Un agudo sentido del olfato es una habilidad poderosa compartida por muchos organismos; Sin embargo, no ha sido fácil replicar las funciones de la nariz artificialmente, como reconocen los integrantes de un equipo de científicos de la Universidad de Tokio.
Como detallan en Sciences Advances, combinaron elementos biológicos y de ingeniería para crear un componente biohíbrido. Aseguran que su sensor de compuestos orgánicos volátiles puede detectar eficazmente los olores en forma gaseosa.
El siguiente paso es perfeccionar el concepto para su uso en el diagnóstico biomédico y en la posible detección de materiales peligrosos.
Los dispositivos electrónicos como cámaras, micrófonos y sensores de presión permiten que las máquinas detecten y cuantifiquen sus entornos de forma óptica, acústica y física.
Sin embargo, nuestro sentido del olfato, a pesar de ser uno de los más primarios de la naturaleza, ha resultado muy difícil de replicar artificialmente. La evolución ha refinado este sentido durante millones de años.
Sensores biohíbridos a modo de ‘nariz’
El profesor Shoji Takeuchi, del Laboratorio de Sistemas Biohíbridos en la Universidad de Tokio y coordinador de este estudio, asegura que “los olores, las firmas químicas transportadas por el aire, pueden llevar información útil sobre los entornos o las muestras que se están investigando. Sin embargo, esta información no se aprovecha bien debido a la falta de sensores con suficiente sensibilidad y selectividad”.
Además -señala-, los organismos biológicos usan la información de olores de manera extremadamente eficiente. “Por eso, decidimos combinar los sensores biológicos existentes directamente con sistemas artificiales, para crear sensores de compuestos orgánicos volátiles (COV) altamente sensibles. Los llamamos sensores biohíbridos”, explica.
El profesor Takeuchi y su equipo injertaron un conjunto de receptores olfativos de un insecto en un dispositivo que alimenta ciertos olores a los receptores y también lee cómo los receptores responden a estos olores, a modo de ‘nariz’.
Análisis de señales eléctricas de los receptores olfativos
El análisis de las señales eléctricas de los receptores olfativos indica qué moléculas desencadenaron las señales. Esta ‘nariz’ ofrece una gran sensibilidad y es posible gracias a la forma en que los receptores están unidos físicamente dentro de las bicapas lipídicas, según Takeuchi.
En experimentos anteriores, este método ha limitado la forma en que los olores se pueden enviar a los receptores, pero estos investigadores también crearon una solución eficiente para este problema.
Así, el profesor Takeuchi detalla que “los receptores reaccionan a las moléculas en una gota de líquido, por lo que uno de los principales desafíos fue hacer un dispositivo para trasplantar moléculas de su aire a estas gotas. Diseñamos y fabricamos ranuras a microescala, debajo de donde pasa la gota para forzar este intercambio de moléculas. Al introducir el gas en la micro-iluminación, pudimos aumentar la probabilidad de contacto entre el gas y la gota y transferir las moléculas objetivo al fluido de manera eficiente.”
Con este sistema pudieron detectar rastros del octenol químico, también llamado alcohol de hongos, que se sabe que atrae a los mosquitos, en el aliento de un voluntario. No solo eso, sino que el sensor de COV podría detectar concentraciones del orden infinitesimal. Esto es, aproximadamente, mil veces menor que la sensibilidad del olfato de un perro, pero es un avance impresionante.
‘Nariz’ para detectar enfermedades
El profesor Takeuchi reconoce que le gustaría ampliar el lado analítico del sistema mediante el uso de algún tipo de Inteligencia Artificial (IA). “Esto podría permitir que nuestros sensores biohíbridos detecten tipos de moléculas más complejas”, puntualiza.
Con esta ‘nariz’ -termina diciendo- se podrían medir los materiales peligrosos y los peligros ambientales, y “quizás las primeras etapas de las enfermedades por el aliento y el olor corporal de los pacientes”.
Los científicos japoneses que integraron el equipo fueron Tetsuya Yamada, Hirotaka Sugiura, Hisatoshi Mimura, Koki Kamiya, Toshihisa Osaki y Shoji Takeuchi. El estudio logró apoyo de la Organización japonesa para el Desarrollo de Tecnologías Industriales y de Nuevas Energías (NEDO).
