Van kanker tot diabetes tot covid-19, een ‘elektronische neus’ kan velerlei ziekten aan iemands adem aflezen, en al in een vroeg stadium. Omdat bestaande e-noses log en peperduur zijn, ontwikkelen Nederlandse partijen een betaalbare, draagbare variant.

Wie ziek is, ruikt anders uit zijn mond. Niet alleen mensen kunnen dat van elkaar ruiken, honden kunnen er helemaal wat van. Niet voor niets worden de viervoeters af en toe ingezet in ziekenhuizen om kanker te ruiken of te bepalen of op een afdeling de gevaarlijke darmbacterie Clostridium difficile huist.

Maar een hond moet je trainen, je moet ervoor zorgen en hij heeft wel eens zijn dag niet. Daarom willen ingenieurs in de medische sector de gevoelige reuk van het dier in een apparaat stoppen, een elektronische neus, kortweg e-nose (electronic nose). De belofte is dat zo’n apparaat geuren kan herkennen met grote gevoeligheid én betrouwbaarheid. Een apparaat maakt geen fouten doordat het is afgeleid of vermoeid.
 

Draagbaar en betaalbaar

Er zijn al wel elektronische neuzen op de markt, maar de meeste zijn log én duur – tot wel honderdduizend euro. Dat betekent dat ze in een vaste ruimte moeten staan. Daarom werkt de Universiteit Twente met Saxion Hogescholen, de Radboud Universiteit, de TU Delft en het bedrijf NXP aan een alternatief. Samen willen zij de volgende generatie e-nose ontwikkelen, een compacte, lichte – en dus draagbare – e-nose, die ook nog eens betaalbaar is.

Er bestaan twee e-nosetypen met een heel verschillende werking. Het eerste type scheidt gassen, analyseert ze met bijvoorbeeld gaschromatografie en kan vervolgens benoemen om welke gassen het gaat. Knappe techniek, maar het Nederlandse team verwacht meer van het tweede type e-nose.Dat type werkt met een rijtje sensoren die allemaal van verschillende coatings zijn voorzien. ‘De ene coating is dan bijvoorbeeld gevoelig voor alcoholen, de andere voor apolaire moleculen’, vertelt Sissi de Beer van de Universiteit Twente. Wanneer er adem van een patiënt langs de sensoren stroomt, dan hechten alle vluchtige organische stoffen zich in verschillende mate aan de verschillende coatings. Hoeveel er van een stof hecht, is te meten aan bijvoorbeeld een verandering in de elektrische capaciteit. Elke sensor in het rijtje geeft een andere waarde en zo wordt een rijtje getallen gegenereerd: de ‘vingerafdruk’ van de geur.
 

Schets van in Twente ontwikkelde nanostructuren voor op de sensoren (grijs) van een e-nose. De oranje sliertjes zijn nanohaartjes. Die zorgen voor een groter oppervlak voor de binding van gasmoleculen. Gas/waterdamp is blauw in deze tekening. Illustratie: Arjan Jonker / TVMC


Menselijk reukorgaan

Het tweede type e-nose is een eenvoudiger apparaat en het sterkste punt, hij is te trainen op het herkennen van nieuwe geuren. Dat komt doordat het rijtje gemeten waarden dat uit de sensoren rolt door een neuraal netwerk wordt geanalyseerd. Bij de training van een e-nose krijgt dit lerende algoritme heel vaak dezelfde nieuwe geur voorgeschoteld en zo leert het al doende steeds beter om de geur te herkennen. Let wel, de e-nose neemt geen afzonderlijke stoffen waar, maar herkent de vingerafdruk van de geur, eigenlijk net zoals het menselijk reukorgaan dat doet.
 

Bevolkingsonderzoek

Maag-darm-leverarts Peter Siersema is in Nederland een van de specialisten met ervaring in het werken met een elektronische neus. Bij het Radboudumc in Nijmegen testte hij een bestaande e-nose bij mensen met twee verschillende aandoeningen. Bij een zogeheten Barrett-slokdarm, een voorstadium van slokdarmkanker, pikte het apparaat de meeste zieken eruit.

En ook bij de tweede studie naar voorstadia van dikkedarmkanker kon de e-nose de veranderde samenstelling van de adem meten. ‘De eerste studies waren om het algoritme te maken. De volgende stap is een validatiestudie: kan deze e-nose ook onderscheid maken tussen gezonde en niet gezonde mensen?’, vertelt Siersema. ‘Als daar goede resultaten uitkomen, is ons streven om elektronische neuzen te gaan inzetten bij het bevolkingsonderzoek naar darmkanker.’

Daarvoor worden mannen en vrouwen van 55 tot en met 75 jaar en mensen in een risicogroep nu om de twee jaar uitgenodigd om een buisje met poep op te sturen naar een laboratorium. ‘Dat vinden veel mensen geen fijne handeling en ouderen zijn soms zelfs niet eens mobiel genoeg om dit te doen’, zegt Siersema.
 

In een apparaat blazen

Hoe makkelijk zou dat zijn met een e-nose. Daarvoor moet de persoon in de toekomst naar een huisartsenpost om even in een apparaat te blazen, net zoals mensen daar nu al langs gaan voor het afgeven van een buisje bloed. Binnen een paar minuten is de uitslag er. Voordat deze gemakkelijke procedure kan worden ingevoerd moeten Siersema en zijn team eerst nog de meerwaarde (gemakkelijker, goede effectiviteit, lagere kosten) aantonen van de e-nose boven de bestaande diagnostische gereedschappen.


MEER LEZEN OVER DE NEDERLANDSE E-NOSE?

Het volledige verhaal over het ontwikkelen van een draagbare elektronische neus vindt u in het januarinummer van De Ingenieur. Koop de digitale versie voor € 7,50, of neem - met een flinke korting van 25 % - een digitaal jaarabonnement van twaalf nummers voor € 69,-.

•     Ik koop het digitale januarinummer voor € 7,50 
•     Ik neem een digitaal abonnement voor € 69,-  

 

Openingsfoto: Yonne Peters (rechts) doet bij het Radboudumc onderzoek met een e-nose naar Barrett-slokdarm, een voorstadium van slokdarmkanker. Foto: Radboudumc