טכנולוגיית ריח חדשה עשויה לפתוח דלתות לאבחון רפואי

למרות שהריח שיחק היסטורית תפקיד חשוב במאבק במחלות כמו מגיפה ושחפת, האף האנושי בדרך כלל אינו רגיש מספיק כדי לשמש ככלי אבחון אמין.

עם זאת, 'אף' מלאכותי חדש בהשראת חוש הריח שלנו יכול כעת לאפשר לזהות מחלות לא מאובחנות, גזים מסוכנים ומזון שמתחיל להתקלקל.

והכל מתאפשר עם טכנולוגיה שכבר קיימת.

מוקף באנטנות

מה משותף לטלפון הנייד, למחשב ולטלוויזיה? אנטנות.

אנחנו ממש מוקפים בטכנולוגיה שמתקשרת באמצעות טכנולוגיית אנטנה".

מיכאל צ'פנה, פרופסור, NTNU

Cheffena הוא פרופסור לטלקומוניקציה באוניברסיטה הנורבגית למדע וטכנולוגיה (NTNU) ב-Gjøvik ומאמין שניתן להשתמש בטכנולוגיה הזו להרבה יותר מסתם תקשורת:

"על ידי מתן פונקציות של חיישן האנטנות, ניתן להשתמש בתשתית הקיימת בתחומי יישום חדשים. זה היה אחד המניעים העיקריים לבדיקה האם ניתן להשתמש באנטנות למטרות אלו", הוסיף.

הפתרון הפשוט ביותר הוא לרוב הטוב ביותר

צ'פנה הסביר כי לניסיונות קודמים ליצור מה שנקרא 'אפים אלקטרוניים' לא היה היתרון בכך שיש תשתית קיימת זמינה. הם גם הושפעו ממספר אתגרים אחרים שטכנולוגיית האנטנה יכולה לפתור.

"לאפים אלקטרוניים אחרים יכולים להיות כמה מאות חיישנים, שלעיתים כל אחד מצופה בחומרים שונים. זה הופך את שניהם לצריכי חשמל מאוד לתפעול ויקרים לייצור. הם גם כרוכים בצריכת חומרים גבוהה. לעומת זאת, חיישן האנטנה מורכב מאנטנה אחת בלבד עם סוג אחד של ציפוי", אמר צ'פנה.

זה בוודאי בא על חשבון הדיוק והפונקציונליות?

"להיפך", אמר יו דאנג, עמית מחקר דוקטורט במחלקה לייצור והנדסה אזרחית ב-NTNU ב-Gjøvik והמחבר הראשי של מאמר מחקר שפורסם לאחרונה על 'אף האנטנה' החדש בכתב העת חיישנים ומפעילים B: כימי.

ריח של בנזין ודשא טרי קצוץ

דאנג אומר שהחיישן שלהם מבחין בין הגזים השונים עליהם הוא נבדק בדיוק של 96.7 אחוזים. זו תוצאה שלא רק משתווה לביצועים של מיטב האפים האלקטרוניים עד כה, אלא שבתחומים מסוימים היא אפילו מתעלה עליהם.

כדי להבין איך, הנה איך חרטום האנטנה עובד בפועל:

האנטנה משדרת אותות רדיו בטווח של תדרים שונים אל הסביבה. לאחר מכן הוא מנתח כיצד הם משתקפים בחזרה. האופן שבו האותות מתנהגים משתנה על סמך הגזים הקיימים, ומכיוון שהאנטנה משדרת אותות במספר תדרים, השינויים יוצרים דפוסים ייחודיים שניתן לקשר לתרכובות אורגניות נדיפות ספציפיות.

תרכובות אורגניות נדיפות הן גזים שנמצאים בדרך כלל באוויר. הם מאופיינים בנקודת רתיחה נמוכה, כלומר הם נוטים להתאדות בטמפרטורות נמוכות. ולמרות שלא ניתן לראותם ולא לחוש אותם, בהחלט הרחתם כמה מהם.

כל היצורים החיים, כולל צמחים, פולטים תרכובות אורגניות נדיפות, לעתים קרובות כאמצעי להגן על עצמם מפני מזיקים או לתקשר זה עם זה. ריח הדשא הטרי הוא דוגמה ידועה לכך.

אדי הבנזין ממכסחת הדשא שלך הם דוגמה נוספת. מאחר שרבים מהמוצרים שאנו משתמשים בהם והחומרים שאנו מקיפים את עצמנו פולטים גם תרכובות אורגניות נדיפות, מספר רב של גזים בשילובים שונים יהיה נוכח ברוב הסביבות. זה הופך את המשימה להבחין בין גזים משמעותיים לבין לא משמעותיים למאתגרת ביותר.

דאנג הסביר שזה הופך לקשה עוד יותר כאשר מוסיפים לתערובת גם איזומרים.

התאומים הקשים

"איזומרים הם תרכובות כימיות שיש להן נוסחה מולקולרית זהה, אבל שבהן האטומים קשורים זה לזה בדרכים מעט שונות", אמר.

לפי החוקרים הם קצת דומים לתאומים: מאוד דומים, אך לא זהים.

"התרכובות הללו היו מזמן אתגר עבור סוג זה של טכנולוגיית חיישנים. אפילו האף האלקטרוני המתוחכם ביותר המורכב מחיישנים רבים ושונים נאבקים בהם", אמר דאנג.

כתוצאה מכך הוא מאוד מרוצה מכך שחיישן האנטנה שלהם מתפקד כל כך טוב אפילו בתרכובות הקשות הללו.

יכול להיות מסוגל לזהות מחלה

עד כה, טכנולוגיית החיישנים נוסתה על פירות ובשרים שנפגעו מפגיעה בגילאים שונים. על ידי התאמת האלגוריתמים המזהים את 'טביעות האצבע' הייחודיות של הגזים השונים, החוקרים מאמינים שהטכנולוגיה עשויה גם להריח מחלות.

"תרכובות אורגניות נדיפות מאפשרות לכלבים מאומנים לזהות שינויים מסכני בריאות ברמת הסוכר בדם ומחלות כמו סרטן, כך שהעיקרון זהה במידה רבה", אמר דאנג.

לעומת זאת, בניגוד לכלבים, חיישן האנטנה אינו דורש חודשים של הכשרה או שימוש במטפלים מיוחדים. הטכנולוגיה הבסיסית היא משהו שכבר יש לך בסלון שלך.