Znajdź zawartość

Elektroniczne nosy zatrudniono do wykrywania zepsutych materiałów na liniach produkcyjnych. Nie są one jednak zbyt dokładne. W założeniu kwarcowe pręciki mają drgać z inną częstotliwością, gdy zwiążą się z substancją docelową. Okazuje się jednak, że e-nos łatwo zmylić, gdyż nieco inne związki z cząsteczkami o podobnej wadze dają bowiem fałszywie pozytywne wyniki. Jak temu zaradzić? Skorzystać z wynalazków natury, w tym przypadku ze skrzeku żaby szponiastej (Xenopus laevis). Zespół bioinżyniera Shoji Takeuchiego z Uniwersytetu Tokijskiego zmodyfikował niedojrzałe żabie jaja, wprowadzając do nich fragmenty DNA jedwabnika morwowego, tantnisia krzyżowiaczka i muszki owocowej. Chodziło o to, by dochodziło w nich do ekspresji białek będących receptorami węchu. Japończycy wybrali afrykańskiego płaza, ponieważ jest on dokładnie przebadany i wiadomo, jak zachodzi ekspresja protein. Następnie komórki umieszczono między elektrodami w specjalnie zaprojektowanym, wypełnionym cieczą kartridżu i mierzono przepływ sygnałów elektrycznych w odpowiedzi na wiążące się z receptorami rozmaite cząsteczki zapachowe. Okazało się, że taki nos jest w stanie odróżnić bardzo podobne molekuły. Wstrzyknęliśmy DNA do oocytów i w ten sposób uzyskaliśmy bardzo użyteczny i tani czujnik. Zastosowaliśmy 3 rodzaje feromonów i jeden środek zapachowy (odorant), wszystkie bardzo podobne chemicznie, a one [jaja] potrafiły bez problemu odseparować i wykryć różne typy zapachów oraz związków. Wrażliwość żabiego czujnika wynosi kilka części wagowych substancji w miliardzie (109) części wagowych roztworu. Aparat umie naraz rozpoznać kilka związków, które różnią się, dajmy na to, tylko izomerią wiązania podwójnego bądź grupą funkcyjną, np. ─OH, ─CHO czy ─C(═O)─. Takeuchi stworzył nawet robota, który kręci głową, gdy jego nos z prawdziwego zdarzenia wyczuje feromony ćmy. Naukowcy z Kraju Kwitnącej Wiśni zamierzają rozbudować opisaną technologię. Już teraz cieszą się, że wspólny zmysł węchu może rozciągnąć nową nić porozumienia między człowiekiem a maszyną. Ekipa z Tokio ma nadzieję, że dzięki jej wynalazkowi uda się zaprojektować lepsze urządzenia do wykrywania gazowych zanieczyszczeń powietrza, np. dwutlenku węgla. Komar znajduje ludzi właśnie dzięki CO2, co oznacza, że dysponuje receptorami do jego detekcji. Gdyby więc wyekstrahować materiał genetyczny owada i wprowadzić go do skrzeku, stworzenie odpowiedniego sensora powinno się powieść.

W przyszłości do diagnozowania astmy lekarze będą być może wykorzystywać elektroniczny nos. Wstępne wyniki badań z jego zastosowaniem zaprezentowano na Międzynarodowej Konferencji Amerykańskiego Stowarzyszenia Pulmunologicznego 2007. Urządzenie wyposażono w czujniki reagujące na skład wydychanego powietrza. Wydychamy mieszaninę lotnych związków organicznych [VOC, od ang. volatile organic compounds — przyp. red.], którą można wykorzystać jako marker chorób płuc — powiedział jeden z członków zespołu naukowców, dr Silvano Dragonieri z Centrum Medycznego Leiden University. Elektroniczny nos to nowsza wersja urządzenia wykorzystywanego już wcześniej w przemyśle spożywczym, perfumeryjnym, winiarstwie, badaniach zanieczyszczenia środowiska czy w wojsku do wykrywania materiałów wybuchowych. E-nos reaguje na zapach, generując określony wzorzec zapisu, który jest następnie porównywany z przechowywanymi szablonami. Ulepszone urządzenie pozwala zdiagnozować choroby płuc, m.in. ich stan zapalny. Do standardowych odczytów zdrowych osób przykłada się zapis składu powietrza wydychanego przez pacjenta. Jeśli jest on podobny, badany jest zdrowy. Uczeni chcą też zaangażować e-nos do diagnozowania raka płuc. W najnowszych badaniach wzięło udział 40 osób: 20 zdrowych i 20 astmatyków (połowa cierpiała na ciężką postać tej choroby, a połowa na lekką). Mieli oni oddychać do maski z workiem, do którego podłączano e-nos. Urządzenie potrafiło odróżnić ludzi chorych od zdrowych, miało natomiast kłopot z określeniem nasilenia objawów. Dr Dragonieri zastanawia się, czy za pomocą urządzenia można "wyłowić" nowe przypadki astmy. Na razie bowiem udało się trafnie oddzielić osoby z już zdiagnozowaną chorobą od zdrowych. Wszystko to zapewne kwestia przyszłości, może nawet bliskiej...