Las lenguas artificiales han recibido una mayor atención debido a su capacidad para detectar los cinco sabores básicos, pero hasta ahora los científicos no han podido habilitar completamente la biomimetización similar a la lengua humana para la astringencia en el laboratorio. Para imitar los mecanismos de la percepción de la astringencia similar a la lengua humana, Jeonghee Yeom y un equipo de científicos en ingeniería energética e ingeniería química del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan en la República de Corea, usó un tipo de saliva, hidrogel iónico quimiorresistivo anclado a un sustrato flexible para crear una lengua artificial suave. Expusieron la construcción a compuestos astringentes y permitieron que se formaran agregados hidrófobos en la red microporosa. transformándolo en una estructura micro / nanoporosa con conductividad iónica mejorada. Usando la estructura única en forma de lengua humana, detectaron ácido tánico (TA) en un amplio espectro (0,0005 a 1 porcentaje en peso) con alta sensibilidad y un tiempo de respuesta rápido. Como prueba de concepto, el sensor detectó el grado de astringencia en bebidas y frutas basándose en un método simple de limpieza y detección. La plataforma tendrá poderosas aplicaciones futuras en robots humanoides y como dispositivos de monitoreo del sabor, el trabajo de investigación ahora se publica en Avances de la ciencia .

La lengua es un órgano muscular que forma uno de los más suaves, las partes corporales más flexibles y sensibles que albergan una variedad de receptores mecánicos y canales iónicos. Una fina película salival de unos cientos de micrones de espesor mantiene la humedad de la lengua, y contiene una mezcla de 99 por ciento de agua, una mezcla de electrolitos, inmunoglobinas y proteínas secretoras. La saliva juega un papel importante durante la percepción del gusto al disolver los saborizantes y permitir que se unan a las células receptoras o fluyan de manera eficiente a través de los canales iónicos. Los humanos pueden distinguir cinco gustos básicos, que incluyen dulce, agrio, amargo, salado y umami. Los sabores solubles en agua se pueden detectar a través de las células receptoras del gusto o los canales iónicos, basado en señales eléctricas que se generan debido a la despolarización de las células receptoras después de unir los químicos del sabor para el dulce, sensaciones amargas y umami. Para sabores salados y ácidos, el proceso depende del flujo de iones de sodio o hidrógeno a través de los canales iónicos.

Los seres humanos pueden sentir la astringencia a través de la exposición a polifenoles que se encuentran principalmente en frutas verdes, vinos y tés. Son una potente sustancia antioxidante y antiinflamatoria, pero capaz de provocar impactos nutricionales negativos o volverse letales en dosis elevadas. Los astringentes se pueden detectar debido a la fuerte asociación de los saborizantes astringentes ingeridos y las proteínas de la salvia que cubren la lengua. Dentro de la cavidad bucal, Los saborizantes astringentes pueden unirse a las proteínas secretadas y formar precipitados insolubles que encogen el epitelio y causan sequedad. sentimiento fruncido. Hasta ahora, Los bioingenieros no han desarrollado una lengua artificial completamente flexible y suave selectiva para saborizantes astringentes específicos. En este trabajo, Yeom y col. imitó los mecanismos de percepción de la astringencia humana mediante la introducción de una lengua artificial a base de hidrogel suave. Fueron bioinspirados por la fina capa de saliva en la lengua humana para crear una película de hidrogel igualmente suave y fina sobre un sustrato de polímero flexible a través de enlaces covalentes.

La lengua artificial contenía mucina como proteína secretada, cloruro de litio (LiCl), poliacrilamida (PAAm) y una red polimérica porosa tridimensional (3-D) para permitir el flujo fácil de electrolitos. El espesor de hidrogel blando de 200 micrones era comparable a una capa salival real en una lengua humana y facilitó la adsorción y difusión eficiente de astringentes. Como ejemplo, Yeom y col. utilizó ácido tánico (TA) durante los experimentos. Cuando TA se difunde en la matriz de hidrogel, Las moléculas de TA entrantes se unieron y complejaron con mucina para formar agregados hidrófobos. El proceso transformó el gel microporoso en una estructura micro o nanoporosa jerárquica con conductividad iónica mejorada. La construcción pudo detectar con éxito el grado de astringencia en bebidas reales y también monitoreó de manera eficiente la maduración de las frutas.

Yeom y col. examinaron los mecanismos de unión de la mucina y el tanino y estudiaron su composición química utilizando espectroscopias infrarrojas por transformada de Fourier (FTIR) y Raman. Los picos de vibración de la mucina correspondían a las bandas proteicas de la amida I y la amida II y el tanino unido provocó un cambio en la conformación de fondo. Para diseñar un sensor químico resistivo flexible usando un hidrogel similar a la saliva y un sustrato de electrodo flexible, los científicos utilizaron poli (naftalato de etileno) (PEN), seguido de un tratamiento con plasma de oxígeno para formar una superficie PEN hidrófila (amante del agua) para una unión superficial eficiente a la red de hidrogel de PAAm similar a la saliva. Luego utilizaron un agente de anclaje químico bajo polimerización ultravioleta (UV) para la unión covalente entre los sustratos.

Durante su mecanismo de acción, Los iones móviles de LiCl en la red microporosa 3-D hicieron que la película de saliva artificial exhibiera una conductividad eléctrica moderada, sin embargo, los electrolitos se adhieren a los microporos hidrófilos para un transporte de iones deficiente. Cuando Yeom et al. introdujo TA a la lengua artificial, la mucina y la TA formaron complejos para formar agregados hidrófobos que mejoraron el transporte de iones a lo largo de la estructura jerárquica de los poros. Esta transición facilitó la percepción de la astringencia a través del aumento de la conductividad iónica. El equipo cuantificó el rendimiento sensorial al monitorear los cambios relativos de corriente bajo varias concentraciones de TA. El sensor tenía un amplio rango de detección y una alta sensibilidad con muchas ventajas potenciales en la práctica. Para probar la astringencia de las bebidas reales, los científicos utilizaron tres tipos diferentes de vino, incluido el rojo, rosado y blanco, así como té negro con diferentes tiempos de preparación. Como antes con TA, monitorearon los cambios actuales específicos para evaluar la astringencia estándar, donde el vino tinto tuvo el mayor grado de astringencia debido a su concentración de taninos.

Luego, los científicos consideraron la estabilidad de los sensores para aplicaciones del mundo real. Para prevenir la deshidratación de hidrogeles similares a la saliva que se componen principalmente de agua, adoptaron LiCl en la lengua artificial como agente conductor e hidratante. La lengua artificial mostró un rendimiento de detección estable en un amplio rango de temperatura de detección debido a la mucina que la constituye. Mientras que una lengua humana puede detectar rastros de un compuesto lamiendo, las lenguas artificiales tienen una capacidad limitada para detectar trazas de analitos. A diferencia de, El nuevo sensor de astringencia desarrollado aquí analizó directamente los analitos líquidos mediante un esquema de limpieza y detección en un proceso de limpieza flexible integrado en el dispositivo sensor. Luego, el equipo probó el caqui verde usando la configuración, una fruta que contenía de forma natural una gran cantidad de tanino para evocar astringencia. Cuando colocaron la lengua artificial en el corazón del caqui, detectaron una astringencia relativamente alta. Al madurar la fruta, mostró una astringencia relativamente baja. El nuevo dispositivo detectó diversos grados de astringencia y, por lo tanto, puede usarse como un dispositivo portátil de mapeo del gusto basado en cambios eléctricos dentro de regiones específicas.

De este modo, Jeonghee Yeom y sus colegas desarrollaron una lengua artificial totalmente inspirada en el mecanismo sensorial humano. Prepararon la construcción experimental utilizando polimerización UV sobre un sustrato flexible para observar capacidades de detección extraordinarias. El dispositivo con forma de lengua humana tenía un amplio rango de detección y un límite bajo de concentraciones detectables, así como una alta selectividad de otros gustos específicos. El equipo expuso el dispositivo a compuestos astringentes y registró su mecanismo de acción. Tienen la intención de optimizar aún más las proteínas que constituyen la construcción artificial para mejorar su capacidad de detección universal. Los excelentes resultados obtenidos para el sensor de lengua artificial lo hacen atractivo para la cuantificación o evaluación del gusto, para estudiar los trastornos del gusto, y para la integración con robots humanoides.

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