Совместные работы по созданию оригинальной мультисенсорной системы для распознавания газообразных веществ ведутся несколькими коллективами белорусских ученых из БНТУ, БГУИР и Минского научно-исследовательского института радиоматериалов. Общее руководство проекта осуществляет заведующий кафедрой "Микро— и нанотехники" БНТУ Юрий Плескачевский. Портативный газоанализатор, над которым старательно работают сегодня белорусские ученые, будет использоваться для выявления самого широкого класса веществ: токсичных паров, органических соединений, наркотиков, взрывчатых веществ, ядов и т.д.
Как пояснил заведующий научно-исследовательской лаборатории "Нанотехнологии" БГУИР Геннадий Горох, абсолютно все вещества, существующие в природе, обладают какими-то пахучими параметрами. Нос человека распознает только очень немногие из них, зато "электронный нос" — а именно так называют в просторечии новый прибор — способен улавливать даже сверхнизкие концентрации. Надо пояснить, что аналогичные "умные" приборы в мире уже существуют, однако белорусские изобретатели применили свое ноу-хау:
— Главное отличие нашей системы от других заключается в том, что мы предложили принципиально новый подход в создании "электронного носа". В нашей высокочувствительной химической системе предусмотрены два модуля — матрица, позволяющая накапливать и хранить единичные молекулы анализируемых газов, и матрица высокочувствительных сенсоров, которые распознают композицию собранной газовой смеси. Новые технические решения, к которым мы прибегли, позволили создать газоанализатор всего на одном кристалле, сделав его совсем миниатюрным, — рассказывает Геннадий Горох. — Для производства сенсоров мы использовали оригинальные наноструктурированные материалы и современные микромеханические технологии, которые позволили нам получить рекордные характеристики. Наши сенсоры обладают очень высокой чувствительностью и способны создавать более выраженные отзвуки по сравнению с другими материалами. Следует объяснить, что распознавание химических веществ происходит после "обучения" прибора — то есть, после его знакомства с разными запахами: во время прокачки через систему тех или иных веществ она их идентифицирует и запоминает. Таким образом формируется "библиотека" отзвуков, которая хранится в памяти вычислительного устройства, входящего в состав прибора. Распознавание осуществляется путем сравнения отзвука от газа, который анализируется в определенный момент, с отзвуками от тех веществ, которые находятся в памяти. В случае нахождения в памяти аналогичного отзвука или комбинации отзвуков прибор обязательно просигнализирует о присутствии в среде паров этого вещества.
А поскольку такая система может распознать даже одну молекулу на миллиард, она будет просто незаменима в составе систем безопасности атомных станций, шахт, подводных лодок, космических аппаратов, самолетов, автотранспортных средств. Датчики прибора будут улавливать даже самые минимальные дозы специфических газов и смогут предупредить заранее о возникновении аварийной ситуации.
Есть мнение, что в ближайшие годы такие системы, как "электронный нос", станут ключевым направлением в развитии индустрии безопасности. Так, "электронный нос" поможет распознавать поддельные лекарства или парфюмерию. В машиностроении он будет использоваться в системах самодиагностики приборов. В пищевом, ликеро-водочном и табачном производстве — для контроля за качеством продукции. В добывающей промышленности — для поиска и мониторинга месторождений полезных ископаемых, а также для быстрой идентификации минералов.
"Электронный нос" может распознавать столько запахов, сколько датчиков находится на его поверхности. Универсальную систему, которая будет распознавать максимальное количество веществ, создать можно, но сложно. Скорее всего, и смысла в этом нет. Обычно сенсорный массив включает от 8 до 30 элементов.
— Благодаря использованию газочувствительных наноматериалов мы можем на одной матрице размером 1,5 x 1,5 сантиметра установить до 32 сенсоров, — подчеркнул Геннадий Горох. — Такой портативный прибор и стоить будет меньше. Стоимость стационарных аналогичных систем в мире колеблется от 20 до 100 тысяч долларов, поэтому немногие могут их себе позволить.
Самый активный интерес пока проявляют представители военного комплекса и российского космического агентства. Впервые с докладом о своей работе ученые выступили на V белорусском космическом конгрессе, где их разработкой тут же заинтересовались. Как признали российские специалисты, портативный белорусский прибор размером с мобильный телефон может оказаться незаменимым как для контроля за атмосферой космического аппарата, так и для космической медицины — мониторинга за состоянием здоровья и самочувствием космонавтов.
Вообще использование "электронного носа" в медицине — одна из самых интересных сфер его применения. Известно, что каждую болезнь сопровождают свои пахучие сочетания. Молекулы придают дыханию человека специфический запах. Правда, они содержатся в воздухе, выдыхаемом человеком, в мизерном количестве. Израильские ученые создали "электронный нос", который по выдоху может установить, здоров ли человек или является кандидатом в пациенты онкологической клиники. "Умный" прибор способен выявить еще на ранних стадиях наличие злокачественных опухолей в голове и позвоночнике человека, в его слюнных железах или слизистой оболочке. Своевременное выявление такой онкологии всегда было проблематичным, поэтому болезнь диагностировалась, как правило, тогда, когда рак уже давал осложнения на другие органы. Немаловажно, что чувствительный прибор позволяет не просто выявить болезнь, но и указывает на орган, где располагается очаг онкологии. Иными словами, "электронный нос" способен отличить рак легких от рака мозга.
Проблема заключается в том, чтобы сделать такие приборы доступными не только для элитных клиник. Белорусские ученые как раз дарят такую надежду. Авторы проекта уверены, что их "электронный нос" позволит проводить по доступной цене не только диагностику, но и организовывать с помощью телемедицинских систем мониторинг состояния тяжелых больных, проходящих лечение в амбулаторных условиях. "Электронная сиделка" сможет еще до обострения состояния больного "почуять" любые тревожные симптомы и сообщить об этом врачу.
А поскольку в состав творческого коллектива входят специалисты Минского научно-исследовательского института радиоматериалов, где есть производственные мощности и микросистемные технологии, то вопрос серийного производства "электронного носа" волнений не вызывает. Однако до завершения работ и создания рабочего образца отечественной системы еще далеко. Увы, но недостаточное финансирование проекта может затормозить очень важное дело...
Надежда Николаева.
Интересно знать:
Немецкие исследователи утверждают, что им удалось разработать "электронный нос", который позволяет определить, есть ли у человека сердечная недостаточность и насколько она серьезная. Прибор представляет собой систему газовых датчиков, которые реагируют на молекулы запаха. Исследованием были охвачены 27 больных с настолько серьезными проблемами с сердцем, что вынуждены были сохранять постельный режим, 25 пациентов с менее серьезными сердечными проблемами и контрольная группа, состоявшая из 28 здоровых людей. "Электронный нос" смог четко отличить запах человека с больным сердцем от здорового. В 89 процентах случаев "нос" правильно обнаружил пациентов с больным сердцем и в 84 процентах установил здоровых людей. Иными словами, он не нашел болезни примерно у каждого десятого и примерно каждого седьмого участника эксперимента ошибочно предупредил об опасности инфаркта. Прибор также смог отличить пациентов с различной степенью болезни.
20 января 2012 года.
Источник: газета «Звязда», в переводе: http://zvyazda.minsk.by/ru/archive/article.php?id=92094&idate=2012-01-20