一周甜味传感器系统设计与实验研究

细胞传感器是以生物活体细胞作为传感器的分子敏感识别元件,用来检测物质与细胞作用后引起的生理、生化参数变化的实验系统。能够定性定量测试分析未知物质的信息,即确定某类味质的存在与否以及浓度大小。细胞传感器因能实时、连续、快速检测和分析细胞在外界刺激下的生理性能,己经在药物筛选、神经生物学、环境监控等领域得到广泛应用。 本研究基于细胞传感器的无损、实时、快速检测优势和本实验室多年 来在化学仿生电子舌的研究基础上,构建了一套更具有仿生意义的甜味觉细胞传感器实验系统。将表达有与味蕾细胞相同甜味受体及甜味信号传导相关因子的NC卜H716细胞培养于丝网印刷电极表面,通过细胞阻抗谱法检测细胞群对味质刺激的信号响应,利用双稳态随机共振进行信号处理,最后实现了对单一甜味物质(蔗糖)的区分、天然/人工甜味剂的评估以及对混合味质中的甜味检测。研究结果如下: (1)构建了甜味细胞传感器实验系统。 在阻抗谱细胞传感器的原理和相关模型研究的基础上,构建了一套基 于细胞阻抗谱的甜味细胞传感器实验系统。包括电极的选择、阻抗谱检测 系统、恒温自动灌流系统和环境控制系统的构建。最后对整个系统的性能 进行评估,结果表明系统具有较好的稳定性和重复性。 (2)建立了丝网印刷电极表面细胞培养方法。 通过SABC免疫组化和蛋白质印迹证明了NCI一H716细胞表达甜味受 体蛋白及味觉信号传导相关因子。以此基础,建立了NCI一H716细胞的丝 网印刷电极表面培养方法。用PLOL处理电极表面以增强细胞在电极表面 的勃附性,通过阻抗谱法确定了细胞的最佳接种浓度,最后通过SEM和 胎盘蓝染色对电极表面细胞分布和细胞活性进行了检测。 (3)优化了甜味细胞传感器实验系统 实验系统的优化,主要包括数据处理方法的优化和最适扰动频率的筛 选。通过对四种基本味质的实验数据进行归一化、主成份分析和随机共振数据处理比较,结果表明,随机共振是甜味细胞传感器实验系统的最适数据处理方法。通过对细胞传感器实验系统的信号激发频率筛选,结果表明 最优频率频率为IKHz。 (4)味觉细胞传感器的初步应用 研究了甜味细胞传感器的初步应用,包括不同浓度的蔗糖溶液区分、 天然/人工甜味剂的评估和混合味质的甜味检测。结果表明,甜味细胞传 感器对甜味物质具有特异性响应。实现对不同浓度的同种甜味剂实现较好 区分,且得到的浓度与强度的关系和感官品评结果基本相符;对等甜度的 天然/人工甜味剂具有不同的响应信号,有利于揭示甜味感觉动力学;能 够对低浓度背景溶液混合味质的甜味进行检出。 关键词:感官科学;味觉;细胞阻抗谱;细胞传感器;随机共振;丝网印 刷电极;NCI一H716