Zodra je een geur ruikt, zijn er al moleculen van de bron in je neus terechtgekomen. Dat legde technisch natuurkundige Sissi de Beer (Universiteit Twente) uit in deze video van Universiteit van Nederland, waar ze ook laat zien hoe een team van de universiteit een elektronische neus bouwt die geuren herkent zoals wij dat doen: via patronen van moleculen. Onder de video kwamen ruim honderd reacties binnen. Kan zo’n neus ook ziektes opsporen? En kan hij ooit onderscheid maken tussen moleculen die elkaars spiegelbeeld zijn? Scientias ging met Sissi in gesprek.
Scientias: Interessante video! Viel er iets op in de reacties?
Sissi de Beer: “Ik vond het vooral heel leuk dat mensen zo enthousiast waren en vooral ook het nut zagen van de ontwikkelingen waar we mee bezig zijn. Ik had eigenlijk gedacht dat mensen grapjes zouden maken over poep en dat soort dingen, maar de reacties waren veel positiever dan ik van tevoren had gedacht. Mensen dachten echt na en stelden vragen over de inhoud, ze deelden ook hun eigen ervaringen, dat vond ik heel leuk.”
Kan de elektronische neus uit de video ook ziektes opsporen?
“In principe wel. Dat was ook eigenlijk het oorspronkelijke doel. Het project waarvoor we in eerste instantie financiering hebben gekregen, is om bij kippen ziektes in een vroeg stadium te kunnen opsporen. Je hebt bijvoorbeeld bloedluis en darmziektes.
Sommige dierenartsen ruiken als die de stal binnenkomt al dat er iets mis is. Maar je kunt natuurlijk niet de hele tijd dierenartsen naar alle stallen sturen. En boeren zitten de hele dag in die geur, dus die pikken het vaak ook niet meer op. Ze zijn helemaal gewend aan de geur van kippen. Dus dachten we: kunnen we een apparaatje ontwikkelen dat die ziektes in een vroeg stadium kan opsporen? Van daaruit is het onderzoek uitgebreid naar allerlei andere toepassingen. Er worden door andere wetenschappers ook al elektronische neuzen ontwikkeld om bij mensen ziektes op te sporen, zoals maag- en darmkanker, al gaat dit niet volgens het principe van een zoogdierenneus. Onze eigen neus werkt met ongeveer 300 verschillende receptoren. Verschillende geurmoleculen reageren in verschillende mate met die receptoren. Aan dat patroon herkennen we een geur. Dat proberen wij na te maken. Daardoor kunnen we uiteindelijk naar een veel kleinere sensor, zodat die bijvoorbeeld op een drone kan worden gebouwd of misschien in een telefoon kan worden verwerkt.”
In de natuur laten receptoren moleculen binnen een seconde los. Bij deze elektronische neus duurt dat nog minuten. Wat maakt dat zo lastig?
“We maken een nanohaartjescoating. Om een goed signaal te krijgen hebben we die best wel ‘dik’ (ongeveer 50 nm) gemaakt. Daardoor kunnen we veel geurmoleculen absorberen en concentreer je meer van de geur aan het sensoroppervlak. Een geur is daardoor makkelijker te herkennen en te meten, maar doordat de coating relatief dik is kost het ook tijd voor de moleculen om erin te gaan en er weer uit te komen. We zijn nu op zoek naar hoe dun we de coating kunnen maken, zodat we nog steeds gevoelig kunnen meten, maar ook de snelheid kunnen verhogen. Hoe dunner de coating, hoe sneller dat kan gebeuren.”
Is dat de focus van het onderzoek nu?
“Onder andere, maar er zijn nog heel veel vragen die we moeten beantwoorden. We kijken bijvoorbeeld op het gebied van machine learning naar wat de beste algoritmes zijn om de geur te herkennen. Waar we ook aan willen werken, is habituatie. Onze eigen neus raakt gewend aan geuren, waardoor je nieuwe geuren makkelijker kunt herkennen. Wij ruiken bijvoorbeeld onze eigen deodorant niet meer. Dat willen we eigenlijk ook inbouwen in onze elektronische neus, zodat die gewend raakt aan alle achtergrondgeuren. Als je er dan een nieuwe geur overheen laat gaan, herken je die makkelijker. Een belangrijke focus is ook om het te versnellen: hoe snel kunnen we meten? En waar zit de limiet met de laagste concentratie? We laten nu zien dat we geuren kunnen herkennen en opsporen, maar we hebben nog niet echt onderzocht hoe laag we in concentratie kunnen gaan.”
Iemand in de reacties vroeg naar chiraliteit. Kan de sensor onderscheid maken tussen moleculen die elkaars spiegelbeeld zijn?
“Het zou moeten kunnen, maar daar willen we nog beter induiken. We willen het gewoon gaan proberen: geuren met moleculen met verschillende chiraliteit uitproberen en kijken bij welke verschillende polymeerborstels we wel een signaal meten en bij welke niet. Voor de toepassingen die we nu voor ogen hebben, is dat nog niet echt nodig. Maar het is wel heel interessant en leuk om te bestuderen.”
Is er iets wat u graag nog aan de video had willen toevoegen?
“Eigenlijk niet, ik denk dat het voor het publiek echt een geschikte video is. Het is natuurlijk altijd leuk om nog meer over technische details te praten, maar dat is vooral leuk voor andere gekkies die het ook leuk vinden om aan elektronische neuzen te werken. Ik denk dat de film echt goed gelukt is, ik ben er heel blij mee.”
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
