他们在实验过程中使用了单宁酸(TA)。当TA扩散到水凝胶基质中时，进入的TA分子与粘蛋白结合并复合形成疏水聚集体。该方法将微孔凝胶转变为具有增强离子电导率的分级微孔或纳米孔结构。最终构建体成功地检测出真实饮料中的涩味程度，还可以有效地监测水果的成熟度。

Yeom等人研究了粘蛋白和单宁的结合机理，并使用傅立叶变换红外 (FTIR)和拉曼光谱分析了它们的化学组成。

在其作用机理中，在3-D微孔网络中移动的LiCl离子使人造唾液膜表现出适度的电导率，但是，电解质附着在亲水性微孔上，导致离子迁移较差。当TA接触人工舌后，粘蛋白和TA结合形成疏水聚集体，从而增强了离子在整个层状孔结构中的转运效率。这种转变通过增加的离子电导率促进了涩味感。该团队通过监测各种浓度TA下电流的相对变化来量化感觉表现。

人造舌传感器具备宽广的感应范围和高灵敏度，在实践中具有许多潜在优势。科学家在实验中使用了3种不同类型的葡萄酒，包括红、桃红和白葡萄酒，以及冲泡时间不同的红茶。 其中红酒由于单宁含量高而涩味程度最高。

虽然人的舌头可以通过舔舐来检测化合物的痕迹，但是传统人造舌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内置于传感器设备中的灵活舔舐过程中的检测方案直接分析了液体分析物。

通过这种方式，Jeonghee Yeom和同事开发了一种完全受人类感应机制启发的人造舌。他们打算进一步优化构成人工构建体的蛋白质，以提高其通用感测能力。