一種具有多模式光響應(yīng)的智能味覺傳感器

人對(duì)溶解在唾液中的食物分子和離子產(chǎn)生的感覺稱為味覺。人類的味覺系統(tǒng)能夠識(shí)別五種基本味道：酸味、甜味、苦味、咸味和鮮味。在品嘗食物時(shí)，味蕾細(xì)胞中的感受器會(huì)對(duì)味覺刺激做出特異性響應(yīng)，不同的響應(yīng)信號(hào)傳遞到大腦的味覺皮層后，大腦會(huì)根據(jù)響應(yīng)模式對(duì)該味覺刺激做出判斷。過去幾十年來，人們一直致力于設(shè)計(jì)基于電響應(yīng)信號(hào)的仿生傳感器陣列，而光學(xué)傳感器因其簡(jiǎn)單、快速、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和便攜等優(yōu)點(diǎn)在味覺傳感領(lǐng)域具有廣闊的研究前景。

為了模仿人類味覺的感知過程，實(shí)現(xiàn)多種不同味覺的化合物的區(qū)分，同濟(jì)大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院閆冰教授團(tuán)隊(duì)近期通過將熒光和磷光信號(hào)結(jié)合，開發(fā)了一種具有多模式光響應(yīng)的智能味覺傳感器，可以有效識(shí)別出鮮味、酸味和苦味，相關(guān)研究成果“Smart Multiple Photoresponsive Tongue for Sensing Umami, Sour and Bitter Tastes Based on Tb3+ Functionalized Hydrogen-Bonded Organic Frameworks”在線發(fā)表于國(guó)際知名期刊《先進(jìn)功能材料》（Advanced Functional Materials）。

研究人員將Tb3?離子和有機(jī)磷光粉（均苯三酸，TMA）原位組裝到由三聚氰胺和三聚氰酸構(gòu)建的MCA氫鍵有機(jī)框架中制備成Tb@MCATMA （Tb@1）。Tb@1基于熒光和磷光雙輸出信號(hào)，能有效區(qū)分鮮味（5'-肌苷酸二鈉和5'-鳥苷酸二鈉）、酸味（草酸和檸檬酸）以及苦味（5-羥甲基糠醛和2-糠醛）化合物，同時(shí)將六種化合物成功劃分為三類TYPE A, TYPE B 和TYPE C，這三種類別與鮮味、酸味和苦味相對(duì)應(yīng)。

此外，通過調(diào)制激發(fā)波長(zhǎng)，Tb@1傳感器能對(duì)每種風(fēng)味化合物產(chǎn)生獨(dú)特的“指紋信息”，無需復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理就能識(shí)別每種分析物。經(jīng)過探索，該課題組發(fā)現(xiàn)同類分析物的相同響應(yīng)模式歸因于同樣的傳感機(jī)制。研究工作通過引入熒光和磷光雙輸出信號(hào)，克服了傳感器陣列中每個(gè)探針專一性響應(yīng)的限制，并通過開發(fā)智能多重光響應(yīng)舌，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了對(duì)鮮味、酸味和苦味的感知。

閆冰教授為論文獨(dú)立通訊作者，博士研究生張孜碩為論文第一作者。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。