基于生物味觉的仿生电子舌及其在味觉检测与识别中的应用

发布时间：2021-07-31 07:26

　　味觉作为哺乳动物感受外界环境中化学物质的基础,为生存、觅食、繁殖等活动提供了重要的保障。经过长期的进化,味觉感受系统能够快速、灵敏、特异地识别和检测复杂的液体环境中大量不同的物质,是迄今为止性能最佳的化学检测系统之一。受哺乳味觉感受系统的结构和信息编码方式的启发,研究者们提出了电子舌的概念。目前国际上的电子舌系统通常采用离子选择电极等电化学传感器或味觉仿生材料作为敏感元件,在检测的灵敏度和特异性上存在问题。与电子舌相比,生物味觉感受系统具有与生俱来的优势,其核心功能部件如感受细胞、受体等,适合作为电子舌中的敏感元件,以实现高特异性和灵敏度的检测与识别。本文提出了一种新型在体生物电子舌系统:以哺乳动物味蕾中的味觉细胞作为初级感受器,味觉信息经传入神经及孤束核等脑区的整合处理后,在味觉皮层中汇集,该区域的神经元因此具有交叉敏感的味觉响应特性。微电极阵列实时记录味觉刺激前后相关神经元的胞外电位信号,通过降维、模式识别等技术建立味觉种类的分类模型和味觉强度的定量检测模型。同时,本文验证了在体生物电子舌系统对苦味和甜味物质的检测性能,包括特异性、灵敏度、长时稳定性等。另外,本文还提出了一种基于永... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：157 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１各种味觉物质及其对应受体结构使用意图ｍ??１??

尽管味蕾所处的位置小Ｎ，但每个味蕾结构类似，均含有约１００个细胞［１］。??这些细胞根据外形特征及其蛋白表达和味觉响应的特异性，可以进一步分为４个??类型（图１．２ａ－ｃ）：??（１）１型细胞：Ｉ型细胞具有电子致密的细胞质，以及伸长多形的细胞核。??其功能与神经胶质细胞类似［ｌＧ］，可以合成一种胞外三磷酸腺苷酶（ｅｃｔｏ－ＡＴＰａｓｅ）??并沉积在细胞膜表面，用于降解其他细胞分泌的神经递质。另外，包裹其它味觉??细胞的片状伸展过程（ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ?ｌａｍｅｌｌａｒ?ｐｒｏｃｅｓｓ）是Ｉ型细胞的另一特征。这种??２??

种主要的理论，即标记线（ｌａｂｅ丨ｅｄ?ｌｉｎｅ，ＬＬ）和跨神经纤维模式（ａｃｒｏｓｓ－ｆｉｂｅｒｐａｔｔｅｍ，??ＡＦＰ），两种理论的核心区别是味觉受体和味蕾中受体细胞的特异性是否保留到??了味觉传入神经（主要为轴突）中（图１．４）?ＬＬ理论认为，单个味觉传入神??经元只对单独一种味觉刺激产生响应，或产生的响应显著大于其他味觉刺激，味??觉信息通过彼此隔离的途径传输至中枢神经系统（ｃｅｎｔｒａｌ?ｎｅｒｖｏｕｓ?ｓｙｓｔｅｍ，ＣＮＳ?），??味觉刺激的强度由神经元的活动程度表征。ＡＦＰ理论则认为，味觉感受细胞或味??觉传入神经元具有广谱响应特性（ｂｒｏａｄｌｙ?ｔｕｎｅｄ?ｎｅｕｒｏｎ），不同类别、不同强度的??味觉刺激都会引起多个广谱神经元的响应，味觉信息的编码也需要大量广谱神经??元的参与。??图１．４?（ａ）?ＬＬ理论，（ｂ）基于味觉感受细胞广谱响应的ＡＦＰ理论，以及（ｃ）基于味觉??传入神经的ＡＦＰ理论示意图［４Ｇ］??两种理论均有实验结果可以佐证。使用转基因动物的研宄结果均偏向ＬＬ理??论：特异性地将甜、鲜、苦、酸、咸味受体敲除后，小鼠的鼓锁神经无法对相应??的味觉刺激产生响应

【参考文献】：
期刊论文
[1]仿生嗅觉和味觉传感技术的研究进展[J]. 王平,庄柳静,秦臻,张斌,高克强.  中国科学院院刊. 2017(12)
[2]基于鼠精细胞的味觉阻抗传感器用于苦味物质检测的研究[J]. 田玉兰,苏凯麒,邱先鑫,方佳如,秦臻,李蓉,王平.  传感技术学报. 2016(12)
[3]多通道神经元锋电位检测和分类的新方法[J]. 王静,封洲燕.  生物化学与生物物理进展. 2009(05)



本文编号：3313041