Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах

Многие лаборатории приступили к работе над электронными носами – большинство выбрали в качестве регистрирующих элементов наборы проводящих полимеров, иногда в сочетании с газовыми сенсорами на оксидах металлов. Было основано несколько новых компаний; некоторые из них продолжают работу и по сей день. Название «искусственный» или «электронный нос» так понравилось публике, что заменять его более реалистичным никто не стал.

У таких устройств, конечно, есть ряд преимуществ и просто интересных характеристик. Они, как правило, вполне способны произвести анализ газовой среды в реальном времени и без необходимости разделять смесь на компоненты. В этом они похожи на биологический хемодетектор. Им нашлось немало полезных применений – например, в предварительном скрининге большой выборки образцов, после которого нужно выделить несколько для более точного и специфицированного анализа. Также их используют в мониторинге окружающей среды, где они могут в реальном времени послать сигнал тревоги, если вдруг изменится какой-то из наблюдаемых параметров. Фактически вместо попыток ольфакторного анализа наши современные устройства лучше всего справляются с наблюдением за воздушной средой над подопытным образцом и регистрацией изменений в ней.

Несмотря на то что они до сих пор довольно грубы структурно и функционально, их уже используют (в сочетании с химическим анализом и сенсорной эвалюацией) в пищевой промышленности, где они присматривают за тем, чтобы аромат продукта оставался постоянным; а также в экологическом контроле, где нужно следить за состоянием воды и воздуха. О предварительном скрининге, в том числе в медицинских целях, мы уже сказали. Некоторые заболевания, включая рак, нередко сопровождаются выделением летучих соединений, которые с легкостью «слышат» животные.

Есть немало сообщений, что собаки умеют чуять ранние стадии рака, а один кот несколько лет назад обрел славу вестника смерти. Он жил в больнице и приходил к пациентам, которые почти в 100 % случаев на следующий день умирали [3]. Как и искусственный нос, животные в этом отношении могут оказаться очень полезны: они указывают, что определенный пациент нуждается в повышенном внимании и дополнительных медицинских тестах.

До сих пор мы говорили об инструментах, производящих химический анализ газов в практических целях. Увы, до создания рукотворной системы, хотя бы приближающейся по функциональности к живому биологическому носу, нам еще очень далеко. Наверное, на нынешнем этапе остается только вернуться к более элементарным вопросам. Например, как мог бы выглядеть искусственный нос? На что он должен быть способен? Что нам нужно в плане «харда» (сенсоров) и «софта» (информации), чтобы действительно создать такой прибор?

Что вообще такое искусственный нос?

Прежде чем приступить к дизайну искусственного носа, нужно разобраться, что же такое мы хотим соорудить. Это не такой уж тривиальный вопрос, учитывая, что нас интересует не просто симпатичная анатомическая структура, расположенная примерно посередине лица, а комплексная система регистрации и распознавания запахов, значительную часть которой составляет вообще-то мозг. Влетающие в нос молекулы порождают в конце своего пути словесные описания, эмоции и поведенческие реакции. До какой-то степени эти внешние последствия встречи с ароматом зависят от нашего жизненного опыта, воспоминаний, настроения, особенностей личности – иными словами, они субъективны.

«Хард» и «софт»

Всякий инструмент, наблюдающий за состоянием окружающей среды, в том числе и электронный нос, по определению состоит из «харда», аппаратной части (сенсоров, производящих некие измерения), и «софта», программного обеспечения (обрабатывающего аналитические данные и интерпретирующего их смысл в соответствии с некоторой системой критериев). Если говорить об электронном носе, «хардом» будет набор химических детекторов, способных взаимодействовать с молекулами запаха и реагирующих на список релевантных параметров.

Химические сенсоры