W tym wpisie na blogu omówimy technologię elektronicznego nosa.


Technologia naśladująca ludzkie zmysły jest stale ulepszana, ale w porównaniu z innymi zmysłami, zmysł węchu nie został jeszcze podbity. Niedawno jednak naukowcy rzucili wyzwanie tajemnicom zmysłu węchu, wynajdując maszynę zwaną "elektronicznym nosem".

W latach 80. naukowcy odkryli, że gdy cząsteczka gazu uderza w czujnik z przepływającym przez niego prądem, opór elektryczny czujnika zmienia się, a jeśli ta zmiana oporu zostanie przeanalizowana za pomocą odpowiedniego oprogramowania i przekształcona w punkt we współrzędnych, informacje o cząsteczce gazu można uzyskać z własnej bazy danych. Proces ten jest podobny do tego, co dzieje się w ludzkim nosie, co doprowadziło do stworzenia urządzenia zwanego e-nosem.

Ale ludzki zmysł węchu jest znacznie bardziej wyrafinowany. Część wyściółki nosa zwana nabłonkiem węchowym jest odpowiedzialna za wykrywanie cząsteczek zapachu, które wpływają przez nozdrza, a na powierzchni komórek nabłonka węchowego znajduje się około 1000 różnych białek receptorów zapachowych, które wykrywają cząsteczki zapachu. Dzięki tym receptorom ludzie mogą rozróżnić 10 000 różnych zapachów, podczas gdy dla e-nosów zidentyfikowano tylko kilkanaście czujników receptorów zapachowych.

Pierwszy komercyjny e-nos został wprowadzony w 1993 roku i wykorzystywał serię tlenków metali jako czujniki zapachu. Sygnały elektryczne z sześciu do 12 czujników były przetwarzane jako dane i konwertowane na punkt we współrzędnych. Później jako materiał na czujniki wykorzystano tworzywa sztuczne, ale wadą jest to, że niewiele tworzyw sztucznych przewodzi prąd, co ogranicza liczbę substancji chemicznych, które można wykryć. Niedawno zespół naukowców opracował nowy rodzaj elektronicznego nosa. Mieszając cząsteczki węgla ze zwykłymi tworzywami sztucznymi jako materiałem czujnikowym, byli w stanie przewodzić prąd, umożliwiając stworzenie czujnika, który może wykrywać wiele chemikaliów przy użyciu różnych tworzyw sztucznych.

Gdyby elektroniczny nos stał się praktyczny, miałby wiele różnych zastosowań. Ludzki nos jest bardzo dobry, ale nie zawsze jest spójny, a ponieważ nie możemy określić ilościowo intensywności zapachów, nie możemy ilościowo śledzić, jak bardzo zmieniają się one w czasie. Istnieje jednak wiele wyzwań, które należy rozwiązać, zanim e-nosy staną się prawdziwym "sztucznym nosem", który może zastąpić ludzki nos. Obecne e-nosy często reagują na substancje, których ludzie nie są w stanie wyczuć, podczas gdy zapachy, które są wystarczająco silne dla ludzi, często pozostają niezauważone. Co więcej, czułość czujników wynosi zwykle około 1 ppm (części na milion), co jest daleko w tyle za ludzkim zmysłem węchu. I tylko kilkadziesiąt z opracowanych do tej pory czujników ma praktyczne zastosowania. Aby być czujnikiem, wiązanie z lotną cząsteczką musi być przejściowe, cząsteczka czujnika nie może się odkształcać, a ta sama cząsteczka musi dawać ten sam sygnał bez względu na to, kiedy jest mierzona.