味觉感受细胞是味觉敏感的基本单元,其细胞膜上表达多种特异性的味觉受体蛋白,是味觉刺激的作用靶点。研究表明,苦、甜、鲜、酸和咸味味质能刺激味觉受体细胞产生动作电位。其中,苦、甜、鲜三种味觉激活味觉受体细胞膜表面的G蛋白偶联味觉受体,可以引起细胞内信号通道的级联反应,引起细胞内钙库释放及动作电位发放,将味质的化学信息转化为电信息。味觉感受细胞和味觉神经纤维的响应有很多相似点,表明味觉受体细胞产生的动作电位可能是味觉信息传递到神经纤维的主要组成部分。因此,味觉信号的多生理参数,如信号通路的钙信号、膜电位信号等,反映了味觉受体细胞被味觉物质激活的响应特性,可用于味觉特征的外周编码解码研究。目前对于味觉物质刺激下味觉受体细胞产生的动作电位及其放电模式以及它所携带的味觉信息了解甚少。因此,味觉受体细胞对味觉刺激的响应机制,需要结合分子生物学技术及细胞传感器手段对味觉受体细胞内胞外信号变化进行多手段,多尺度的分析研究。本论文的主要的创新性工作如下：1、深入研究了味蕾细胞的胞外电生理特性,通过将味蕾细胞分离并固定于MEA芯片表面,实现了味蕾细胞在苦味作用下的胞外电位记录。基于味觉受体细胞电生理及MEMS工艺的发展,我们设计了细胞外电位记录的微电极阵列芯片(MEA),可以高通量实时无损地记录舌上皮味蕾细胞在味觉刺激下的胞外电位变化,从而对味蕾细胞对味觉刺激的电位响应进行分析。深入研究了味蕾细胞在三种苦味物质(quinine, cycloheximide,denatonium)作用下的发放特性,并采用主成分分析了对三种苦味物质进行了识别。2、首次提出了基于小鼠精细胞的仿生苦味传感器。深入研究了一种非味觉组织中的具有苦味受体细胞的特性。苦味受体信号转导通路中的信号分子变化反映了苦味受体激活的变化。因此,采用钙成像技术观察了苦味受体激活引发的细胞内钙离子浓度变化,并采用细胞阻抗传感器对苦味受体细胞激活后引起的细胞阻抗变化进行了检测,并分析了苦觉受体激活后的细胞内分子机制。首先,利用钙成像技术首次对小鼠精细胞的苦味受体进行了功能性鉴定,并首次观察了小鼠精细胞在四种苦味作用下的阻抗响应。并首次采用小鼠精细胞作为苦味敏感元件,设计了一种小鼠精细胞特异性苦味传感器,并对酸、甜、苦、咸、鲜五种基本味觉物质进行检测识别。3、利用生物工程技术构建了单一水杨苷苦味受体T2R16细胞,构建特异性苦味受体细胞传感器水杨苷特异性苦味受体T2R16可以对葡萄糖苷类苦味化合物响应,具有化学结构特异性。利用免疫荧光技术和钙成像技术对苦味受体T2R16的定位表达及功能进行鉴定。采用首次设计了基于T2R16特定受体的细胞阻抗传感器,并对水杨苷苦味的特异性响应进行了检测。4、设计了一种基于海马神经元的细胞网络传感器,从细胞及网络水平对传感器响应特性进行了分析。为进一步研究苦味信息在味觉中枢中的信号处理及传递,我们以体外培养的海马神经元网络为模型,初步探索了神经元网络的电生理特性,分析了苦味感受相关神经递质5-HT作用下神经细胞及网络的信号传递机制,并模拟了味蕾细胞苦味响应的电刺激,观察了模拟苦味电刺激下的神经元网络发放特征。将原代海马神经元培养与微电极芯片表面,通过对神经元网络的多位点电位检测,分析了神经元及其网络的电位变化,初步探索了苦味信息在中枢神经系统中信号传递。