Датчик прост в использовании и может обнаруживать крошечные количества загрязнений в воде, что делает его более чувствительным, чем существующие методы обнаружения. Авторы исследования из Сеульского национального университета говорят, что это может сделать технологию еще более полезной в этой области.
Бактерии и другие микробы в воде вызывают две основные проблемы: они могут сделать воду токсичной и вызвать неприятный запах.
В высоких концентрациях бактерии могут быть токсичными в питьевой воде. Но на более низких уровнях — практически не обнаруживаемых современными методами культивирования — они могут вызывать "неприятный запах", отталкивая людей от употребления этого напитка.
Новое исследование показывает, как технология, имитирующая человеческий нос, может улавливать низкие уровни бактерий и других микробов, обнаруживая неприятный запах, который они выделяют.
«Плохо пахнущая вода не обязательно токсична», — сказал профессор Тай Хён Пак, руководивший исследованием. "Представьте, что вы не стираете белье; оно не так токсично, но вы не хотите носить его, потому что запах неприятный. С питьевой водой, если есть неприятный запах, даже если вода не токсична, пить ее не стоит.
Мы хотели разработать способ обнаружения и удаления такого рода загрязнений, чтобы люди с удовольствием пили воду."
Традиционно воду проверяли на загрязнение бактериями, отбирая образец и пытаясь вырастить бактерии в лаборатории.
Когда бактерии разрастаются, ученые могут подсчитать количество колоний и рассчитать концентрацию бактерий в воде. Другой подход заключается в прямом обнаружении запахов; обычно это делается с использованием методов, требующих большого научного оборудования, таких как газовая хроматография или масс-спектроскопия.
«Это хорошие способы обнаружения молекул запаха, но они требуют большого объема работы, прежде чем образец будет готов для тестирования», — сказал проф.
Парк. «И все эти тесты нужно проводить в лаборатории с дорогостоящим оборудованием — они просто не подходят для работы в полевых условиях."
Проф. Парк и его команда хотели разработать более удобное и компактное устройство для тестирования воды, которое можно было бы использовать на месте.
Помимо загрязнения питьевой воды, бактерии и другие микробы также могут загрязнять реки и озера — например, цветение водорослей в Гонконге. Раннее выявление такого рода загрязнений означает, что их легче контролировать.
У нас есть пять чувств — зрение, слух, осязание, обоняние и вкус. Среди этих пяти чувств у нас есть устройства, которые улавливают информацию для трех из них: зрения (видеокамеры), слуха (диктофоны) и осязания (планшеты). Но пока нет устройства, которое успешно фиксирует информацию по запаху или вкусу.
Бактерии, загрязняющие воду, испускают особый запах, связанный с горсткой молекул запаха.
Два типичных запаха — землистый и затхлый — вызываются разными молекулами: геосмином (GSM) и 2-метилизоборнеолом (MIB). Новое устройство, похожее на нос, может обнаруживать эти запахи при очень низких концентрациях — всего 10 нг на литр воды. Он также очень чувствителен и может различать определенный запах в облаке других.
Поскольку их беспокоит неприятный запах, проф.
Парк и его коллеги, естественно, подумали о том, как работает человеческий нос, и адаптировали его функцию в качестве сенсорного элемента. Человеческий нос более сложен, чем рецепторы для двух молекул запаха, поэтому, чтобы создать истинное обоняющее устройство, исследователям нужно будет активизировать свои усилия.
«Наша конечная цель — разработать настоящий биоэлектронный нос, похожий на человеческий нос», — сказал проф.
Парк. «В человеческом носу насчитывается около 400 различных обонятельных рецепторов. Если бы мы могли разработать нашу технологию, включающую все это, у нас было бы устройство, которое могло бы чувствовать запах всего, что мы можем, при более низких концентрациях.
По словам исследователей, у этой технологии есть много других применений.
Обоняющее устройство может быть очень полезно для индустрии запахов, такой как парфюмерия, косметика, вино и кофе. Некоторые заболевания, такие как рак легких, могут вызывать у пациентов особый запах; собаки, как известно, обнаруживают их, и биоэлектронный нос открывает путь к диагностике через запах.
Также есть роль безопасности, например, при поисках наркотиков в аэропортах.
Что более важно, исследователь говорит, что это может помочь им создать то, чего никогда раньше не было: систему классификации запахов.
"У нас еще нет системы классификации запахов; все по-прежнему зависит от нашей сенсорной системы человека.
С помощью нашего биоэлектронного устройства мы можем систематически обнаруживать и маркировать запахи, возможно, придумав универсальный код запаха, который мы сможем использовать для общения в будущем.