"Электронны нос" — памочнік і ў космасе, і ў медыцыне

Источник материала:

Сумесныя работы па стварэнні арыгінальнай мультысэнсарнай сістэмы для распазнавання газападобных рэчываў вядуцца некалькімі калектывамі беларускіх навукоўцаў з БНТУ, БДУІР і Мінскага навукова-даследчага інстытута радыёматэрыялаў. Агульнае кіраўніцтва праекта ажыццяўляе загадчык кафедры "Мікра- і нанатэхнікі" БНТУ Юрый Плескачэўскі. Партатыўны газааналізатар, над якім шчыруюць сёння беларускія навукоўцы, будзе выкарыстоўвацца для выяўлення самага шырокага класа рэчываў: таксічных пароў, арганічных спалучэнняў, наркотыкаў, выбуховых рэчываў, ядаў і г.д.

Як патлумачыў загадчык навукова-даследчай лабараторыі "Нанатэхналогіі" БДУІР Генадзь ГАРОХ, абсалютна ўсе рэчывы, што існуюць у прыродзе, валодаюць нейкімі пахучымі параметрамі. Нос чалавека распазнае толькі вельмі нямногія з іх, затое "электронны нос" — а менавіта так называюць у прастамоўі новы прыбор — здольны ўлоўліваць нават звышнізкія канцэнтрацыі. Трэба патлумачыць, што аналагічныя "разумныя" прыборы ў свеце ўжо існуюць, аднак беларускія вынаходнікі прымянілі сваё ноу-хау:

— Галоўнае адрозненне нашай сістэмы ад іншых заключаецца ў тым, што мы прапанавалі прынцыпова новы падыход у стварэнні "электроннага носа". У нашай высокаадчувальнай хімічнай сістэме прадугледжаны два модулі — матрыца, якая дазваляе назапашваць і захоўваць адзінкавыя малекулы аналізуемых газаў, і матрыца высокаадчувальных сэнсараў, якія распазнаюць кампазіцыю сабранай газавай сумесі. Новыя тэхнічныя рашэнні, да якіх мы прыбеглі, дазволілі стварыць газааналізатар усяго на адным крышталі, зрабіўшы яго зусім мініяцюрным, — расказвае Генадзь Гарох. — Для вытворчасці сэнсараў мы выкарысталі арыгінальныя нанаструктурыраваныя матэрыялы і сучасныя мікрамеханічныя тэхналогіі, якія дазволілі нам атрымаць рэкордныя характарыстыкі. Нашы сэнсары валодаюць вельмі высокай адчувальнасцю і здольныя ствараць больш выражаныя водгукі ў параўнанні з іншымі матэрыяламі. Трэба растлумачыць, што распазнаванне хімічных рэчываў адбываецца пасля "навучання" прыбора — гэта значыць, пасля яго знаёмства з рознымі пахамі: падчас прапампоўвання праз сістэму тых ці іншых рэчываў яна іх ідэнтыфікуе і запамінае. Такім чынам фарміруецца "бібліятэка" водгукаў, якая захоўваецца ў памяці вылічальнага ўстройства, што ўваходзіць у склад прыбора. Распазнаванне ажыццяўляецца шляхам параўнання водгуку ад газу, што аналізуецца ў пэўны момант, з водгукамі ад тых рэчываў, якія знаходзяцца ў памяці. У выпадку знаходжання ў памяці аналагічнага водгуку або камбінацыі водгукаў прыбор абавязкова прасігналізуе аб прысутнасці ў асяроддзі пароў гэтага рэчыва.

А паколькі такая сістэма можа распазнаць нават адну малекулу на мільярд, яна будзе проста незаменная ў складзе сістэм бяспекі атамных станцый, шахт, падводных лодак, касмічных апаратаў, самалётаў, аўтатранспартных сродкаў. Датчыкі прыбора будуць улоўліваць нават самыя мінімальныя дозы спецыфічных газаў і змогуць папярэдзіць загадзя аб узнікненні аварыйнай сітуацыі.

Ёсць меркаванне, што ў бліжэйшыя гады такія сістэмы, як "электронны нос", стануць ключавым напрамкам у развіцці індустрыі бяспекі. Так, "электронны нос" дапаможа распазнаваць падробленыя лекі ці парфумерыю. У машынабудаванні ён будзе выкарыстоўвацца ў сістэмах самадыягностыкі прыбораў. У харчовай, лікёра-гарэлачнай і тытунёвай вытворчасці — для кантролю за якасцю прадукцыі. У здабываючай прамысловасці — для пошуку і маніторынгу радовішчаў карысных выкапняў, а таксама для хуткай ідэнтыфікацыі мінералаў.

"Электронны нос" можа распазнаваць столькі пахаў, колькі датчыкаў знаходзіцца на яго паверхні. Універсальную сістэму, якая будзе распазнаваць максімальную колькасць рэчываў, стварыць можна, але складана. Хутчэй за ўсё, і сэнсу ў гэтым няма. Звычайна сэнсарны масіў уключае ад 8 да 30 элементаў.

— Дзякуючы выкарыстанню газаадчувальных нанаматэрыялаў мы можам на адной матрыцы памерам 1,5 х 1,5 сантыметра ўстанавіць да 32 сэнсараў, — падкрэсліў Генадзь Гарох. — Такі партатыўны прыбор і каштаваць будзе менш. Кошт стацыянарных аналагічных сістэм у свеце вагаецца ад 20 да 100 тысяч долараў, таму нямногія могуць іх сабе дазволіць.

Самы актыўны інтарэс пакуль што праяўляюць прадстаўнікі ваеннага комплексу і расійскагага касмічнага агенцтва. Упершыню з дакладам аб сваёй рабоце навукоўцы выступілі на V беларускім касмічным кангрэсе, дзе іх распрацоўкай тут жа зацікавіліся. Як прызналі расійскія спецыялісты, партатыўны беларускі прыбор памерам з мабільны тэлефон можа аказацца незаменным як для кантролю за атмасферай касмічнага апарата, так і для касмічнай медыцыны — маніторынгу за станам здароўя і самаадчуваннем касманаўтаў.

Увогуле выкарыстанне "электроннага носа" ў медыцыне — адна з самых цікавых сфер яго прымянення. Вядома, што кожную хваробу суправаджаюць свае пахучыя спалучэнні. Малекулы надаюць дыханню чалавека спецыфічны пах. Праўда, яны ўтрымліваюцца ў паветры, што выдыхае чалавек, у мізэрнай колькасці. Ізраільскія навукоўцы стварылі "электронны нос", які па выдыху можа ўстанавіць, ці здаровы чалавек або з'яўляецца кандыдатам у пацыенты анкалагічнай клінікі. "Разумны" прыбор здольны выявіць яшчэ на ранніх стадыях наяўнасць злаякасных пухлін у галаве і пазваночніку чалавека, у яго слінных залозах ці слізістай абалонцы. Своечасовае выяўленне такой анкалогіі заўсёды было праблематычным, таму хвароба дыягнаставалася, як правіла, тады, калі рак ужо даваў ускладненні на іншыя органы. Немалаважна, што адчувальны прыбор дазваляе не проста выявіць хваробу, але і ўказвае на орган, дзе размяшчаецца ачаг анкалогіі. Іншымі словамі, "электронны нос" здольны адрозніць рак лёгкіх ад раку мозга.

Праблема заключаецца ў тым, каб зрабіць такія прыборы даступнымі не толькі для элітных клінік. Беларускія навукоўцы якраз дораць такую надзею. Аўтары праекта ўпэўнены, што іх "электронны нос" дазволіць праводзіць па даступнай цане не толькі дыягностыку, але і арганізоўваць з дапамогай тэлемедыцынскіх сістэм маніторынг стану цяжкіх хворых, якія праходзяць лячэнне ў амбулаторных умовах. "Электронная сядзелка" зможа яшчэ да абвастрэння стану хворага "ўнюхаць" любыя трывожныя сімптомы і паведаміць аб гэтым урачу.

А паколькі ў склад творчага калектыву ўваходзяць спецыялісты Мінскага навукова-даследчага інстытута радыёматэрыялаў, дзе ёсць вытворчыя магутнасці і мікрасістэмныя тэхналогіі, то пытанне серыйнай вытворчасці "электроннага носа" хваляванняў не выклікае. Аднак да завяршэння работ і стварэння рабочага ўзору айчыннай сістэмы яшчэ далёка. На жаль, але недастатковае фінансаванне праекта можа затармазіць вельмі важную справу...

Надзея НІКАЛАЕВА.

Цікава ведаць:

Нямецкія даследчыкі сцвярджаюць, што ім удалося распрацаваць "электронны нос", які дазваляе вызначыць, ці ёсць у чалавека сардэчная недастатковасць і наколькі яна сур'ёзная. Прыбор уяўляе сабой сістэму газавых датчыкаў, якія рэагуюць на малекулы паху. Даследаваннем былі ахоплены 27 хворых з настолькі сур'ёзнымі праблемамі з сэрцам, якія вымушалі захоўваць пасцельны рэжым, 25 пацыентаў з менш сур'ёзнымі сардэчнымі праблемамі і кантрольная група, якая складалася з 28 здаровых людзей. "Электронны нос" змог дакладна адрозніць пах чалавека з хворым сэрцам ад здаровага. У 89 працэнтах выпадкаў "нос" правільна выявіў пацыентаў з хворым сэрцам і ў 84 працэнтах устанавіў здаровых людзей. Іншымі словамі, ён не знайшоў хваробы прыкладна ў кожнага дзясятага і прыкладна кожнага сёмага ўдзельніка эксперыменту памылкова папярэдзіў аб небяспецы інфаркту. Прыбор таксама змог адрозніць пацыентаў з рознай ступенню хваробы.