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本研究由Mengyu Hao、Zhihua Li、Xiaowei Huang、Yuan Wang、Xiaoou Wei、Xiaobo Zou、Jiyong Shi、Zhangqi Huang、Litao Yin、Liying Gao、Yanxiao Li、Melvin Holmes和Haroon Elrasheid Tahir共同完成。研究团队主要来自江苏大学食品与生物工程学院农产品加工与贮藏实验室，部分成员来自英国利兹大学食品科学与营养学院。该研究于2023年3月21日在线发表在《Food Chemistry》期刊上，论文编号为135941。
本研究属于食品化学与生物传感器交叉领域，旨在开发一种基于细胞的三维电化学味觉传感器，用于检测花椒中的主要麻味物质——羟基-α-山椒素（hydroxy-α-sanshool）。花椒是中国传统调味品和中药材，其麻味主要由酰胺类化合物引起，其中羟基-α-山椒素是最主要的成分。传统的检测方法如反相高效液相色谱（RP-HPLC）和紫外-可见分光光度法（UV-Vis spectrophotometry）虽然准确，但操作复杂、耗时长且成本高。因此，开发一种快速、灵敏且符合人体感官系统的检测方法具有重要意义。本研究基于瞬时受体电位香草素1（TRPV1）通道蛋白，利用人肝癌细胞（HepG2）构建了三维细胞培养系统，并结合电化学技术，实现了对羟基-α-山椒素的高灵敏度检测。
材料准备
研究使用的羟基-α-山椒素（≥98%）购自成都Refmedic生物技术有限公司，其他化学试剂如氯金酸（HAuCl4）、硫酸（H2SO4）、精氨酸、海藻酸钠、明胶、氯化钙（CaCl2）和L-半胱氨酸（L-Cys）均购自国药集团。ITO导电玻璃（片电阻<10 Ω/sq，厚度1.1 mm）购自珠海Kaivo光电技术有限公司。细胞培养基和试剂如青霉素-链霉素抗生素（PS）、胎牛血清（FBS）和Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM）购自Gibco Invitrogen公司。
仪器与表征
电化学实验采用三电极系统，使用CHI 660D电化学工作站进行。电极和细胞形态通过场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）和X射线粉末衍射仪（XRD）表征。细胞活性通过微孔板读数仪测量，活/死细胞通过激光共聚焦系统可视化。
HepG2细胞培养
HepG2细胞购自中国科学院细胞库，培养于含10%胎牛血清和1%青霉素-链霉素的高糖DMEM培养基中，37°C、5% CO2条件下孵育。
L-Cys/Au/ITO电极制备
ITO玻璃经丙酮、甲醇和去离子水超声清洗后，通过电化学方法在ITO表面沉积金纳米颗粒（Au NPs），随后用L-半胱氨酸修饰电极表面，形成自组装膜。
HepG2细胞固定
采用海藻酸钠/明胶水凝胶构建三维细胞培养系统，将HepG2细胞封装于水凝胶中，并固定在L-Cys/Au/ITO电极上。
羟基-α-山椒素检测
使用差分脉冲伏安法（DPV）检测不同浓度的羟基-α-山椒素，优化电极性能并建立标准曲线。
细胞活性检测
通过MTT法检测羟基-α-山椒素对HepG2细胞的毒性，计算细胞存活率。
数据分析
数据以均值±标准差表示，使用SPSS 20.0和Origin 9.1进行统计分析和绘图。
电极表征
SEM和XRD结果显示，金纳米颗粒呈树枝状结构，具有良好的对称性和导电性。L-半胱氨酸修饰后，电极表面形成稳定的自组装膜，提高了电极的生物相容性和固定效果。
电化学性能优化
循环伏安法（CV）和电化学阻抗谱（EIS）结果表明，金纳米颗粒修饰显著提高了电极的导电性，而L-半胱氨酸和海藻酸钠/明胶水凝胶的修饰则增加了电极的绝缘性，但优化后的电极仍具有良好的电化学响应。
羟基-α-山椒素检测
DPV结果显示，在0-70 μmol/L浓度范围内，电流值与羟基-α-山椒素浓度呈线性关系，检测限为2.23 μmol/L。该传感器具有高灵敏度和良好的重复性。
细胞活性分析
MTT实验表明，羟基-α-山椒素在低浓度下对HepG2细胞无明显毒性，但在高浓度下显著降低细胞活性，IC50约为170 μmol/L。
本研究成功开发了一种基于HepG2细胞的三维电化学味觉传感器，用于快速、灵敏地检测羟基-α-山椒素。该传感器通过模拟人体味觉受体对麻味物质的响应，为食品质量评估提供了一种新方法。此外，该传感器的设计思路可扩展至其他味觉物质的检测，具有广泛的应用前景。
本研究还详细探讨了羟基-α-山椒素对HepG2细胞的毒性作用，为后续研究提供了重要的毒理学数据。此外，研究团队对传感器的稳定性和重现性进行了系统评估，进一步验证了其在实际应用中的可靠性。