تخيل طابع بريد قادر على "الشم" وكشف الغازات السامة أو السموم القاتلة بمجرد تغيير لونه.
كما نشر في سبتمبر في المجلة العلمية Nature Chemistry، قام العالم كينيث سوسليك وفريقه البحثي في جامعة إلينوي بتطوير أنف اصطناعي للكشف عن المواد الصناعية السامة، وهو جهاز بسيط وسريع ورخيص - ويعمل عن طريق تصور الروائح. يمكن أن يكون نظام الكشف هذا فعالاً في الكشف عن مستويات التعرض العالية للمواد التي تشكل مخاطر صحية خطيرة في مكان العمل أو أثناء الحوادث الصناعية.
"جهازنا هو في الأساس امتداد رقمي متعدد الأبعاد لورق عباد الشمس. لدينا مجموعة بيانات مكونة من ستة صفوف وستة أعمدة من الأصباغ النانوية المختلفة التي تغير لونها اعتمادًا على بيئتها الكيميائية". "إن نمط تغير اللون يشبه البصمة الجزيئية الفريدة لكل غاز سام وتركيزه الدقيق في العينة. ومن خلال مقارنة النمط بمكتبة معروفة من بصمات الأصابع الملونة، يمكن تحديد موقع وجود مادة صناعية سامة وتحديد كميتها في غضون ثوانٍ."
من أجل إعداد المصفوفة، قام الباحثون بطباعة سلسلة من النقاط المطلية - تحتوي كل منها على لون مختلف (صبغة) - على ركيزة غير نشطة مثل الورق أو البلاستيك أو الزجاج. بعد ذلك، يتم مسح المصفوفة رقميًا (رقميًا) بواسطة ماسح ضوئي قياسي لسطح المكتب أو كاميرا رقمية قبل وبعد التعرض للمادة المنتجة "للعطر". بالإضافة إلى ذلك، وعلى عكس تقنيات الأنف الإلكترونية الأخرى التي تم اختبارها مسبقًا، فإن مستشعرات الألوان هذه ليست حساسة للتغيرات في الرطوبة النسبية.
في حين أن الفيزيائيين لديهم علامات الكشف عن الإشعاع التي تحميهم في مكان العمل، فإن الكيميائيين وغيرهم من العاملين الذين يتعاملون مع المواد الكيميائية (صناعات الطلاء ومستحضرات التجميل على سبيل المثال) ليس لديهم معادل فعال لمراقبة تعرضهم للمواد الكيميائية السامة.
يوضح أحد الباحثين: "يعد البحث الحالي جزءًا أساسيًا من مشروع أكبر يهدف إلى تطوير تقنيات متطورة للمراقبة وفهم أفضل للمخاطر الصحية نتيجة التعرض للغازات الموجودة في الهواء". "هذه الورقة تقربنا خطوة واحدة من صنع جهاز استشعار صغير يمكن ارتداؤه قادر على اكتشاف عدد كبير من السموم المختلفة المحمولة جوا."
من أجل اختبار إمكانية تطبيق مجموعة استشعار الألوان الخاصة بهم، اختار الباحثون تسعة عشر عينة تمثيلية من المواد الكيميائية الصناعية السامة، مثل: الأمونيا والكلور وحمض النيتريك وثاني أكسيد الكبريت بتركيزات معروفة بأنها تهدد الحياة أو الصحة على الفور.
وفي التجارب المعملية، تم استخدام ماسح ضوئي مكتبي غير مكلف لتشغيل الطريقة. قام الباحثون بتطوير جهاز نموذجي محمول يعمل بكامل طاقته ويستخدم إشعاعًا أبيضًا رخيصًا من الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) وكاميرا نموذجية لجعل عملية المسح بأكملها أكثر حساسية وصغيرة وأسرع وأرخص. ويأمل الباحثون في المستقبل أن يكون الجهاز مشابهًا لجهاز مسح البطاقة. وتخضع المنشأة حاليًا لعمليات الترخيص والتسويق من قبل شركة iSense، التي يقع مقرها في بالو ألتو، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية.
ويشير الباحثون إلى أن الطرق السابقة اعتمدت على أجهزة استشعار نتجت استجابتها عن تفاعلات كيميائية ضعيفة للغاية وغير محددة، في حين أن الطريقة الحالية تعتمد على تفاعلات أقوى للصبغة الكاشفة تم الحصول عليها من مجموعة واسعة من المواد الكيميائية. تكمن قدرة هذا المستشعر على اكتشاف هذا العدد الكبير من السموم المتطايرة في النطاق المتزايد للارتباطات المستخدمة للتمييز بين استجابة الكاشف. ويضيف أحد الباحثين: "أحد الأشياء اللطيفة في هذه الطريقة يكمن في حقيقة استخدام المكونات الأكثر توفرًا وغير المكلفة". "وفي ضوء المجموعة الواسعة من المواد الكيميائية التي يمكن اكتشافها والحساسية العالية للجهاز لهذه المواد، يبدو أنه يمكن أن يكون مفيدا للغاية في بيئات العمل المختلفة."
