人造舌头

一、研究背景

   舌头是一种肌肉器官，是人体最柔软、最灵活、最敏感的部位之一，它拥有数千个机械感受器、味觉感受器和离子通道。人类可以感知并区分五种基本的味道(甜、酸、苦、咸和鲜)。水溶性的味道剂是通过味觉受体细胞或离子通道感知的，通过味觉化学物质与受体(甜、苦、鲜味)结合后受体细胞去极化产生的电信号，或者通过钠或氢离子通过离子通道(盐和酸)流动。

  大多数人造舌头为传感开发五个基本口味采用特定的约束性目标系统。然而，充分模拟收敛性感知机制的人工舌的发展还处于起步阶段，表现出低选择性、检测范围窄等不良表现；涩味的本质是由于舌头内的机械感受器受到摄入涩味食物和唾液膜的络合而产生的间接刺激。当涩的味道剂进入口腔时，它们与分泌的蛋白质结合在舌头上形成不可溶的沉淀物，导致上皮细胞收缩，导致口腔干燥和起皱的感觉。独特的涩感机制是基于间接刺激驻留在破裂的唾液薄膜上的机械感受器。

二、研究成果

   近日，韩国蔚山国家科学技术研究所的研究人员使用一种类似唾液的水凝胶固定在一个灵活的基板上，制备出一个柔软的人造舌头。当接触涩性物质时，微孔网络内部会形成疏水聚集物，并将其转变为具有增强离子电导率的微/纳米孔结构。人造舌表现出对单宁酸（TA）的宽感测范围（1至0.0005wt％），高灵敏度（0.292 wt％-1）和快速响应时间（约为10 s）。这种涩味传感器阵列还可充当便携式口味检测工具，可同时检测出涩味程度和暴露位置。相关研究工作以“Soft and ion-conducting hydrogel artificial tongue for astringency perception”为题发表在国际顶级期刊《Science Advances》上。https://advances.sciencemag.org/content/6/23/eaba5785

涩味检测器的工作原理示意图

粘蛋白和单宁酸的结合机理

人造舌应用研究

三、结论与展望

   在这项工作中，这种舌头完全受到人类感知机制的启发。该人工舌可以在柔性基板上通过简单的紫外聚合制备，并表现出特殊的感知能力，如广泛的感知范围、低检测浓度限制和对其他口味的高选择性。微孔水凝胶接触涩性化合物后，转变为微/纳米孔结构，缩短了电解质的扩散路径，同时由于纳米孔的疏水性，使得电解质无摩擦流动，提高了离子的流速。对蛋白质的进一步优化可以提高对各种类型的多酚衍生物的普遍感知能力，并增强感知性能，误差可以忽略不计。涩味传感器的杰出成果可以为开发用于涩味感知的软人工舌头提供借鉴，使其具有吸引力的应用，如涩味量化/评估指标，味觉障碍的研究，和机器人研究等。