传统传感器中常用的刚性且以电子为主导的基底与生物界面本质上不匹配,这限制了其在生物传感和仿生系统中的应用(Abdella & Zayed, 2026; Sarkar, 2021)。相比之下,软材料具有内在的柔韧性、可拉伸性、柔软性、离子导电性和透明度等特性,使其在构建类人工感官界面等生物传感器方面具有特别的优势(Choi et al., 2025)。
在各类软材料中,水凝胶因其水合网络和可调的物理化学性质,已成为生物传感和人工感官研究中的多功能平台(Ross, 2021; Zhi et al., 2022)。近期的研究报告了人工舌在检测辣味(Deng et al., 2025)、涩味(Khan et al., 2022; Yeom et al., 2020)、苦味(Khan et al., 2022)、鲜味(Liu et al., 2023)以及咸味/酸味或甜味(Miao et al., 2024)方面的应用。这些进展凸显了通过基于水凝胶的系统模拟口腔感官响应所引发的日益增长的兴趣。然而,许多现有方法主要关注信号识别或模式分类(Lu et al., 2017),而软材料-电解质界面的电化学行为的作用仍然缺乏充分的探索。
透明质酸(HA)是一种在人体内广泛分布的天然多糖,具有黏弹性、保水能力和生物相容性等优良特性(Satchanska et al., 2024)。在水凝胶体系中,HA通常作为结构支架、多元醇来源和润滑剂发挥作用(Gu et al., 2026)。黏蛋白是口腔环境中另一种关键的生物大分子,已有研究表明其参与与风味感知相关的界面相互作用(Wang et al., 2026)。尽管它们具有重要的生物学相关性,但基于HA和黏蛋白共同衍生的水凝胶系统很少被系统性地探索为口腔仿生界面,尤其是在研究其在复杂液体环境中的电化学行为方面。
因此,我们假设由透明质酸和黏蛋白构建的水凝胶可以模拟舌界面的关键物理化学特性,并对溶剂组成的变化产生灵敏的电化学响应。本研究的创新之处在于构建了一种基于HA-黏蛋白的仿生水凝胶,将类舌柔软性与电化学响应性相结合,从而能够对含酒精水体系中的界面电化学行为进行研究。
在本研究中,以透明质酸和黏蛋白为主要组分制备了仿生水凝胶界面。系统地评估了该水凝胶的结构特征、流变性能和生物安全性,以验证其作为柔性仿生材料的适用性。此外,还进行了电化学分析以探索该水凝胶界面在含水乙醇环境中的响应行为。使用具有可控酒精浓度的乙醇-水体系作为模型电解质,研究水凝胶-电解质界面对溶剂组成的敏感性。本研究为软仿生界面的电化学行为提供了新的见解,并为开发基于水凝胶的人工感官系统提供了潜在的策略。