En naturaleza, los aromas emitidos por las plantas atraen a animales como los insectos. Sin embargo, los aromas también se utilizan en la industria, por ejemplo en la producción de perfumes y aromas. Para lograr un rápido, y discriminación objetiva de los aromas de menta en particular, Los investigadores de KIT (Instituto de Tecnología de Karlsruhe) se embarcaron en una colaboración interdisciplinaria y desarrollaron una nariz electrónica con un sentido del olfato artificial. Esta E-nose logra una alta precisión en el reconocimiento de diferentes especies de menta, lo que lo convierte en una herramienta adecuada para aplicaciones que van desde el control de calidad farmacéutica hasta el control del aceite de menta como bioherbicida ecológico.

"Hasta aquí, los científicos pudieron identificar un estimado de 100, 000 compuestos biológicos diferentes a través de los cuales las plantas vecinas interactúan entre sí o controlan otros organismos, como insectos, ", dice el profesor Peter Nick del Instituto Botánico de KIT." Estos compuestos son muy similares en plantas del mismo género ". Un ejemplo clásico del mundo vegetal es la menta, donde las diferentes variedades producen con aromas muy específicos de cada especie. Control de calidad industrial del aceite de menta, en particular, está sujeto a estrictas regulaciones legales para prevenir la adulteración, lleva mucho tiempo, y requiere una gran experiencia, explica el científico. Una nueva "nariz electrónica" equipada con sensores hechos de materiales combinados respaldará este proceso. Investigadores del Instituto Botánico, el Instituto de Interfaces Funcionales (IFG), el Instituto de Tecnología de Microestructuras (IMT), y el Light Technology Institute (LTI) de KIT desarrollaron y probaron conjuntamente estos sensores con seis especies de menta diferentes.

Nariz electrónica basada en un modelo biológico

En el desarrollo de la E-nose, Todo el equipo de investigación se ha guiado en la medida de lo posible por el modelo biológico:las células olfativas, que en los humanos transmiten información al cerebro a través de pulsos eléctricos, son reemplazados por doce sensores QCM (microbalanza de cristal de cuarzo) especiales. Estos sensores constan de dos electrodos equipados con un cristal de cuarzo. Entre otros, dichos componentes también se pueden encontrar en teléfonos móviles, ya que garantizan frecuencias de telefonía móvil de alta precisión a bajo costo. "Los aromas de menta se depositan en la superficie de los sensores. Esto cambia su frecuencia de resonancia y obtenemos una reacción al aroma respectivo, "explica el profesor Christof Wöll del IFG. Los aromas consisten en moléculas orgánicas en diferentes composiciones. Para permitir que los nuevos sensores absorban estas moléculas, los investigadores de IFG utilizaron doce materiales sensores específicos, incluidos los marcos metalorgánicos (MOF) desarrollados en el IFG. "Estos materiales son muy porosos y particularmente adecuados para aplicaciones de sensores porque pueden absorber muchas moléculas como una esponja, "Dice Wöll." Al combinar los sensores con los diferentes materiales, creamos lo que podría llamarse una red neuronal ".

Uso del aprendizaje automático para entrenar la nariz electrónica con seis especies de menta

Los científicos probaron la nariz electrónica con seis especies de menta diferentes, incluida la menta clásica, hierbabuena y hierba gatera. "Utilizamos diferentes métodos de aprendizaje automático para entrenar los sensores de modo que puedan crear la huella dactilar del aroma respectivo a partir de los datos recopilados y así distinguir los aromas, "Dice Wöll. Después de cada muestra de aroma, la E-nose se lava con dióxido de carbono (CO ₂ ) durante aproximadamente media hora para permitir que los sensores se regeneren.

Los resultados obtenidos por el equipo de investigación interdisciplinar han demostrado que la nariz electrónica con sus sensores QCM puede asignar aromas de menta con una alta especificidad a una especie en particular. Además, es fácil de usar, de confianza, alternativa rentable a los métodos convencionales como la espectrometría de masas, el científico afirma además. El desarrollo adicional se centrará en sensores que se regeneren más rápidamente para captar olores nuevamente. Los investigadores de IFG continuarán concentrándose en los materiales MOF para adaptarlos a otras aplicaciones, como la percepción olfativa artificial para diagnósticos médicos.