Krankheiten erriechen? Eine kurze Übersicht über elektronische Nasen

Zusammenfassung

Nichtinvasive Atemwegsuntersuchungen stellen eine vielversprechende Entwicklung in der pulmonalen Diagnostik der letzten 15 Jahre dar. Neben der Messung des exhalierten Stickstoffmonoxids (FeNO) werden für wissenschaftliche Fragestellungen vermehrt breiter gespannte, technisch diffizilere Verfahren wie elektronische Nasen (EN) verwendet. EN zielen darauf ab, das menschliche Geruchsorgan teilweise zu imitieren. Verschiedene Typen von EN werden zurzeit für wissenschaftliche Fragestellungen getestet. Neben Geräten, die auf Messung der Ionenmobilität beruhen, oder Massenspektrometern werden Geräte verwendet, die auf einer Auswahl von Polymer-Sensoren beruhen, die volatile organische Komponenten (VOCs) abhängig von Größe, Struktur, Polarität und Protonenaffinität binden und so kombinierte Signalmuster erzeugen, ohne dass in der Regel Einzelkomponenten identifiziert werden. Die Analysen erfolgen dabei über eine Mustererkennung. Einige Verfahren, zum Beispiel die Ionenmobilitätspektroskopie (IMS) oder Massenspektroskopie (MS), ermöglichen auch eine direkte Bestimmung von Komponenten. Vielfach sind allerdings die substanzspezifischen Muster noch nicht für alle vorkommenden Analyte in Datenbanken hinterlegt, sodass auch hier häufig zur Differenzierung eine Mustererkennung verwendet wird. In der Medizindiagnostik stehen der nichtinvasive Zugang und die „onsite” Verfügbarkeit dieser Verfahren im Vordergrund. Von einem Routineeinsatz ist man noch entfernt, jedoch weisen die Ergebnisse auf vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten hin. In der folgenden Übersicht wollen wir daher die Verfahren kurz auf dem derzeitigen Wissensstand vorstellen.

Abstract

Non-invasive pulmonary diagnostics is a promising and interesting field in respiratory medicine. Beside exhaled breath condensate, there is an increasing interest in alternative and faster techniques such as electronic noses (EN). EN aim to mimic or improve the sense of smelling. Different types of EN have been employed in research so far. In addition to ion mobility spectrometry and mass spectrometry, ENs that consist of various biopolymer sensors for the sensing of volatile organic compounds (VOCs) have been tested. VOCs bind to the sensors depending on size, structure, hydrogen binding and polarity. This leads to physical alterations, e. g., swelling resulting in a change of resistance. The smell print represents composite patterns in contrast to single compounds, and the distinction between different categories is achieved by pattern recognition algorithms. Other types of EN like mass spectrometry and ion mobility spectrometry are capable of identifying even single analyte fractions provided that their characteristics have been saved in data repositories. The non-invasive nature, onsite availability and relatively cheap sampling are advantages of ENs that underly the increasing interest in their use for medical purposes. Some promising results have already been published. This review aims to describe the state of the art in brief form.

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1 Herr Wirtz und Herr Jörres haben äquivalenten Anteil an der Arbeit.