Elektronické nosy čili e-nosy už nejsou jen rekvizitou z béčkových sci-fi. Zatím se nemontují mezi oči lidem, kteří přišli o čich nebo si chtějí tenhle smysl výrazně vylepšit. Přesto už umí e-nosy úžasné věci. S jejich pomocí lze například vyčenichat nádorové buňky.

Co je e-nos?

Primitivním „umělým nosem“ je vlastně každé čidlo reagující na plyn. Mnohá z nich nám už zevšedněla. Vyhlašují například požární poplach, když zaznamenají ve vzduchu nárůst koncentrace oxidu uhelnatého nebo hlídají složení uměle vytvářené atmosféry při laboratorní kultivaci buněk.

Skutečný umělý nos je však něco jiného. Spojuje v sobě hned několik jednodušších čidel a vnímá a vyhodnocuje kombinace signálů, jež jednotlivá čidla zachytí. Napodobuje tak skutečný lidský nos, protože náš čich pracuje právě tímhle způsobem – rozeznává „vzory“ pachů.

Stávající umělé nosy už dokonce lidský čich zastupují. Například se s jejich pomocí kontroluje kvalita v potravinářském průmyslu. Umělý nos bdí nad zdravotní nezávadností potravin podobně jako hospodyňka přičichávající k jídlu, ve které nemá valnou důvěru. Výsledný verdikt vynesou shodně podle toho, jak jim vůně jídla jde či nejde pod nos.

Elektronické nosy necháváme čmuchat i tam, kam bychom vlastní nos nikdy nestrčili, například v chemických provozech nebo v čistírnách odpadních vod. To všechno je už notně obnošená vesta, kterou se nehodí „větrat“ na stránkách měsíčníku věnovaného sci-fi. V posledních letech však sáhli po umělých elektronických nosech lékaři a ti dosáhli výsledků, které zřejmě nejsou oblasti sci-fitak vzdáleny.

Vyčenichaná rakovina

Cleveland Clinic Foundation uspořádala spolu se společností Smiths Detection velice zajímavý pokus. Naučili při něm elektronický nos vyčenichat zhoubný nádor. Nechali čtrnáct pacientů s rakovinou plic nafouknout balonek a vzduch z něj pak prohnali přes elektronický nos složený z dvaatřiceti detektorů. Pro srovnání nabídli elektronickému nosu vzduch z balonků nafouklých pětačtyřiceti pacienty trpícími jiným plicním onemocněním. Nos provedl analýzy a určil typický vzor pachových molekul, jež se nacházejí v dechu z plic postižených zhoubným nádorovým bujením. Pak prošel e-nos skutečným testem. Dostal vzorky vzduchu vydechnutého 76 různými lidmi, mezi nimi i čtrnácti pacienty s diagnostikovanou rakovinou plic. Elektronický nos určil správně deset ze čtrnácti nemocných. Z dvaašedesáti zdravých jich správně hodnotil sedmapadesát.

„Účinnost elektronického nosu je srovnatelná s jinými diagnostickými postupy,“ shrnul výsledky testu Raed Dweik, ředitel programu léčby rakoviny plic při Cleveland Clinic Foundation. Nos na „vyčenichání“ rakoviny tvoří zařízení velikosti stolního telefonu a má na rozdíl od jiných analytických přístrojů tu výhodu, že se dá snadno donést až k pacientovi. Přístroj je navíc jednoduchý na obsluhu a při verdiktech vyniká rychlostí.

Další testy s tímto zařízením připravuje klinika při University of Pennslyvania. William Hanson chce e-nosy využít pro dozor nad pacienty ležícími na jednotce intenzivní péče. Těm hrozí vysoké riziko vzniku zápalu plic, který pro ně může mít fatální následky. Elektronický nos střežící dech nemocných by mohl odhalit zápal plic v samých počátcích, kdy je jeho léčba ještě relativně snadná.

E-nosy ve zbrani

O detektory infekcí má zájem i armáda. Nevyužívala by je zdaleka jen v polních nemocnicích, kde jsou rizika druhotných infekcí podstatně vyšší než ve standardních nemocničních zařízeních. Doufá, že by e-nosy vyčenichaly také bakterie využívané jako biologické zbraně. Armáda má zájem i o elektronické nosy schopné odhalit chemické bojové látky. Splnit její zadání při vývoji armádního e-nosu však není jednoduché. Vojáci kladou důraz na co nejčasnější detekci bojových látek a požadují co „nejjemnější“ elektronický čich.

Navíc požadují, aby e-nosy byly malé a skladné. Obvykle je pro ně nepřijatelný přístroj přesahující velikostí běžnou minci. Vojenské elektronické nosy navíc musejí zvládat práci ve ztížených podmínkách. Nesmí jim vadit třeba výfukové zplodiny aut nebo zplodiny z vystřílené munice. Firma Smiths Diagnostics nabídne americké armádě elektronický nos splňující všechny požadavky už v roce 2006 a to za cenu necelých 1000 dolarů za kus.

Dvě koncepce

Firma Smiths Detection dodává na trh první komerční verzi elektronického nosu pod označením Cyranose 320. Zařízení velikosti krátkovlnné vysílačky stojí 8000 dolarů. Je vybaveno sérií detektorů vyrobených z nevodivého organického polymeru prosyceného vodivými kovovými či uhlíkovými nanočásticemi, tedy částečkami s velikostí do 0,1 mikrometru. Senzor vede proud v závislosti na tom, jak vzdálené jsou od sebe jednotlivé vodivé nanočástice. V přítomnosti určité těkavé látky polymer v senzoru bobtná, částice se vzdalují a vodivost v senzoru klesá. Senzor lze „vyladit“ na určitou látku uspořádáním vodivých částic a volbou polymeru.

Ladění e-nosu a jeho senzorů je celkem jednoduché, když konstruktéři vědí, jakou chemickou látku má e-nos zachytit. Pokud ale nejsou složky pachu po chemické stránce dobře definovány, je práce konstruktérů hledání jehel ve stohu sena. Firma Osmetech rozvíjí své elektronické nosy na jiném konstrukčním principu. Využívá elektricky vodivé polymery, jako je polypyrol, které mění svou elektrickou vodivost pod vlivem určitých plynů. Pro konstruktéry Osmetechu představuje největší překážku vlhkost, protože ta mění vodivost polymerů podobně jako plyny, jež mají e-nosy detekovat. Většinou řeší tento problém tak, že nechávají e-nos provádět analýzy při stálé vysoké teplotě, která nedovolí vodním párám ze vzorku zkoumaného vzduchu kondenzovat.

O úspěšnosti této koncepce svědčí fakt, že přístroje už našly praktické uplatnění. Americký Úřad pro potraviny a léky je schválil k diagnostice zánětů močových cest a pohlavních chorob. Elektronický nos tyto infekce odhalí podle stop kyseliny octové, jež vzniká činností zánětlivých bakterií. Praktičtí lékaři, kteří dostali první přístroje k odzkoušení, si elektronické nosy chválí. Výhrady mají jen proti zdlouhavému a složitému počátečnímu nastavení přístroje, které má zajistit hodnověrnou analýzu pachů.