苏格兰学者发明“人工舌头”，可精确辨别威士忌年份或真假

苏格兰科学家发明了一种“人工舌头”，仅用几滴威士忌就可以检测出它们之间的细微差别，这项发明将有助于打击假酒。

翻译  页一

编辑  魏潇

在一篇近期发表在英国皇家化学学会《纳米尺度》（Nanoscale）杂志的论文中，苏格兰格拉斯哥大学（University of Glasgow）工程学院的研究者们介绍了他们制造人工舌头的方法，他们的这位微型“品酒师”肉眼不可见，能利用金和铝的光学性质来测试饮品。

“可重复使用的味蕾”

该论文指出：“金属纳米结构的化学稳定性好、它们的等离子体共振对环境变化的敏感度高，并且易于进行化学修饰，因此是‘光学舌头’器件的理想候选材料。”

这种可重复使用的“舌头”的检测过程通过两种金属的亚显微切片实现，这些切片以棋盘图案排列，担当“味蕾”的角色。

这些味蕾的尺寸比人类的味蕾小 500 倍左右。在测试中，研究人员将威士忌样品倒在这些微型味蕾上，测量它们被威士忌浸没后的光吸收情况。

使用这种双金属人工舌头对格伦菲迪希（Glenfiddich）、格伦马诺奇（Glen Marnoch）、拉弗格（Laphroaig）等威士忌进行测试，按照线性判别分析法（linear discriminant analysis，LDA）鉴别的准确率高于 99.7%。

通过统计分析人工舌头中金属吸收光的细微差异（等离子体共振），研究团队可以辨别出不同类型的威士忌。

阿拉斯代尔·克拉克（Alasdair Clark）博士是该论文第一作者，也是格拉斯哥大学的研究员，他告诉记者，该项目的研发耗时约一年，目前该技术还处于非常早期的阶段。

该论文的第一作者阿拉斯代尔·克拉克博士与他研发的“人工舌头”。来源：格拉斯哥大学

克拉克说：“我们只在实验室内、由我们自己的科学家进行了测试。我们愿意与任何想把该技术投入产品开发阶段的公司合作。然而，作为一个科研团队，开发产品不会是我们的工作重点。”

他说：“根据不同的应用，‘人工舌头’可以被设计成可重复使用的设备。如果把它商业化，最有可能的产品形式是将舌头集成在便携式外壳内，外壳中包括光谱仪、光源和相关光学组件。”

他还说：“配合不同的使用情境，你可以开发插入式的、用完后可以移出的一次性舌头，或者也可以开发在每次使用后能‘清洗’的、长期固定使用的舌头。”

克拉克补充说，“人工舌头”并不是个新事物，也有很多不同的制造方法。

 “我们团队专注于制造光反应纳米尺度材料。当时，我们发现了这个机会，可以根据纳米尺度材料吸收光的原理制造一种新型的人工舌头。我们相信可以做出相较于之前的人工舌头更小、更复杂（就人工味蕾的组成而言）的味蕾。”他说道。

准确率高于99.7%

 “这种人工舌头能够以超过 99% 的准确率品尝出两种酒之间的差异。它能够分辨出不同木桶中酿造的威士忌之间的细微差别，还能分辨出 12 年、15 年和 18 年陈酿的同一种威士忌之间的差别。”

克拉克说，研究团队决定将这项技术称为“人工舌头”，是因为它的功能类似于人类的舌头，同我们的舌头一样，它无法识别使咖啡和苹果汁味道不同的具体化学物质，但它可以很容易地分辨出这些复杂的化学混合物之间的区别。

他补充说：“我们并不是第一个制造出人工舌头的研究团队，但我们是第一个制造出使用两种不同类型纳米尺度金属‘味蕾’的人工舌头。这种‘味蕾’能提供更多关于每个样本‘味道’的信息，并能做出更快、更准确的反馈。”

研究人员把人工舌头检测实验的重点放在威士忌上，但这种设备可以用来“品尝”任何液体，这意味着它可以应用于多种用途。除了在鉴别假酒方面的潜在用途外，这种技术还可以用于食品安全检测、质量控制、安保以及任何需要便携式、可重复使用检测设备的领域。

研究者们在论文中总结道：“本文展示了一种可重复使用的双金属纳米等离子体舌头，它能在每个区域显示两个独特的共振峰，其正交表面化学修饰可以被选择性地改变，以调整其‘品尝’的灵敏度。”

 “这些独特的特性使我们能够将传感器的尺寸和必要的数据采集时间减半，同时在主成分分析（principal component analysis，PCA）之外仍提供数据集聚类，并通过线性判别分析（LDA）法成功地进行分类。”

 “这是一个多功能系统，通过简单地改变表面配体和/或等离子体金属，就可以开发出适用于任何特定应用的高质量纳米等离子体舌头，生产出具有独特化学响应的新型传感器。”

这项研究由格拉斯哥大学和斯特拉斯克莱德大学（Universities of Strathclyde）的工程师和化学家开展，得到了莱弗休姆信托基金（Leverhulme Trust）、工程和物理科学研究理事会（the Engineering and Physical Sciences Research Council）以及生物技术和生物科学研究理事会（the Biotechnology and Biological Sciences Research Council）的资助。

本文来自微信公众号“科研圈”。如需转载，请在“科研圈”后台回复“转载”，或通过公众号菜单与我们取得联系。原始文章请点击“阅读原文”。

论文信息

【标题】 Whisky tasting using a bimetallic nanoplasmonic tongue

【作者】 Gerard Macias, Justin R. Sperling, William J. Peveler, Glenn A. Burley, Steven L. Neale and Alasdair W. Clark

【时间】 2019 年 7 月 3 日

【期刊】 Nanoscale

【DOI】: 10.1039/C9NR04583J

【摘要】 Metallic nanostructures are ideal candidates for optical tongue devices thanks to their chemical stability, the sensitivity of their plasmonic resonance to environmental changes, and their ease of chemical-functionalization. Here, we describe a reusable optical tongue comprising multiplexed gold and aluminum nano-arrays: a bimetallic device which produces two distinct resonance peaks for each sensing region. Through specific modification of these plasmonic arrays with orthogonal surface chemistries, we demonstrate that a dual-resonance device allows us to halve sensor sizes and data-acquisition times when compared to single-resonance, monometallic devices. We applied our bimetallic tongue to differentiate off-the-shelf whiskies with >99.7% accuracy by means of linear discriminant analysis (LDA). This advance in device miniaturization, functionalization, and multiplexed readout indicates nanoplasmonic tongues will have future applications in chemical mixture identification in applications where portability, reusability, and measurement speed are key.

【链接】

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/nr/c9nr04583j

▽ 精彩回顾 ▽