Eine bioelektronische Zunge "schmeckt" die Süße
Süßigkeiten, Kekse, Säfte. Fast jeder mag süße Leckereien, aber was der eine als zu zuckrig empfindet, findet ein anderer vielleicht genau richtig. Diese Schwankungen erschweren die Entwicklung neuer Lebensmittel und Getränke, weshalb die Unternehmen nach einer objektiveren Methode gesucht haben. Jetzt haben Forscher, die in der Zeitschrift ACS Applied Materials & Interfaces berichten, eine ultrasensible bioelektronische Zunge entwickelt, die die Süße durch Nachahmung der menschlichen Geschmacksknospen misst.
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Obwohl menschliche Sensorik-Panels die gängigste Methode sind, um den Geschmack einer Substanz zu analysieren, kann es große Unterschiede in der Wahrnehmung von Aromen durch Menschen geben. Um objektivere Daten zu erhalten, haben Forscher bioelektronische Zungen im Labor hergestellt, aber sie sind entweder kompliziert in der Herstellung oder können die Funktionsweise der menschlichen Zunge nicht vollständig nachbilden. Menschliche Zungen haben Süßgeschmacksrezeptoren mit zwei großen, komplexen Strukturen, die sich an Verbindungen wie Zucker binden. Der äußerste Teil einer dieser Strukturen wird als Venusfliegenfallen-Domäne bezeichnet, weil ihre klappbare, zweilappige Molekularstruktur den Blättern der insektenfressenden Pflanze ähnelt, die sich um ihre Beute schließen. Diese Domäne interagiert mit den meisten süßen Substanzen, die der Mensch zu sich nimmt. In einer früheren Studie stellten Tai Hyun Park, Seunghun Hong und Kollegen einen Umami-Sensor mit menschenähnlicher Leistung her, indem sie nur das Protein am Ende des Umami-Geschmacksrezeptors verwendeten. Die Forscher wollten das gleiche Konzept anwenden, um eine bioelektronische Zunge mit Süßwarensensor herzustellen, indem sie die Venusfliegenfalle als elektronische Geschmacksknospen verwendeten.
Die Forscher brachten Kopien der Venusfliegenfalle-Domäne, die von Bakterien hergestellt wurden, in einer dünnen Schicht auf einer Goldelektrode an. Anschließend verbanden sie mehrere Goldelektroden mit Kohlenstoffnanoröhrchen zu einem Feldeffekttransistor. Wenn Lösungen mit natürlich süßer Saccharose oder mit dem künstlichen Süßstoff Saccharin auf das Gerät aufgebracht wurden, nahm der Strom ab. Der Sensor reagierte auf diese Lösungen bis hinunter zum 0,1 femtomolaren Niveau, was 10 Millionen Mal empfindlicher ist als bisherige bioelektronische Süßstoffsensoren, so die Forscher. Das Gerät konnte auch die Süße von realen Getränken wie Apfelsaft und mit Saccharose gesüßtem Kamillentee konsistent messen, zeigte aber keine Reaktion, wenn Cellobiose (ein geschmacksneutraler Zucker) oder Mononatriumglutamat (ein Salz, das als MSG bekannt ist) zugeführt wurden. Da die bioelektronische Zunge sowohl empfindlich als auch selektiv auf süß schmeckende Verbindungen reagierte, könnte sie nach Ansicht der Forscher ein leistungsfähiges Instrument für die Gesundheits-, Pharma-, Lebensmittel- und Getränkeindustrie sein.
Die Autoren danken der koreanischen National Research Foundation (NRF), dem koreanischen Ministerium für Wissenschaft und IKT (MSIT), dem koreanischen Ministerium für Handel, Industrie und Energie (MOTIE), Samsung Electronics, dem Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Horizon 2020-Programms der Europäischen Union und dem Korea Institute of Science and Technology (KIST) Institutional Program.
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