Sensores electrónicos: ¿podrían olfatear como una nariz humana?
Los sensores electrónicos concebidos para detectar olores de modo parecido a como lo hace la nariz humana tienen un gran potencial en una amplia variedad de aplicaciones modernas. Unos investigadores respaldados en parte por los proyectos CARBO-IMmap y SMELLODI, ambos financiados con fondos europeos, desarrollaron sensores olfativos electrónicos y crearon un método para evaluar su rendimiento olfativo frente a compuestos orgánicos volátiles (COV). Su estudio se publicó en la revista «Applied Physics Reviews». Los COV son sustancias químicas que se emplean y producen en la fabricación de pinturas, productos farmacéuticos y refrigerantes. La exposición a los vapores de COV puede causar problemas de salud que van desde irritación ocular y dolores de cabeza hasta daño hepático y renal. Nuestra capacidad para detectar COV potencialmente nocivos e identificar su fuente con el sentido del olfato constituye una herramienta esencial para nuestra supervivencia. En las aplicaciones actuales, las narices electrónicas aspiran a lograr esto mismo mediante la digitalización del sentido del olfato. El sistema olfativo electrónico tiene un nanosensor de un solo canal —a diferencia de los sistemas convencionales de nariz electrónica que utilizan matrices de sensores— y funciona a temperatura ambiente. «Este diseño innovador tiene un gran potencial para su miniaturización y portabilidad», afirman los autores en su estudio.
Pruebas con cuatro aromas
Para probar el rendimiento olfativo de su sensor en términos de eficacia del umbral de olor, discriminación de olores e identificación de olores, el equipo seleccionó cuatro olores basados en COV empleados comúnmente para evaluar el sentido del olfato de las personas, a saber: eucaliptol (aroma de eucalipto), 2-nonanona (aroma de limón), eugenol (aroma de clavo) y 2-feniletanol (aroma de rosa). El sensor se expuso al aroma de rosa en concentraciones decrecientes que oscilaban entre 19 y 4,4 ppm y logró captar el aroma incluso en la concentración más baja. En la prueba de discriminación de olores, el sensor se expuso a los 4 aromas y logró discriminar entre ellos con una precisión cercana al 83,3 %. Además, el empleo de algoritmos de clasificación supervisada de aprendizaje automático, como el análisis discriminante lineal, permitió identificar olores con una alta precisión (97,5 %). El equipo no solo probó olores individuales, sino que también examinó la respuesta del dispositivo a mezclas de dos olores. En este sentido, se descubrió que era capaz de procesarlas con eficacia. «Se averiguó que la respuesta a mezclas binarias de olores era bastante similar a la de un olor individual, mientras que la respuesta del otro olor se suprime parcialmente. Este fenómeno es análogo al efecto de eclipsado del sentido del olfato humano al procesar mezclas binarias de olores», comentan los autores. El equipo de investigación utilizó simulaciones de dinámica molecular y cálculos de la teoría funcional de la densidad para explicar la interacción de adsorción entre las moléculas de olor y los materiales de detección. También proporcionaron conocimientos nuevos sobre cómo afecta la humedad al método, un hecho que fue corroborado mediante la identificación de otros COV probados en aplicaciones de detección de gases que utilizan aire húmedo como gas portador. Sus resultados revelaron que su sensor olfativo electrónico puede detectar olores basados en COV de manera efectiva. La plataforma olfativa electrónica «emplea matrices de nanomateriales muy sensibles y funcionalizados con diferentes métodos, lo que posibilita la detección y discriminación de una cantidad mucho mayor de moléculas de olor objetivo, así como sus mezclas complejas. Si se combina con dispositivos móviles para el análisis de datos, podría ser muy adecuado para ayudar a personas con trastornos olfativos en un futuro cercano. Además, podría emplearse en múltiples campos emergentes, como la vigilancia ambiental o la seguridad pública». El proyecto CARBO-IMmap (Immune activity Mapping of Carbon Nanomaterials) finalizó en 2022, mientras que el proyecto SMELLODI (Smart Electronic Olfaction for Body Odor Diagnostics) finalizará en marzo de 2025. Para más información, consulte: Sitio web del proyecto CARBO-IMmap Sitio web del proyecto SMELLODI
Palabras clave
CARBO-IMmap, SMELLODI, olor, olfato, nariz electrónica, sensor, aroma, compuestos orgánicos volátiles
