17 feb. 1999
2 minuten
In de natuur trekken kruidengeuren bijvoorbeeld insecten aan. Maar ze worden ook in de industrie gebruikt, bijvoorbeeld bij de vervaardiging van parfums en smaakstoffen. Om op een betrouwbare, snelle en objectieve manier onderscheid te maken tussen muntgeuren, ontwikkelden onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) in een interdisciplinaire samenwerking een elektronische neus met een kunstmatige reukzin: hij kan met grote precisie verschillende soorten munt herkennen. Dat maakt hem geschikt voor toepassingen als farmaceutische kwaliteitscontrole of de observatie van muntolie als milieuvriendelijk bioherbicide.
Het onderzoek is gepubiceerd in Chemosensors.
De industriële controle van muntolie is onderworpen aan strikte wettelijke voorschriften om namaak te voorkomen, is tijdrovend en vereist veel vaardigheid. Een nieuwe elektronische neus op basis van sensoren met gecombineerde materialen moet dit ondersteunen. Hij is al getest met zes verschillende soorten munt.
Bij de ontwikkeling van de elektronische neus is men zo dicht mogelijk bij het biologische model gebleven: de olfactorische cellen die via elektrische impulsen informatie naar het menselijk brein sturen, worden vervangen door twaalf sensoren (Quartz Crystal Microbalance, kortweg QCM). Deze bestaan uit twee elektroden met een kwartskristal. Dergelijke componenten zijn bijvoorbeeld ook ingebouwd in mobiele telefoons, omdat ze op een kosteneffectieve manier een hoge nauwkeurigheid van de frequenties van mobiele telefoons garanderen. "De geur van de munt zet zich af op het oppervlak van de sensoren. Hierdoor verandert hun resonantiefrequentie en krijgen we een reactie op de betreffende geur", aldus professor Christof Wöll.
Geuren bestaan uit organische moleculen in verschillende samenstellingen. Opdat de nieuwe sensoren die leerden vastleggen, gebruikten de onderzoekers twaalf speciale sensormaterialen, waaronder metaal-organische raamwerken (Engelse Metal-Organic Frameworks, MOFs). "Deze materialen zijn zeer poreus en bijzonder geschikt voor sensortoepassingen omdat ze als een spons veel moleculen kunnen absorberen", zegt Wöll. "Door de sensoren te combineren met de verschillende materialen, verbinden we virtueel een neuraal netwerk met elkaar."
Training met machine learning
De wetenschappers testten de elektronische neus met zes verschillende soorten munt, waaronder klassieke pepermunt, paardenmunt en kattenkruid. "We trainen de sensoren met verschillende machine learning-methoden, zodat ze de vingerafdruk van de respectieve geur kunnen maken uit de verzamelde gegevens en zo de geuren van elkaar kunnen onderscheiden", zegt Wöll . Na elk geurmonster wordt de neus ongeveer een half uur met kooldioxide gespoeld, zodat de sensoren kunnen regenereren.
De elektronische neus is een gebruiksvriendelijk, betrouwbaar en goedkoop alternatief voor conventionele methoden zoals massaspectrometrie, zegt de wetenschapper. De focus voor verdere ontwikkeling ligt op sensoren die sneller regenereren. De onderzoekers willen ook MOF-materialen ontwerpen voor andere toepassingsgebieden, zoals voor kunstmatige geurdetectie in de medische diagnostiek.
Anderen lazen ook
