Los sistemas de olfato electrónico, ampliamente conocidos como “narices electrónicas”, son hoy una de las vertientes tecnológicas más promisorias para la industria alimenticia, la salud y el análisis de contaminantes. Se utilizan para monitorear el grado de maduración de la fruta y el vino o el aroma del café. También sirven para detectar enfermedades respiratorias, cáncer, diabetes y muchas otras. Igualmente, para el descubrimiento de consumo de drogas y alcohol.
El interés por este tipo de sistemas y la investigación en olfato electrónico tuvo un salto espectacular con la pandemia de coronavirus.
Conocidos desde 2000, este tipo de dispositivos son un instrumento que comprende una matriz de sensores químicos con sensibilidades parcialmente falseadas y algoritmos inteligentes capaces de reconocer aromas simples y complejos.
A principios de este año, en Indonesia, desarrollaron una nariz electrónica para detectar el Covid-19.
Países Bajos concretó uno similar, el Spiro Nosse, que detecta el coronavirus también mediante el aliento, identificando 70% de los casos.
En España investigadores de la Universidad Rey Juan Carlos crearon unos sensores capaces de encontrar la presencia del virus SARS-Cov-2 mediante biomarcadores en el aliento, de una forma similar a las pruebas de alcoholemia en los controles de tráfico.
Por lo que a México respecta, recién se inventó una nariz electrónica que olfatea males mediante el aliento y también resulta útil en el monitoreo de la calidad del aire que respiramos. Este dispositivo, que cabe en la palma de una mano, abre un nuevo paradigma en la atención médica porque tan solo se tendrá que soplar en el artefacto para que un médico general sepa si estás sano o en una etapa inicial de alguna enfermedad.
El aparato se usó ya con éxito, aunque de manera experimental, en el diagnóstico no invasivo de cáncer, asma y Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica (EPOC).
Detrás de esta innovación están científicos del Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología (ICAT) de la UNAM y el grupo SensAvan del Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, quienes prueban varias matrices con diferentes tipos de sensores con miras a dos aplicaciones: apoyo en el diagnóstico médico y en el monitoreo del medio ambiente.
En particular la nariz electrónica de la Máxima Casa se Estudios la diseñó el doctor Daniel Matatagui Cruz junto con su alumno Fabio Andrés Bahos, del ICAT. En un video de la UNAM el experto en instrumentación manifiesta: “Imagina que con el aliento en vez de una muestra de sangre el médico podrá detectar patologías. Podríamos saber también con una muestra de aire qué tan contaminada está una zona específica de Madrid o la Ciudad de México”.
Innovador, define la nariz electrónica como “un sistema olfativo artificial compuesto por una matriz de dispositivos sensores con base en nanomateriales. Pese a su tamaño compacto contiene diversos sensores de materiales sensibles. Nanopartículas de óxidos metálicos, nanohilos, nanotubos y grafeno son algunos materiales en estudio que se podrían emplear como nuevas capas sensibles en dispositivos con base en ondas acústicas”.
El académico desvela que en la nariz electrónica las moléculas de las especies químicas que contienen el aliento y el aire interfieren con las ondas acústicas de los dispositivos (similares a las ondas sísmicas) y generan un cambio en dicha onda. Esta señal se traduce y mide con un mecanismo electrónico en el que se integra la matriz de sensores. Luego, con técnicas de reconocimiento de patrones, se extrae información sobre qué especies químicas contiene una muestra de aliento o de aire contaminado.
Microlaboratorios portátiles
Así el sistema olfativo artificial envía la señal a una computadora, a un teléfono celular o a otro mecanismo similar. De esta forma, deduce el doctor en Física, “tenemos una analogía entre la nariz electrónica y nuestro sistema olfativo humano”.
Especialista en nanomateriales, explica que este sofisticado sistema de sensores se propone concretar dos aplicaciones que dan sentido a la nariz electrónica.
Primero, se trabaja para a través del aliento poder detectar enfermedades, es decir, que cuando tienes una enfermedad hay un desequilibrio en tu aliento y ese desequilibrio se puede medir. La idea es que por medio de un análisis electrónico una persona cualquiera sople o de ella se tome una muestra de aliento para que el dispositivo pueda reconocer ciertos patrones que se relacionan con enfermedades.
Sostiene el físico que el aliento contiene sustancias que son marcadores específicos de enfermedades. La diabetes genera un aumento importante en la concentración de cuerpos cetónicos; en las afecciones renales aumenta el amoniaco; en el asma, el óxido nítrico. En el cáncer de pulmón se genera monóxido de carbono; en la enfermedad del hígado, el sulfuro de dimetilo; en la esquizofrenia, el etano, etcétera.
Matatagui estima que con su instrumento en el futuro inmediato se podrán detectar un número aún indeterminado de enfermedades, lo que nos ubicaría en el escenario ideal de ir a la consulta médica para tan solo soplar ante la nariz electrónica y en unos segundos enterarnos de que empezamos a desarrollar una enfermedad como la diabetes o confirmar que estamos en perfecto estado de salud. En definitiva, una herramienta para una revisión rápida, para una primera prueba que confirme o descarte un padecimiento.
En segundo plano el equipo de científicos universitarios explora con distintos nanomateriales para lograr sensores que detecten en el medio ambiente compuestos que son tóxicos o Gases de Efecto Invernadero (GEI). Esta modalidad del dispositivo le será de gran utilidad a las personas que viven en ciudades contaminadas. Incluso el fácil acceso a estos sistemas de olfateo hará posible el monitoreo de estos gases dañinos en ciertas zonas de la urbe para determinar la dosis de envenenamiento por la concentración de contaminantes en la atmósfera.
El creador de la nariz electrónica considera que sería ideal la estrategia de colocar estos dispositivos en diferentes puntos de grandes ciudades, como la de México y Madrid, y saber dónde hay mayor polución, por ejemplo, de ozono, gas que causa estrés oxidativo.
Comprometido con una investigación centrada en los sensores de estado sólido para el desarrollo de tecnologías de detección de agentes químicos, considera que ahora de la mano de la nanotecnología estos nuevos dispositivos miniaturizados y de bajo costo se convierten en prometedores sistemas para monitorear diferentes gases, como agentes tóxicos, contaminantes o GEI.
Investigador de tiempo completo, revela que las nanopartículas de óxidos metálicos, nanohilos, nanotubos y grafeno son algunos de los materiales nanoestructurados que están bajo estudio para incorporarlos como nuevas capas sensibles en dispositivos con base en ondas acústicas superficiales (SAW) y dispositivos resistivos.
Los resultados que se obtuvieron hasta ahora demuestran que estos materiales nanoestructurados dotan a los dispositivos de nuevas ventajas, como un aumento de sensibilidad debido al incremento de la superficie de exposición a los compuestos químicos, una mayor selectividad que permite una mayor discriminación y clasificación de compuestos, mayor velocidad de reacción y menor consumo energético, entre otras.
Finalmente, el doctor Matatagui comparte que estas tecnologías son micro laboratorios accesibles, prácticos y económicos, así como portátiles, no invasivos y de resultado rápido. Su fundamento científico se basa en sensores desarrollados con materiales inteligentes sintetizados gracias a la nanotecnología con polímeros (plásticos) que cambian sus propiedades eléctricas u ópticas al entrar en contacto con algunos biomarcadores humanos, vale decir, sustancias químicas producidas por el cuerpo humano.