Doğadan ilham alınarak yapılan teknolojik gelişmelerin birçoğu farklı alanlarda kullanılmaktadır. Çoğu kez mekanik gelişmelerin, bir kuş türünün kanatları üzerinden ya da böcek türlerinden yapıldığına rastlamış olabilirsiniz. “E-nose” da bu tür buluşlardan biri olarak, insanda da bulunan koku alma duyusundan örnek alınarak tasarlanmıştır. 

Yapay zeka ve biyonik teknoloji çalışmalarının ortak bir ürünü olan “e-nose” yani elektronik burun, kokuları kimyasal özelliklerine göre tanımlayabilmektedir. E-nose; kozmetik, tarım, gıda, imalat ve askeri çalışmalarda kullanılmaktadır. Ayrıca, hastalıkların teşhisinde de kullanılmaktadır. İnsan nefesinin kokusundan, insanın kan-glikoz seviyesini ölçebilmektedir. Mikroorganizmalar tarafından üretilen uçucu maddeleri tespit edebilmektedir. Hatta NASA tarafından geliştirilen e-nose, Covid-19 hastalarını  nefesleri aracılığıyla tespit edebilmek amacıyla kullanılmıştır.

Kaliteli Bir Yiyecek Kokusundan Anlaşılabilir Mi?

Koku ve tat alma duyusu arasında önemli bir bağlantı vardır. Koku alınmadığı zaman yiyeceklerin tadı algılanmamaktadır. Bu bilgi doğrultusunda araştırmacılar, viski türlerini ve kalitesini ayırt edebilen bir e-nose geliştirmiştir. Viski, en popüler alkollü içeceklerden sayılmakta ve birçok çeşide sahiptir. Bazı insanlar viskinin içeriğini ve kalitesini kokusundan ayırt edebiliyorken, bazı insanlar da içeriğini ve kalitesini algılayamamakta, dolayısıyla kandırılmaya açık hale gelmektedir. Araştırmacılar, kandırılmanın önüne geçmek amacıyla geliştirdikleri e-nose’u kullanarak farklı markaların içeriklerini ayırt edebilmiştir. Çalışmayı gerçekleştiren araştırmacılardan biri: “Şu ana kadar, viskiler arasındaki farklılıkları anlamak için uzman ve eğitimli bir viski uzmanı ile birlikte laboratuvarda kimyasal deneyler gerekmekteydi” şeklinde bir açıklama dile getirmiştir. Deneyde; marka adları, bölgeler ve stillerine göre altı viski arasındaki fark, dört dakikadan daha kısa bir süre içerisinde geliştirilen e-nose prototipi ile ayırt edilebilmiştir.

Benzer şekilde yapılan bir başka araştırmada ise sirke, misket limonu suyu, bira, şarap ve votka kokuları test edilmiştir. Test sonucunda %80 başarı elde edilmiştir. Basınç ve sıcaklık değişimlerinin uygulanması başarı oranını arttırmıştır. Uygulama yapılmak istenen alana göre, sistem değiştirilebilmektedir. Geliştirilen sistemler, parfüm alıcılarının da sahte ve düşük kaliteli kokuyu ayırt edebilmesi için faydalı olacaktır.

E-nose Nasıl Çalışır?

E-nose, temelde insanın koku alma duyusuna benzer şekilde çalışmaktadır. Bir yiyeceğin kokusu yiyecekten yayılan uçucu kimyasal maddelerden oluşmaktadır. Bu kimyasal maddeler beyinde sinyaller oluşturmakta ve koku olarak yorumlanmaktadır. 

Aynı şekilde, e-nose da yiyecekten yayılan uçucu maddelerin dedektörler yardımıyla algılanıp kimyasal madde içerisindeki fiziksel ve kimyasal etkileşimlerine göre cihaz üzerine yansıyan pikler toplanmaktadır. Toplanan pikler, bilgisayar aracılığıyla 0-1 algoritmasına dönüştürülerek hangi moleküllerin olduğu tespit edilmektedir. Cihazda, kokuların kendine özgü bir modeli elde edildikten sonra veritabanı oluşturulmaktadır. Algoritma tespiti ile beraber uygulanan bu sistemin maliyeti düşüktür ve hastalık tespitinde kullanılabilmektedir.

Biyosensörler

Biyolojik ve kimyasal reaksiyonlardaki değişimler sonucunda moleküller üretilmektedir. Moleküller ayırt edici kimyasal ve fiziksel özelliklere sahiptir. Ayırt edici özellikler sinyale dönüştürülüp detektör tarafından algılanabilmektedir. Molekülleri bu şekilde saptayan cihazlara biyosensör denmektedir.

Algılanan sinyaller genellikle reaksiyonda moleküllerin üretimi veya konsantrasyonu ile doğru orantılıdır, fakat bazı durumlarda ters orantılı da olabilmektedir. Biyosensörler; kanda şeker analizi gibi tıbbi ölçümlerde, maddeleri ayırt etmede, tarım, gıda ve savunma sanayinde kullanılmaktadır. İlk biyosensör Leland C.Clark tarafından, “Clark Elektrodu” adıyla 1952 yılında geliştirilmiştir. Clark Elektrodu, sıvı içerisinde gaz halinde ya da çözünmüş olarak bulunan oksijen miktarını, iki elektrot arasında oluşan elektron akışı sayesinde ölçmektedir. Bu yöntem, kandaki oksijen basıncını ölçmek için kullanılmaktadır.

Kaynakça

Tavares, F. (2021). NASA’s E-Nose device advanced to “sniff” COVID-19 from human breath. NASA. www. nasa. gov/feature/ames/e-nose.

W. Zhang, T. Liu, A. Brown, M. Ueland, S. L. Forbes and S. W. Su, "The Use of Electronic Nose for the Classification of Blended and Single Malt Scotch Whisky," in IEEE Sensors Journal, vol. 22, no. 7, pp. 7015-7021, 1 April1, 2022, doi: 10.1109/JSEN.2022.3147185.

Bhalla N, Jolly P, Formisano N, Estrela P. Introduction to biosensors. Essays Biochem. 2016 Jun 30;60(1):1-8. doi: 10.1042/EBC20150001. PMID: 27365030; PMCID: PMC4986445.

Filip, J., & Tkac, J. (2018). Enzymatic Electrodes: Characteristics, Fabrication Methods, and Applications. Encyclopedia of Interfacial Chemistry [Internet]. Elsevier, 190-9.

Coulet, P. R., & Blum, L. J. (Eds.). (2019). Biosensor principles and applications. CRC Press.