Sensori elettronici: un olfatto quasi umano?
I dispositivi elettronici intesi a rilevare odori come un naso umano, hanno un grande potenziale in un’ampia gamma di applicazioni moderne. I ricercatori, sostenuti in parte dai progetti CARBO-IMmap e SMELLODI finanziati dall’UE, hanno ora sviluppato sensori olfattivi elettronici e introdotto un metodo per valutarne le prestazioni olfattive nei confronti dei composti organici volatili (COV, Volatile Organic Compounds). Il loro studio è stato pubblicato sulla rivista «Applied Physics Reviews». I COV sono sostanze chimiche utilizzate e prodotte nella fabbricazione di vernici, prodotti farmaceutici e refrigeranti. L’esposizione ai vapori di COV può causare problemi di salute che vanno dall’irritazione agli occhi al mal di testa, fino a danni al fegato e ai reni. La nostra capacità di rilevare i COV potenzialmente dannosi e di identificarne la fonte utilizzando l’olfatto è uno strumento prezioso per la sopravvivenza. Nelle applicazioni moderne, i nasi elettronici, detti «e-nose», si propongono di fare la stessa cosa digitalizzando il senso dell’olfatto. Il dispositivo di rilevamento olfattivo elettronico ha un nanosensore a canale singolo, a differenza dei sistemi e-nose convenzionali che utilizzano serie di sensori, e funziona a temperatura ambiente. «Questa concezione unica mostra un grande potenziale di miniaturizzazione e portabilità», scrivono gli autori nel loro studio.
Test con quattro profumi
Per testare le prestazioni olfattive del dispositivo in termini di soglia degli odori, discriminazione e identificazione degli odori, il team ha selezionato quattro odori a base di COV ampiamente utilizzati per valutare l’olfatto delle persone: eucaliptolo (profumo di eucalipto), 2-nonanone (profumo di limone), eugenolo (profumo di chiodi di garofano) e 2-feniletanolo (profumo di rosa). Il dispositivo è stato esposto al profumo di rosa a concentrazioni decrescenti, da 19 a 4,4 parti per milione, ed è stato in grado di captare il profumo anche alla concentrazione più bassa. Per il test di discriminazione degli odori, il sensore è stato esposto ai quattro odori ed è stato in grado di distinguerli con una precisione dell’83,3 %. Inoltre, l’uso di algoritmi di classificazione con apprendimento automatico supervisionato, come l’analisi discriminante lineare, ha permesso di ottenere un’elevata precisione nell’identificazione degli odori (97,5 %). Oltre ai singoli odori, il team ha analizzato anche la risposta del dispositivo alle miscele di due odori, scoprendo che è in grado di elaborarle in modo efficiente. «È stato dimostrato che la risposta a miscele di odori binarie si comporta in modo simile a un singolo odore, mentre la risposta dell’altro odore è parzialmente soppressa. Questo fenomeno è analogo all’effetto di oscuramento nella percezione olfattiva umana durante l’elaborazione di miscele di odori binarie», riferiscono gli autori. Il team di ricerca ha utilizzato simulazioni di dinamica molecolare e calcoli di teoria funzionale della densità per spiegare l’interazione di adsorbimento tra le molecole di odori e i materiali di rilevamento. Ha inoltre fornito indicazioni su come l’umidità influisca sul metodo e lo ha convalidato identificando altri COV testati in applicazioni di rilevamento dei gas che utilizzano l’aria umida come gas di trasporto. I risultati hanno dimostrato che il sensore olfattivo elettronico è in grado di riconoscere efficacemente gli odori a base di COV. La piattaforma di olfatto elettronico «sfrutta serie di nanomateriali altamente sensibili funzionalizzati in modi diversi, consentendo così il rilevamento e la discriminazione di una quantità molto maggiore di molecole di odori target e delle loro complesse miscele». Se abbinata a dispositivi mobili per l’analisi dei dati, è molto promettente per assistere le persone con disturbi olfattivi nel prossimo futuro. Inoltre, ha il potenziale per essere applicata in numerosi campi emergenti, come il monitoraggio ambientale o la sicurezza pubblica.» CARBO-IMmap (Immune activity Mapping of Carbon Nanomaterials) si è concluso nel 2022. Il progetto SMELLODI (Smart Electronic Olfaction for Body Odor Diagnostics) terminerà a marzo 2025. Per ulteriori informazioni, consultare: sito web del progetto CARBO-IMmap; sito web del progetto SMELLODI
Parole chiave
CARBO-IMmap, SMELLODI, odore, olfatto, olfatto elettronico, sensore, profumo, composto organico volatile
