頻率調(diào)制的味細(xì)胞傳感器苦味響應(yīng)特性研究.pdf

1、味覺(jué)是人類的基本感覺(jué)之一，是人和動(dòng)物探知外界環(huán)境的重要感覺(jué)。味覺(jué)感受器官對(duì)味覺(jué)物質(zhì)超高的敏感性引起了人們對(duì)人工智能感官極大的研究熱情。隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，把味覺(jué)感受細(xì)胞作為敏感元件的味覺(jué)細(xì)胞傳感器應(yīng)運(yùn)而生。它可以采集和處理味覺(jué)物質(zhì)刺激味覺(jué)細(xì)胞產(chǎn)生的生理生化信號(hào)，從而對(duì)不同種類和濃度的味覺(jué)物質(zhì)溶液產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)信息，達(dá)到對(duì)其區(qū)分辨識(shí)響應(yīng)的程度。由于味覺(jué)細(xì)胞傳感器是味覺(jué)物質(zhì)直接與味覺(jué)感受細(xì)胞發(fā)生的生物識(shí)別感受過(guò)程，因此，它與一般意義上的仿生

2、味覺(jué)傳感器（電子舌）在感受的機(jī)制上有很大的差別。
　　 實(shí)驗(yàn)室前期已經(jīng)構(gòu)建了一套以STC-1細(xì)胞為敏感元件的苦味細(xì)胞傳感器，并且在1KHz固定頻率條件下，對(duì)一系列苦味劑和混合苦味劑溶液的辨識(shí)響應(yīng)研究。但是，單一頻率下的味質(zhì)響應(yīng)信號(hào)特征的了解并不能全面地涵蓋傳感器的響應(yīng)特性，這極大地影響了味覺(jué)細(xì)胞傳感器向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)變的過(guò)程。本文針對(duì)激勵(lì)信號(hào)頻率條件改變對(duì)味覺(jué)細(xì)胞傳感器響應(yīng)特征的影響進(jìn)行了深入研究，以STC-1細(xì)胞和小鼠味蕾細(xì)胞為苦

3、味傳感器的敏感元件，在廣泛的頻率范圍內(nèi)研究了苦味的響應(yīng)特性。研究結(jié)果如下:
　　 1.構(gòu)建了苦味感受細(xì)胞傳感器敏感元件
　　 利用免疫組化和WesternBlot實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了STC-1細(xì)胞和小鼠味蕾細(xì)胞中味覺(jué)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能因子α-gustducin、PLCβ2、TRPM5的表達(dá);然后通過(guò)電鏡拍攝電極表面培養(yǎng)的STC-1細(xì)胞和小鼠味蕾細(xì)胞，結(jié)果表明細(xì)胞在電極上貼壁良好，形態(tài)正常;最后，利用表面涂有PLL的載玻片模擬電極培養(yǎng)STC-

4、1細(xì)胞的條件，在培養(yǎng)箱外短時(shí)間培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)胞在整個(gè)味覺(jué)傳感器檢測(cè)實(shí)驗(yàn)周期中的活性良好，滿足實(shí)驗(yàn)需要。
　　 2.建立了頻率調(diào)控的苦味味覺(jué)傳感器響應(yīng)特性的研究方法
　　 頻率調(diào)控的STC-1細(xì)胞傳感器和小鼠味蕾細(xì)胞傳感器的實(shí)驗(yàn)方法的建立，主要包括:選擇了從100Hz-10000Hz間28個(gè)激勵(lì)信號(hào)頻率，分為低頻、中頻和高頻3個(gè)頻率段進(jìn)行實(shí)驗(yàn);依據(jù)苦味受體和苦味配體的相互作用關(guān)系，選擇4種具有代表性的苦味劑（放線菌酮、

5、奎寧、苯基硫脲、丙硫氧嘧啶）;每種苦味劑溶液依照感官閾值設(shè)置7個(gè)濃度;針對(duì)實(shí)驗(yàn)組設(shè)置了空白對(duì)照組;數(shù)據(jù)處理的方法采用了隨機(jī)共振的方法。采用隨機(jī)共振的數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明，不同頻率下，具有苦味受體或者相應(yīng)苦味轉(zhuǎn)導(dǎo)因子的STC-1細(xì)胞和小鼠味蕾細(xì)胞會(huì)對(duì)苦味物質(zhì)的刺激產(chǎn)生特征性響應(yīng)，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)方法的可行性和可靠性。
　　 3.頻率調(diào)控的苦味味覺(jué)細(xì)胞傳感器的響應(yīng)特性研究
　　 在廣泛的激勵(lì)信號(hào)頻率調(diào)制下，苦味代表物質(zhì)對(duì)培養(yǎng)了STC-

6、1細(xì)胞和小鼠味蕾細(xì)胞的苦味細(xì)胞傳感器的響應(yīng)特性如下:(1)傳感器特征響應(yīng)具有廣泛性:以STC-1細(xì)胞和小鼠味蕾細(xì)胞為敏感元件的傳感器在廣泛的激勵(lì)信號(hào)頻率擾動(dòng)范圍內(nèi)幾乎都具有特征響應(yīng)，說(shuō)明研究構(gòu)建的苦味傳感器具有廣泛的檢測(cè)頻率范圍。(2)傳感器特征響應(yīng)具有特殊性:每種苦味物質(zhì)與細(xì)胞的作用產(chǎn)生的特征峰的峰型都有較優(yōu)的頻率段:放線菌酮的苦味響應(yīng)信號(hào)在中頻(1100Hz-2000Hz)范圍內(nèi)特征峰的峰型明顯，是檢測(cè)放線菌酮的較優(yōu)頻率段;奎寧對(duì)S

7、TC-1細(xì)胞刺激的味覺(jué)信號(hào)在低頻(500Hz-1000Hz)和中頻(1100Hz-2000Hz)范圍內(nèi)的特征峰峰型明顯，是檢測(cè)奎寧的較優(yōu)頻率段;苯基硫脲和丙硫氧嘧啶對(duì)STC-1細(xì)胞刺激的的味覺(jué)特征響應(yīng)信號(hào)較相似，在幾乎所有的頻率范圍內(nèi)都有較好的峰型。(3)傳感器特征響應(yīng)具有遷移性:在隨機(jī)共振的處理結(jié)果中，不同頻率激勵(lì)信號(hào)擾動(dòng)下，苦味物質(zhì)刺激細(xì)胞產(chǎn)生的信號(hào)隨頻率的變化而變化，出峰位置的噪聲強(qiáng)度隨頻率的升高而增加。說(shuō)明不同頻率下，同一種苦味