頻率調(diào)制的味細胞傳感器苦味響應特性研究.pdf

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

2、味覺傳感器（電子舌）在感受的機制上有很大的差別。
　　 實驗室前期已經(jīng)構建了一套以STC-1細胞為敏感元件的苦味細胞傳感器，并且在1KHz固定頻率條件下，對一系列苦味劑和混合苦味劑溶液的辨識響應研究。但是，單一頻率下的味質(zhì)響應信號特征的了解并不能全面地涵蓋傳感器的響應特性，這極大地影響了味覺細胞傳感器向?qū)嶋H應用轉(zhuǎn)變的過程。本文針對激勵信號頻率條件改變對味覺細胞傳感器響應特征的影響進行了深入研究，以STC-1細胞和小鼠味蕾細胞為苦

3、味傳感器的敏感元件，在廣泛的頻率范圍內(nèi)研究了苦味的響應特性。研究結果如下:
　　 1.構建了苦味感受細胞傳感器敏感元件
　　 利用免疫組化和WesternBlot實驗驗證了STC-1細胞和小鼠味蕾細胞中味覺轉(zhuǎn)導功能因子α-gustducin、PLCβ2、TRPM5的表達;然后通過電鏡拍攝電極表面培養(yǎng)的STC-1細胞和小鼠味蕾細胞，結果表明細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細胞的條件，在培養(yǎng)箱外短時間培養(yǎng)，實驗證明，細胞在整個味覺傳感器檢測實驗周期中的活性良好，滿足實驗需要。
　　 2.建立了頻率調(diào)控的苦味味覺傳感器響應特性的研究方法
　　 頻率調(diào)控的STC-1細胞傳感器和小鼠味蕾細胞傳感器的實驗方法的建立，主要包括:選擇了從100Hz-10000Hz間28個激勵信號頻率，分為低頻、中頻和高頻3個頻率段進行實驗;依據(jù)苦味受體和苦味配體的相互作用關系，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置7個濃度;針對實驗組設置了空白對照組;數(shù)據(jù)處理的方法采用了隨機共振的方法。采用隨機共振的數(shù)據(jù)處理結果表明，不同頻率下，具有苦味受體或者相應苦味轉(zhuǎn)導因子的STC-1細胞和小鼠味蕾細胞會對苦味物質(zhì)的刺激產(chǎn)生特征性響應，驗證了實驗方法的可行性和可靠性。
　　 3.頻率調(diào)控的苦味味覺細胞傳感器的響應特性研究
　　 在廣泛的激勵信號頻率調(diào)制下，苦味代表物質(zhì)對培養(yǎng)了STC-

6、1細胞和小鼠味蕾細胞的苦味細胞傳感器的響應特性如下:(1)傳感器特征響應具有廣泛性:以STC-1細胞和小鼠味蕾細胞為敏感元件的傳感器在廣泛的激勵信號頻率擾動范圍內(nèi)幾乎都具有特征響應，說明研究構建的苦味傳感器具有廣泛的檢測頻率范圍。(2)傳感器特征響應具有特殊性:每種苦味物質(zhì)與細胞的作用產(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信號在中頻(1100Hz-2000Hz)范圍內(nèi)特征峰的峰型明顯，是檢測放線菌酮的較優(yōu)頻率段;奎寧對S

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