E-nose-technologie is een machine die het menselijke reukvermogen nabootst en veelbelovend is gebleken in een verscheidenheid aan toepassingen voor het analyseren van geuren. Er blijven echter technologische vooruitgang en uitdagingen bestaan voordat deze de verfijning van het menselijke reukvermogen volledig kunnen vervangen, en het oplossen ervan zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de gezondheidszorg, het milieu en de voedselveiligheid.
Technologieën die de menselijke zintuigen nabootsen evolueren voortdurend, maar vergeleken met andere zintuigen moet geur nog worden overwonnen. Onlangs hebben wetenschappers echter de mysteries van het reukvermogen op zich genomen door een machine uit te vinden die de ‘elektronische neus’ wordt genoemd.
In de jaren tachtig ontdekten onderzoekers dat wanneer een gasmolecuul een sensor raakt met een elektrische stroom, het de elektrische weerstand van de sensor verandert, en dat als deze verandering in weerstand met de juiste software wordt geanalyseerd en omgezet in een punt in coördinaten, het kan worden gebruikt om informatie over het gasmolecuul uit de eigen database te verkrijgen. Dit proces is vergelijkbaar met wat er in de menselijke neus gebeurt, wat leidde tot de creatie van het ‘e-nose’-apparaat.
Maar het menselijke reukvermogen is veel geavanceerder dan dit. Het reukepitheel in de binnenkant van onze neusgaten is verantwoordelijk voor het detecteren van geurmoleculen die door de neusgaten naar binnen stromen, en er zijn ongeveer 1,000 verschillende geurreceptoreiwitten op het oppervlak van de reukepitheelcellen die geurmoleculen detecteren. Met deze receptoren kunnen mensen onderscheid maken tussen 10,000 verschillende geuren, maar er zijn slechts een tiental geurreceptorsensoren in e-neuzen.
De eerste commerciële e-nose werd in 1993 geïntroduceerd en gebruikte een reeks metaaloxiden als geursensoren. De elektrische signalen van zes tot twaalf verschillende sensoren werden verwerkt tot data en omgezet in een punt in coördinaten. Later werden kunststoffen gebruikt als materiaal voor de sensoren, maar de keerzijde is dat niet veel kunststoffen elektriciteit geleiden, waardoor het aantal chemicaliën dat kan worden gedetecteerd beperkt is. Onlangs heeft een team onderzoekers een nieuw type elektronische neus ontwikkeld. Door koolstofdeeltjes te mengen met gewone kunststoffen als detectiemateriaal, konden ze elektriciteit geleiden, waardoor het mogelijk werd een sensor te creëren die meerdere chemicaliën kan detecteren met behulp van een verscheidenheid aan kunststoffen.
De vooruitgang op het gebied van e-nose-technologie heeft een breed scala aan potentiële toepassingen op verschillende gebieden, waaronder de gezondheidszorg, het milieu en de voedselveiligheid. Op medisch gebied onderzoeken onderzoekers bijvoorbeeld hoe e-noses kunnen worden gebruikt om ziekten in een vroeg stadium te diagnosticeren door vluchtige organische stoffen in de adem van een patiënt te analyseren. Dit heeft het voordeel dat het niet-invasief en sneller is dan traditionele diagnostische methoden. Op milieugebied kunnen e-neuzen worden gebruikt om schadelijke stoffen in de lucht te detecteren en de vervuilingsniveaus in realtime te monitoren. Deze technologie kan gezondheidsschade door luchtverontreiniging helpen voorkomen en bijdragen aan een nauwkeuriger milieubeleid.
Als e-neuzen werkelijkheid zouden worden, zouden ze veel verschillende toepassingen hebben. De menselijke neus is erg goed, maar is niet altijd consistent en kan niet kwantitatief volgen hoeveel een geur in de loop van de tijd verandert, omdat hij de intensiteit ervan niet kan kwantificeren. Er zijn echter nog veel uitdagingen die moeten worden aangepakt voordat e-neuzen een echte ‘kunstmatige neus’ kunnen worden die de menselijke neus kan vervangen. De huidige e-neuzen reageren vaak op stoffen die mensen niet kunnen ruiken, en passeren vaak geuren die sterk genoeg zijn om door mensen opgemerkt te worden. Bovendien ligt de gevoeligheid van de sensoren doorgaans rond de 1 ppm (parts per million), wat ver achter ligt bij het menselijke reukvermogen. En slechts enkele tientallen van de tot nu toe ontwikkelde sensoren hebben praktische toepassingen. Dit komt omdat om een sensor te zijn, de binding aan het vluchtige molecuul van voorbijgaande aard moet zijn, het sensormolecuul niet mag vervormen en hetzelfde molecuul hetzelfde signaal moet geven, ongeacht wanneer het wordt gemeten.
Om de e-nose-technologie de verfijning van het menselijke reukvermogen volledig te laten vervangen, is het uiteindelijk essentieel om meer geavanceerde sensortechnologieën en geavanceerde software-algoritmen te ontwikkelen, en om stabiliteit in verschillende omgevingsomstandigheden en betrouwbaarheid bij herhaalde metingen te garanderen. Als deze uitdagingen worden aangepakt, zullen e-neuzen verder gaan dan het menselijke reukvermogen en een hulpmiddel worden voor het op een nauwkeurigere en consistentere manier detecteren en analyseren van omgevingen en stoffen. Dit heeft het potentieel om verder te groeien dan het vermogen om eenvoudigweg te ruiken en een transformatieve technologie te worden die menselijke capaciteiten in alle sectoren ondersteunt of uitbreidt.
