基于微纳米电极阵列传感的味觉组织生物电子舌研究

In order to use the structure of biological taste system, this proposal tries to combine the biological tissue with micro- and nano- electronic sensor chips to establish a novel bioelectronic tongue system for tastants detection and sensing. In this proposal, a micro- and nano-electrode array sensor chip, characterized with photoelectric and high throughput, will be fabricated with micro- and nano- machining technology. Then, with proper surface treatment of micro/nano structure design and change, isolated taste epithelium will be well fixed and cultured on the sensor chip to detect the electrophysiological activities of taste receptor cells in intact epithelium. Based on the electrophysiological activities of taste cells in taste epithelium and proper biomedical signal process methods, this proposal aims at constructing a taste biosensor platform to detect and analyze the basic taste qualities (sour, salt, bitter, sweet and umami), and study the mechanism of taste perception in the tissue. This proposal will provide a good model of tissue based biosensor for taste detection, which has wide potential applications of food safety and pharmaceutical industry. Furthermore, the taste tissue based bioelectronic tongue will be a novel experimental platform for taste mechanism research in the taste tissue.

本项目旨在将生物味觉黏膜组织与微纳电子传感芯片耦合，采用生物味觉系统的组织结构，设计能够用于味觉检测和传感分析的味觉黏膜组织生物电子舌。项目将采用微纳米加工技术，制备出适合于味觉系统黏膜组织传感测量的光电式高通量微纳米电极阵列传感器芯片，并通过芯片表面针对黏膜组织的微纳米结构设计与表面改性，使生物味觉黏膜上皮组织与微纳芯片良好耦合。在对黏膜组织细胞电生理信号高通量检测的同时，通过有效的信号分析处理方法，对组织的味觉响应特征进行综合研究，构建出能对酸味、甜味、苦味、咸味和鲜味等不同基本味觉信息进行评价和分析的味觉组织生物传感器平台，并以此对味觉黏膜组织的生物感知机制进行深入研究。项目将为味觉传感检测研究提供良好的生物黏膜组织材料，可望成为能够用于食品与药品评价分析的味觉传感器家族新成员，同时味觉黏膜组织生物电子舌的提出，也将为味觉系统的生物组织感受机理研究提供一个全新的实验平台。

本项目的研究目的在于将生物组织分子与微纳电子传感器芯片技术结合，模拟生物味觉系统的组织结构原理，构建出能够用于味觉物质及气味分子检测和传感分析的味觉生物电子舌系统。项目采用微纳米加工技术，制备出了适合于黏膜组织生理信号传感测量的光电式高通量微纳米电极阵列传感器芯片，并通过其表面的微纳米结构设计及处理等方法，在传感器表面将剥离的大鼠嗅觉味觉黏膜上皮组织及其他多种嗅觉味觉生物分子进行了良好固定，使其与微纳光电子器件良好耦合。在有效利用感受细胞的生理响应和生物分子结合目标物质能力的基础上，配合适当的生物医学信号分析处理方法与硬件软件实施，通过对于不同刺激物质的响应特征，最终构建出了能对不同气味分子信息进行检测分析的生物传感器平台，并以此对嗅味觉感知的生理机制进行了研究。研究采用生物体味觉黏膜上皮组织为敏感单元，配合以高通量微纳米阵列化的传感器芯片技术，实现了电子舌的生物启发式细胞传感器设计。项目为气味分子的传感检测研究提供良好的生物组织模型，也将为味觉系统的生物感受机理研究提供一个全新的实验平台。