Con il termine “Naso Elettronico”, ideato all'Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM - CNR) di Roma, Lecce e Bologna, si intende uno strumento in grado di generare delle mappe digitali di odori complessi, dette anche immagini chimiche o immagini olfattive se si tratta di esclusiva presenza di odore.

Il principio di funzionamento mira a riprodurre il sistema olfattivo umano; in effetti la sensibilità dei sensori che lo costituiscono è simile a quella dei recettori olfattivi umani, il sistema di elaborazione dati è concettualmente analogo al processo che accade nel bulbo olfattivo e la classificazione finale degli odori è eseguita da una rete neurale o da un tipo di analisi statistica multivariata che riprende i meccanismi di identificazione utilizzati nel cervello. Presso i laboratori dell’IMM-CNR da alcuni anni si stanno studiando e sviluppando differenti prototipi di sistemi olfattivi artificiali.

Gli elementi fondamentali sono i sensori chimici che, operando come trasduttori miniaturizzati, rispondono in maniera reversibile, alle sostanze chimiche volatili, generando segnali elettrici in funzione della concentrazione dei gas, in tempo reale.

Il principio di funzionamento dei sensori chimici piezoelettrici, definiti sensori di massa, posizionati nella “narice” del naso elettronico di Roma (LibraNose ed EnQbe, sviluppati in collaborazione anche con l’Università ‘Tor Vergata’ di Roma, Dipartimento di Ingegneria Elettronica e Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche) si basa sulla variazione di frequenza di oscillazione di cristalli al quarzo dovuta alla variazione di massa (Thickness Shear Mode Resonators) legata al adsorbimento o desorbimento delle molecole gassose sullo strato sensibile del sensore (Metallo-Tetrafenilporfirine differentemente funzionalizzate e depositate).

Nel caso degli altri due prototipi (Sezioni di Lecce, Bologna) l’interazione chimica determina un trasferimento di elettroni tra la superficie di un materiale semiconduttore (tipo SnO2, In2O3, WO3, TiO2) e le molecole di gas adsorbite, che viene misurata come una variazione di conducibilità dei materiali impiegati. In particolare questa variazione è determinata dall’ossidazione superficiale delle sostanze che compongono l’aroma e dalla riduzione dell’ossigeno precedentemente adsorbito e attivato sulla superficie del sensore stesso.

Le caratteristiche comuni a tutti e tre i prototipi sono l’immediatezza della risposta e l’assenza di lunghi pretrattamenti del campione da analizzare.

Le attività dei gruppi nelle suddette Sezioni del CNR sono volte, in modalità diversificate, alla miniaturizzazione del sistema (tramite l’applicazione di microtecnologie), allo sviluppo dell’elettronica e dei software di gestione, ma anche alla chimica del sensore, preparando e caratterizzando nuovi materiali, mirando ad aumentarne la risoluzione (Ppb e Ppm) nei confronti degli analiti desiderati, a diminuire il tempo di risposta e a ottenere una completa reversibilità, accuratezza e riproducibilità delle misure, un segnale di uscita con il minimo rumore elettronico possibile. Le potenzialità applicative di simili strumenti sono ovviamente notevoli. Nel settore alimentare essi possono essere utilizzati per formulare un giudizio oggettivo di qualità (es. valutazione dello stato di conservazione degli alimenti, controllo delle denominazioni di origine protetta, controllo di frodi e sofisticazioni); nel monitoraggio ambientale essi possono identificare gas di combustione, fughe di gas, idrocarburi aromatici, aerosol; in campo medico essi possono rappresentare strumenti diagnostici per malattie della pelle, del sistema endocrino e per patologie più importanti tipo diabete, cancro ai polmoni, schizofrenie, psicopatie.

In ambito spaziale, essi possono trovare applicazioni nell’ambito della determinazione della qualità dell’aria dei veicoli spaziali abitati. Nel settore della sicurezza, applicazioni di notevole importanza attengono la rivelazione di gas aggressivi.

Ed è bello pensare che il CNR sta riproducendo il naso umano ispirandosi però alle capacità olfattive dell’amico dell’uomo, il cane, spesso utilizzato per la rilevazione precoce o immediata di attacchi pio/iperglicemici nei bambini diabetici in Italia e all’estero.