As línguas artificiais têm recebido maior atenção devido à sua capacidade de detectar os cinco sabores básicos, mas, até agora, os cientistas não conseguiram habilitar totalmente a biomimética semelhante à da língua humana para adstringência em laboratório. Para imitar os mecanismos da percepção de adstringência semelhante à da língua humana, Jeonghee Yeom e uma equipe de cientistas em engenharia de energia e engenharia química do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Ulsan na República da Coreia, usou um tipo de saliva, hidrogel iônico quimiosistivo ancorado a um substrato flexível para criar uma língua artificial macia. Eles expuseram a construção a compostos adstringentes e permitiram que agregados hidrofóbicos se formassem na rede microporosa, transformando-o em uma estrutura micro / nanoporosa com condutividade iônica aprimorada. Usando a estrutura única de língua humana, eles detectaram ácido tânico (TA) em um amplo espectro (0,0005 a 1 porcentagem em peso) com alta sensibilidade e um tempo de resposta rápido. Como prova de conceito, o sensor detectou o grau de adstringência em bebidas e frutas com base em um método simples de limpar e detectar. A plataforma terá aplicações futuras poderosas em robôs humanóides e como dispositivos de monitoramento de sabor, o trabalho de pesquisa agora está publicado em Avanços da Ciência .

A língua é um órgão muscular que forma um dos mais macios, a maioria das partes do corpo flexíveis e sensíveis que abrigam uma variedade de receptores mecânicos e canais iônicos. Uma fina película salivar de algumas centenas de mícrons de espessura mantém a umidade da língua, e contém uma mistura de 99 por cento de água, uma mistura de eletrólitos, imunoglobinas e proteínas secretoras. A saliva desempenha um papel significativo durante a percepção do paladar, dissolvendo saborizantes e permitindo que eles se liguem às células receptoras ou fluam com eficiência através dos canais iônicos. Os humanos podem distinguir cinco gostos básicos, que incluem doces, azedo, amargo, salgado e umami. Os sabores solúveis em água podem ser detectados por meio de células receptoras de sabor ou canais iônicos, com base em sinais elétricos que são gerados devido à despolarização das células receptoras após a ligação de produtos químicos de sabor para doces, sensações amargas e umami. Para sabores salgados e azedos, o processo depende do fluxo de íons de sódio ou hidrogênio através dos canais de íons.

Os humanos podem sentir adstringência por meio da exposição a polifenóis encontrados principalmente em frutas verdes, vinhos e chás. Eles são uma substância antioxidante e antiinflamatória forte, mas capaz de provocar impactos nutricionais negativos ou se tornar letal em altas doses. Os adstringentes podem ser detectados devido à forte associação de saborizantes adstringentes ingeridos e proteínas da sálvia que cobrem a língua. Dentro da cavidade oral, Os saborizantes adstringentes podem se ligar a proteínas secretadas e formar precipitados insolúveis para encolher o epitélio, causando um ressecamento, sentimento enrugado. Até agora, os bioengenheiros não desenvolveram uma língua artificial totalmente flexível e macia, seletiva para sabores adstringentes específicos. Nesse trabalho, Yeom et al. imitou os mecanismos de percepção da adstringência humana, introduzindo uma língua artificial à base de hidrogel macio. Eles foram bioinspirados pela fina camada salivar na língua humana para criar um filme de hidrogel igualmente macio e fino em um substrato de polímero flexível por meio de ligação covalente.

A língua artificial continha mucina como uma proteína secretada, cloreto de lítio (LiCl), poliacrilamida (PAAm) e uma rede de polímero poroso tridimensional (3-D) para permitir o fluxo fácil de eletrólitos. A espessura do hidrogel macio de 200 mícrons era comparável a uma camada salivar real na língua humana e facilitou a absorção e difusão eficientes de adstringentes. Como um exemplo, Yeom et al. usaram ácido tânico (AT) durante os experimentos. Quando o TA se difundiu na matriz de hidrogel, moléculas de TA de entrada se ligaram e complexaram com mucina para formar agregados hidrofóbicos. O processo transformou o gel microporoso em uma estrutura hierárquica micro ou nanoporosa com condutividade iônica aprimorada. O construto pode detectar com sucesso o grau de adstringência em bebidas reais e também monitorar de forma eficiente o amadurecimento das frutas.

Yeom et al. examinou os mecanismos de ligação de mucina e tanino e estudou sua composição química usando infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) e espectroscopias Raman. Os picos vibracionais de mucina corresponderam às bandas de proteína da amida I e da amida II e o tanino ligado causou uma mudança na conformação de fundo. Para projetar um sensor quimiosistivo flexível usando um hidrogel semelhante à saliva e um substrato de eletrodo flexível, os cientistas usaram poli (naftalato de etileno) (PEN), seguido por tratamento com plasma de oxigênio para formar uma superfície PEN hidrofílica (que ama a água) para fixação eficiente da superfície à rede de hidrogel PAAm semelhante à saliva. Eles então usaram um agente de ancoragem químico sob polimerização ultravioleta (UV) para a ligação covalente entre os substratos.

Durante seu mecanismo de ação, íons LiCl móveis na rede microporosa 3-D fizeram com que o filme salivar artificial exibisse condutividade elétrica moderada, Contudo, eletrólitos aderiram aos microporos hidrofílicos para transporte de íons pobre. Quando Yeom et al. introduziu TA na língua artificial, mucina e TA complexados para formar agregados hidrofóbicos que aumentam o transporte de íons por toda a estrutura hierárquica dos poros. Essa transição facilitou a percepção de adstringência por meio do aumento da condutividade iônica. A equipe quantificou o desempenho sensorial monitorando as mudanças relativas da corrente sob várias concentrações de TA. O sensor tinha uma ampla faixa de detecção e alta sensibilidade com muitas vantagens potenciais na prática. Para testar a adstringência de bebidas reais, os cientistas usaram três tipos diferentes de vinho, incluindo vermelho, rosé e branco, bem como chá preto com diferentes tempos de preparação. Tal como aconteceu com o TA antes, eles monitoraram as mudanças atuais específicas para avaliar a adstringência padrão, onde o vinho tinto apresentou o maior grau de adstringência devido à sua concentração de taninos.

Os cientistas então consideraram a estabilidade dos sensores para aplicações no mundo real. Para evitar a desidratação de hidrogéis semelhantes à saliva que são compostos principalmente de água, eles adotaram LiCl na língua artificial como um agente condutor e hidratante. A língua artificial mostrou desempenhos de detecção estáveis ​​em uma ampla faixa de temperatura de detecção devido à sua mucina constituinte. Embora a língua humana possa detectar vestígios de um composto lambendo-o, línguas artificiais têm capacidade limitada para detectar traços de analitos. Em contraste, o novo sensor de adstringência desenvolvido aqui analisava analitos líquidos diretamente por meio de um esquema de limpar e detectar em um processo de limpeza flexível integrado ao dispositivo sensor. A equipe então testou caqui verde usando a configuração, uma fruta que naturalmente continha uma grande quantidade de tanino para evocar a adstringência. Quando eles colocaram a língua artificial no núcleo do caqui, eles detectaram adstringência relativamente alta. Ao amadurecer a fruta, exibia adstringência relativamente baixa. O novo dispositivo detectou vários graus de adstringência e pode, portanto, ser usado como um dispositivo portátil de mapeamento de sabor baseado em mudanças elétricas em regiões específicas.

Desta maneira, Jeonghee Yeom e seus colegas desenvolveram uma língua artificial totalmente inspirada no mecanismo de detecção humano. Eles prepararam a construção experimental usando polimerização UV em um substrato flexível para observar capacidades de detecção extraordinárias. O dispositivo semelhante a uma língua humana tinha uma ampla faixa de detecção e um limite baixo de concentrações detectáveis, bem como alta seletividade de outros gostos específicos. A equipe expôs o dispositivo a compostos adstringentes e registrou seu mecanismo de ação. Eles pretendem otimizar ainda mais as proteínas que constituem a construção artificial para melhorar sua capacidade de detecção universal. Os excelentes resultados obtidos para o sensor de língua artificial o tornam atraente para a quantificação ou avaliação do sabor, para estudar distúrbios do paladar, e para integração em robôs humanóides.

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