人造舌頭具有檢測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法在實驗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)家團隊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)。他們使用獨特的人類舌頭狀結(jié)構(gòu)，檢測到單寧酸(TA)具有高靈敏度和快速響應(yīng)時間，適用于廣譜(0.0005至1重量百分比)。作為概念驗證，該傳感器基于簡單的擦拭和檢測方法檢測飲料和水果中的澀味程度。該平臺將在類人機器人中具有強大的未來應(yīng)用，并且作為味道監(jiān)測設(shè)備，其研究成果現(xiàn)已發(fā)表在《科學(xué)進展》上。

所述舌是一個肌肉器官，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，可通過味覺受體細(xì)胞或離子通道檢測水溶性味覺。對于咸味和酸味，此過程取決于鈉離子或氫離子通過離子通道的流動。

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的聯(lián)系，因此可以檢測到澀味。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。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散。例如，Yeom等人。在實驗過程中使用了單寧酸(TA)。當(dāng)TA擴散到水凝膠基質(zhì)中時，進入的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)榫哂性鰪姷碾x子電導(dǎo)率的分級微孔或納米孔結(jié)構(gòu)。該構(gòu)建體可以成功地檢測出真實飲料中的澀味程度，并且還可以有效地監(jiān)測水果的成熟度。

Yeom等。研究了粘蛋白和單寧的結(jié)合機理，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。粘蛋白的振動峰對應(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，他們在紫外線(UV)聚合下使用化學(xué)錨定劑來實現(xiàn)基材之間的共價鍵合。

在其作用機理中，在3-D微孔網(wǎng)絡(luò)中移動的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，從而增強了離子在整個層狀孔結(jié)構(gòu)中的轉(zhuǎn)運。這種轉(zhuǎn)變通過增加的離子電導(dǎo)率促進了澀味感。該團隊通過監(jiān)測各種濃度的TA下電流的相對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，在實踐中具有許多潛在優(yōu)勢。為了測試真實飲料的澀味，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，以及沖泡時間不同的紅茶。與以前的TA一樣，他們監(jiān)測具體的當(dāng)前變化以評估標(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，他們在人造舌上采用LiCl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化合物的痕跡，但是人造舌頭檢測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方案直接分析液體分析物。然后，團隊測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引起澀味。當(dāng)他們將人造舌頭附著在柿子的核心上時，他們發(fā)現(xiàn)澀味相對較高。果實成熟后，其澀味相對較低。新設(shè)備檢測到不同程度的澀味，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驗性構(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范圍和可檢測濃度的低限，以及對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理。他們打算進一步優(yōu)化構(gòu)成人工構(gòu)建體的蛋白質(zhì)，以提高其通用感測能力。人造舌頭傳感器獲得的出色結(jié)果使其對味覺定量或評估，研究味覺障礙以及在人形機器人中集成具有吸引力。