Elektroninen nenä
Työperiaate

Elektroninen nenä kehitettiin jäljittelemään ihmisen hajuaistimusta, joka toimii ei-erottelevana mekanismina: eli haju/maku havaitaan globaalina sormenjälkenä. Laite koostuu pääasiassa pään tilan näytteenotosta, kemiallisesta anturiryhmästä ja hahmontunnistusmoduuleista, joiden avulla luodaan signaalikuvioita, joita käytetään hajujen luonnehtimiseen.
Elektronisiin neniin kuuluu kolme pääosaa: näytteenantojärjestelmä, havaitsemisjärjestelmä ja laskentajärjestelmä.
Näytteen toimitusjärjestelmä mahdollistaa näytteen headspace-näytteenoton (haihtuvat yhdisteet), joka on analysoitava osa. Tämän jälkeen järjestelmä syöttää tämän headspace-näytteen elektronisen nenän havaitsemisjärjestelmään. Näytteenantojärjestelmä on välttämätön, jotta voidaan taata tasaiset toimintaolosuhteet.
Ilmaisinjärjestelmä, joka koostuu anturisarjasta, on laitteen "reaktiivinen" osa. Kun anturit joutuvat kosketuksiin haihtuvien yhdisteiden kanssa, ne reagoivat, mikä tarkoittaa, että niiden sähköiset ominaisuudet muuttuvat.
Useimmissa elektronisissa nenissä kukin anturi on herkkä kaikille haihtuville molekyyleille, mutta kukin omalla tavallaan. Bioelektronisissa nenissä käytetään kuitenkin reseptoriproteiineja, jotka reagoivat tiettyihin hajumolekyyleihin. Useimmissa elektronisissa nenissä käytetään kemiallisia anturirakenteita, jotka reagoivat haihtuviin yhdisteisiin kosketuksessa: haihtuvien yhdisteiden adsorptio anturin pinnalle aiheuttaa anturin fysikaalisen muutoksen. Elektroninen liitäntä tallentaa tietyn vasteen ja muuttaa signaalin digitaaliseksi arvoksi. Tallennetut tiedot lasketaan sitten tilastollisten mallien perusteella.
Bioelektronisissa nenissä käytetään hajureseptoreita - biologisista organismeista, esimerkiksi ihmisistä, kloonattuja proteiineja, jotka sitoutuvat tiettyihin hajumolekyyleihin. Eräs ryhmä on kehittänyt bioelektronisen nenän, joka jäljittelee ihmisen nenän käyttämiä merkkijärjestelmiä ja havaitsee hajuja erittäin herkästi: femtomolaarisina pitoisuuksina.
Yleisemmin käytettyjä elektronisissa nenissä käytettäviä antureita ovat muun muassa seuraavat
metalli-oksidi-puolijohde (MOSFET) -laitteet - transistori, jota käytetään elektronisten signaalien vahvistamiseen tai kytkemiseen. Tämä toimii sillä periaatteella, että anturialueelle tulevat molekyylit ovat joko positiivisesti tai negatiivisesti varautuneita, minkä pitäisi vaikuttaa suoraan MOSFET:n sisällä olevaan sähkökenttään. Näin ollen jokaisen ylimääräisen varautuneen hiukkasen tuominen vaikuttaa suoraan transistoriin ainutlaatuisella tavalla, mikä aiheuttaa muutoksen MOSFET-signaalissa, jonka hahmontunnistustietokonejärjestelmät voivat sitten tulkita. Jokaisella havaittavalla molekyylillä on siis periaatteessa oma ainutlaatuinen signaalinsa, jota tietokonejärjestelmä voi tulkita.
johtavat polymeerit - orgaaniset polymeerit, jotka johtavat sähköä.
polymeerikomposiitit - samankaltaisia kuin johtavat polymeerit, mutta koostuvat ei-johtavista polymeereistä, joihin on lisätty johtavaa materiaalia, kuten hiilimustaa.
kvartsikidemikropaino (QCM) - tapa mitata massaa pinta-alayksikköä kohti mittaamalla kvartsikideresonaattorin taajuuden muutosta. Tämä voidaan tallentaa tietokantaan ja käyttää myöhempää käyttöä varten.
Pinta-akustinen aalto (SAW) - mikroelektromekaanisten järjestelmien (MEMS) luokka, joka perustuu pinta-akustisten aaltojen modulointiin fysikaalisen ilmiön havaitsemiseksi.
Massaspektrometrit voidaan pienentää yleiskäyttöiseksi kaasunanalyysilaitteeksi.
Joissakin laitteissa yhdistetään useita anturityyppejä yhteen laitteeseen, esimerkiksi polymeeripäällysteiset QCM:t. Riippumattoman informaation ansiosta saadaan huomattavasti herkempiä ja tehokkaampia laitteita. Koiran nenän ympärillä tapahtuvaa ilmavirtausta koskevat tutkimukset ja elävän kokoisilla malleilla tehdyt testit ovat osoittaneet, että oikean koiran toimintaa muistuttava syklinen "haistelu" on hyödyllistä, koska se parantaa kantamaa ja nopeuttaa reagointia.
Viime vuosina on kehitetty myös muuntyyppisiä elektronisia neniä, joissa käytetään havaitsemisjärjestelmänä massaspektrometriaa tai ultranopeaa kaasukromatografiaa.
Tietokonejärjestelmä toimii yhdistämällä kaikkien antureiden vasteet, mikä muodostaa syötteen tietojen käsittelyä varten. Tämä laitteen osa suorittaa kokonaisvaltaisen sormenjälkianalyysin ja tuottaa helposti tulkittavia tuloksia ja esityksiä. Lisäksi elektronisen nenän tuloksia voidaan verrata muilla tekniikoilla (aistipaneeli, GC, GC/MS) saatuihin tuloksiin. Tulosten analysointiin käytetään monia tietojen tulkintajärjestelmiä. Näihin järjestelmiin kuuluvat muun muassa keinotekoinen neuroverkko (ANN), sumea logiikka, hahmontunnistusmoduulit jne. Tekoäly, mukaan lukien keinotekoinen neuroverkko (ANN), on keskeinen tekniikka ympäristön hajujen hallinnassa.