An ITO@AgNWs enhanced electrochemical biosensor for rapid quantitative detection of sweet substances
本研究展示了一种利用银纳米线修饰的ITO电极和味觉受体构建的高灵敏度、快速电化学生物传感器，用于在复杂基质中定量检测甜味化合物 atractylenolide I，其检测限低至 1.8×10⁻¹³ mol/L。
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人类的味觉是一种复杂的生物语言，将化学信号转化为甜、苦或酸等感觉。几个世纪以来，科学家们一直试图解码这种语言，特别是受体内特定蛋白质（即味觉受体）控制的甜味感。这些受体就像专门的锁，只有当正确的钥匙——即甜味分子——与之匹配时才会开启。准确了解食物或药物中含有多少这类甜物质至关重要。过多的糖会导致糖尿病等健康问题，而在传统医学中，草药的甜味往往预示着其滋养身体或调节消化的能力。然而，准确测量这些甜物质传统上需要昂贵、笨重的实验室机器，这些机器操作耗时且需要专业人员运行。这在快速、精确的味觉分析需求与现有工具之间造成了差距。
北京中医药大学和宁夏大学的研究人员开发了一种测量甜物质的新型、更简便的方法，重点针对白术（Atractylodes macrocephala）中一种名为白术内酯 I（atractylenolide I）的特定化合物。已知这种化合物具有甜味并具有抗炎益处，但在复杂混合物中对其进行定量分析一直很困难。该团队创建了一个像高度灵敏的电子舌头一样的微型传感器。他们没有使用沉重的机械，而是利用一个由涂有银纳米线网络的透明导电玻璃片构建的装置。这些纳米线是极其细微的银丝，细到成千上万根也能挤进一个发丝的宽度，从而形成一个导电效率极高的网格。在银网之上，他们放置了人类味觉受体蛋白 T1R2，这种蛋白天生旨在识别甜味分子。
检测过程依赖于一个简单的物理变化。当传感器浸入含有甜物质的液体中时，该化合物会与位于银表面的受体蛋白结合。这种结合事件就像一个微小的障碍，会略微减缓电流通过传感器的速度。研究人员使用一种称为差分脉冲伏安法（differential pulse voltammetry）的技术来测量这种减速，该技术通过发送一系列微小的电脉冲来观察电流通过的难易程度。样本中甜物质越多，被占据的受体就越多，阻碍就越大，电流下降也就越明显。通过测量这种下降，该设备可以精确计算出混合物中甜物质的具体含量。
这种新方法的测量结果非常精确。该传感器可以检测低至 1.8×10 mol/L 的甜化合物水平，这一浓度之小，堪比在大型游泳池中寻找一颗沙粒。它可以测量从极稀释到浓度较高的广泛范围，并且速度很快，大约二十分钟即可得出结果。该设备表现出了高度的特异性，这意味着它对目标甜物质反应强烈，同时忽略可能存在于同一草药混合物中的苦味化合物或其他类型的酸。研究人员通过将传感器的反应与蛋白质与甜化合物之间的实际分子匹配进行对比，证实了这种特异性，显示出两者紧密结合，而其他分子则不能。
除了检测化合物外，该传感器还表现出了极佳的稳定性和可靠性。当研究人员测试同时制造的多个传感器时，它们产生了几乎一致的结果，甚至在不同日期制造的传感器也表现得一致。该设备在冰箱中储存至少一周仍能保持有效，这表明它足以用于实际应用。这项工作证明，通过将天然生物受体与简单的导电材料相结合，可以创造出一种既灵敏又易于使用的工具。这种方法为分析药物和食品质量提供了一条新途径，确保在无需复杂实验室设置的情况下，能够确保含有适量的甜味益处化合物。
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