miniatura|Un nas electrònic es va sintonitzar amb l'eix perceptiu de l'agradabilitat olfactiva, és a dir, un eix que anava des de molt agradable (per exemple, rosa) fins a molt desagradable (per exemple, mofeta). Això va permetre que l'eNose pogués olorar noves olors que no havia trobat mai abans, i alhora generar estimacions d'agradabilitat olfactiva en alta concordança amb les avaluacions humanes, independentment dels antecedents culturals del subjecte. Això suggereix un component innat de l'agradabilitat olfactiva que està estretament vinculat a l'estructura molecular Un nas electrònic (o eNose) és un dispositiu de detecció electrònica destinat a detectar olors o sabors. L'expressió "detecció electrònica" fa referència a la capacitat de reproduir els sentits humans mitjançant matrius de sensors i sistemes de reconeixement de patrons.
Des del 1982, s'ha dut a terme recerca per desenvolupar tecnologies, comunament anomenades nassos electrònics, que puguin detectar i reconèixer olors i sabors. Les etapes del procés de reconeixement són similars a les de l'olfacte humà i es duen a terme per a la identificació, comparació, quantificació i altres aplicacions, com ara l'emmagatzematge i la recuperació de dades. Alguns d'aquests dispositius s'utilitzen amb finalitats industrials.
Tècniques per analitzar olors En totes les indústries, l'avaluació de les olors se sol dur a terme mitjançant anàlisi sensorial humana, quimiosensors o cromatografia de gasos. Aquesta última tècnica proporciona informació sobre els compostos orgànics volàtils, però la correlació entre els resultats analítics i la percepció mitjana de l'olor no és directa a causa de les possibles interaccions entre diversos components olorosos.
En el detector d'olors Wasp Hound, l'element mecànic és una càmera de vídeo i l'element biològic són cinc vespes paràsites que han estat condicionades per formar eixams en resposta a la presència d'una substància química específica.
Història El científic Alexander Graham Bell va popularitzar la idea que era difícil mesurar una olor, i el 1914 va dir el següent:
Has mesurat mai una olor? Pots dir si una olor és dues vegades més forta que una altra? Pots mesurar la diferència entre dos tipus d'olor i una altra? És molt obvi que tenim molts tipus diferents d'olors, des de l'olor de les violetes i les roses fins a l'asafètida. Però fins que no puguis mesurar la seva semblança i les seves diferències, no pots tenir cap ciència de l'olor. Si tens l'ambició de trobar una nova ciència, mesura una olor.
— Alexander Graham Bell, 1914
En les dècades transcorregudes des que Bell va fer aquesta observació, no es va materialitzar cap ciència d'aquesta mena de l'olor, i no va ser fins a la dècada del 1950 i més enllà que es va fer cap progrés real. Un problema comú per a la detecció d'olors és que no implica mesurar energia, sinó partícules físiques.
Principi de funcionament El nas electrònic es va desenvolupar per imitar l'olfacte humà que funciona com un mecanisme no separatiu: és a dir, una olor/sabor es percep com una empremta digital global. Essencialment, l'instrument consisteix en un mostreig de l'espai del cap, una matriu de sensors químics i mòduls de reconeixement de patrons per generar patrons de senyal que s'utilitzen per caracteritzar les olors.
Els nassos electrònics inclouen tres parts principals: un sistema de subministrament de mostres, un sistema de detecció i un sistema informàtic.
El sistema d'administració de mostres permet la generació de l'espai de capçalera (compostos volàtils) d'una mostra, que és la fracció analitzada. El sistema injecta aquest espai de capçalera al sistema de detecció del nas electrònic. El sistema d'administració de mostres és essencial per garantir unes condicions de funcionament constants.
El sistema de detecció, que consisteix en un conjunt de sensors, és la part "reactiva" de l'instrument. Quan entren en contacte amb compostos volàtils, els sensors reaccionen, cosa que significa que experimenten un canvi de propietats elèctriques.
En la majoria de nasos electrònics, cada sensor és sensible a totes les molècules volàtils, però cadascuna a la seva manera específica. Tanmateix, en els nasos bioelectrònics, s'utilitzen proteïnes receptores que responen a molècules d'olor específiques. La majoria dels nasos electrònics utilitzen matrius de sensors químics que reaccionen als compostos volàtils en contacte: l'adsorció de compostos volàtils a la superfície del sensor provoca un canvi físic del sensor. Una limitació coneguda dels nasos electrònics quimioresistius, particularment en aplicacions d'anàlisi de l'alè, és la seva sensibilitat a la humitat. Un enfocament reportat per mitigar aquest efecte utilitza sensors de nanotubs de carboni de paret simple (SWCNT) funcionalitzats amb recobriments de polímer hidrofòbics, com ara hidroxipropilcel·lulosa, acetat de polietilè de vinil o etilcel·lulosa. La capa de polímer hidrofòbic suprimeix la interferència del vapor d'aigua alhora que preserva la sensibilitat als compostos orgànics volàtils menys polars, millorant l'estabilitat del senyal en les condicions d'alta humitat típiques de l'alè exhalat. La interfície electrònica registra una resposta específica transformant el senyal en un valor digital. Les dades enregistrades es calculen a partir de models estadístics.
Els nassos bioelectrònics utilitzen receptors olfactius: proteïnes clonades d'organismes biològics, com ara humans, que s'uneixen a molècules d'olor específiques. Un grup ha desenvolupat un nas bioelectrònic que imita els sistemes de senyalització utilitzats pel nas humà per percebre olors amb una sensibilitat molt alta: concentracions femtomolars.
Els sensors més utilitzats per a nassos electrònics inclouen
dispositius de metall-òxid-semiconductor (MOS): els sensors de metall-òxid-semiconductor contenen un recobriment d'òxid metàl·lic amb una resistència elèctrica que canvia en presència d'un gas objectiu. La presència del gas objectiu es pot inferir mesurant el canvi en la resistència de la capa d'òxid metàl·lic al llarg del temps. polímers conductors: polímers orgànics que condueixen l'electricitat. compostos polimèrics: similars en ús als polímers conductors però formulats amb polímers no conductors amb l'addició de material conductor com el negre de carboni. microbalança de cristall de quars (QCM): una manera de mesurar la massa per unitat de superfície mesurant el canvi de freqüència d'un ressonador de cristall de quars. Això es pot emmagatzemar en una base de dades i utilitzar-se per a futures consultes. ona acústica superficial (SAW): una classe de sistemes microelectromecànics (MEMS) que es basen en la modulació de les ones acústiques superficials per detectar un fenomen físic. Els espectròmetres de masses es poden miniaturitzar per formar dispositius d'anàlisi de gasos d'ús general.
Alguns dispositius combinen diversos tipus de sensors en un sol dispositiu, per exemple, els QCM recoberts de polímer. La informació independent condueix a dispositius molt més sensibles i eficients. Els estudis del flux d'aire al voltant dels nassos dels gossos i les proves en models de mida real han indicat que una "acció d'olor" cíclica similar a la d'un gos real és beneficiosa pel que fa a un millor abast i velocitat de resposta.
En els darrers anys, s'han desenvolupat altres tipus de nassos electrònics que utilitzen l'espectrometria de masses o la cromatografia de gasos ultraràpida com a sistema de detecció.
El sistema informàtic treballa per combinar les respostes de tots els sensors, la qual cosa representa l'entrada per al tractament de dades. Aquesta part de l'instrument realitza una anàlisi global d'empremtes dactilars i proporciona resultats i representacions que es poden interpretar fàcilment. A més, els resultats del nas electrònic es poden correlacionar amb els obtinguts amb altres tècniques (panell sensorial, GC, GC/MS). Molts dels sistemes d'interpretació de dades s'utilitzen per a l'anàlisi de resultats. Aquests sistemes inclouen xarxes neuronals artificials (ANN), lògica difusa, mètodes quimiometrics, mòduls de reconeixement de patrons, etc. La intel·ligència artificial, incloses les xarxes neuronals artificials, és una tècnica clau per a la gestió de les olors ambientals.
Aplicacions miniatura|El nas electrònic desenvolupat al Departament de Química Analítica (Facultat de Química de la Universitat Tecnològica de Gdańsk) permet la classificació ràpida de mostres d'aliments o ambientals. Els instruments electrònics de nas són utilitzats per laboratoris de recerca i desenvolupament, laboratoris de control de qualitat i departaments de procés i producció per a diversos propòsits:
En laboratoris de control de qualitat Conformitat de les matèries primeres, els productes intermedis i els productes finals Coherència de lot a lot Detecció de contaminació, deteriorament i adulteració Selecció d'origen o proveïdor Monitorització de les condicions d'emmagatzematge Monitorització de la qualitat de la carn.
En els departaments de procés i producció Gestió de la variabilitat de les matèries primeres Comparació amb un producte de referència Mesura i comparació dels efectes del procés de fabricació en els productes Seguiment de l'eficiència del procés de neteja in situ Monitorització d'escalat Monitorització de la neteja in situ.
En fases de desenvolupament de productes Perfil sensorial i comparació de diverses formulacions o receptes Benchmarking de productes competitius Avaluació de l'impacte d'un canvi de procés o ingredient sobre les característiques sensorials.
Possibles i futures aplicacions en els camps de la salut i la seguretat La detecció de bacteris perillosos i nocius, com ara un programari que s'ha desenvolupat específicament per reconèixer l'olor del MRSA (Staphylococcus aureus resistent a la meticil·lina). També és capaç de reconèixer el S. aureus sensible a la meticil·lina (MSSA), entre moltes altres substàncies. S'ha teoritzat que si es col·loca amb cura en sistemes de ventilació hospitalària, podria detectar i, per tant, prevenir la contaminació d'altres pacients o equips per molts patògens altament contagiosos. La detecció de càncer de pulmó o altres afeccions mèdiques mitjançant la detecció dels COV (compostos orgànics volàtils) que indiquen l'afecció mèdica. La detecció d'infeccions víriques i bacterianes en les exacerbacions de la MPOC. El control de qualitat dels productes alimentaris, ja que es podria col·locar convenientment en envasos d'aliments per indicar clarament quan els aliments han començat a podrir-se o utilitzar-se al camp per detectar contaminació bacteriana o d'insectes. Els implants nasals podrien advertir de la presència de gas natural, per a aquells que tenien anòsmia o un sentit de l'olfacte feble. La Brain Mapping Foundation va utilitzar el nas electrònic per detectar cèl·lules canceroses cerebrals.
Possibles i futures aplicacions en l'àmbit de la prevenció del delicte i la seguretat La capacitat del nas electrònic per detectar olors inodores el fa ideal per al seu ús en el cos policial, com ara la capacitat de detectar olors de bombes malgrat altres olors a l'aire capaces de confondre els gossos policia. També es pot utilitzar com a mètode de detecció de drogues als aeroports. Mitjançant la col·locació acurada de diversos o més nassos electrònics i sistemes informàtics eficaços, es podria triangular la ubicació de les drogues fins a uns pocs metres de la seva ubicació en menys d'uns segons. Existeixen sistemes de demostració que detecten els vapors que desprenen els explosius, però actualment estan força enrere respecte a un gos rastrejador ben entrenat.
En la monitorització ambiental Per a la identificació de compostos orgànics volàtils en mostres d'aire, aigua i sòl. Per a la protecció del medi ambient.