Razvoj integriranega mnogo kanalnega umetnega nosu za detekcijo raka

Ta ambiciozni interdisciplinarni aplikativni projekt temelji na rezultatih naših predhodnih raziskav in projektov. Osnovna ideja projekta je, da poskusimo izdelati izjemno občutljivo napravo za zaznavanje plinov v izdihanem zraku, ki temelji na kapacitivnih senzorjih. Razvili smo že lasten sistem za zaznavanje plinov, ki deluje kot izjemno občutljiv elektronski nos – z občutljivostjo 3 delcev na bilijon (1012) je kar za skoraj tri (!) velikostne razrede bolj občutljiv od drugih tehnologij, ki običajno operirajo na območju nekaj delcev na milijardo (ppb). Predlagani aplikativni interdisciplinarni projekt, ki združuje področja mikroelektronike, fizike in medicine, bo na podlagi že razvitega sistema razvil in uporabil integrirani večkanalni sistem, ki bo deloval kot umetni nos za odkrivanje raka z zaznavanjem hlapnih organskih spojin v izdihanem zraku. Naš elektronski nos za zaznavanje plinov bomo nadgradili tako, da bo lahko »zavohal« rakava obolenja, predvsem raka glave in vratu. To bo zahtevalo razvoj posebne kemijske funkcionalizacije senzorjev v sistemu električnega nosu za detekcijo raka ter kalibracijo in optimizacijo sistema. Z uporabo algoritmov umetne inteligence za branje in odčitavanje inherentno kompleksnih nespecifičnih večkanalnih zaznavnih podatkov bomo dosegli dovolj visoko točnost zaznavanja. Najpomembnejši dosežek na medicinskem področju bo pridobljeno novo znanje o vlogi, vrstah in različnosti hlapnih organskih spojin v izdihanem zraku, saj so tipični kazalniki splošne homeostaze živega posameznika v izdihanem zraku zaenkrat večinoma neznani. Vzorce izdihanega zraka bo zbiral glavni onkološki institut v Sloveniji. Med najpomembnejšimi rezultati projekta bodo razvoj in izdelava dveh demo verzij elektronskega nosu za zaznavanje plinov, razvoj protokolov in metod za odvzem in začasno hrambo izdihanega zraka, testna identifikacija raka z umetno inteligenco (pod nadzorom in brez nadzora) na 5-10 vzorcih in pilotna skupinska raziskava (okrog 200 vzorcev). V projekt bodo vključeni 4 akademski partnerji in 1 industrijski partner, ki so med najboljšimi na svojih področjih in so inovatorji na splošnem interdisciplinarnem področju tega projekta, kar dokazujejo objave po najvišjih znanstvenih standardih (v prestižnih znanstvenih revijah, med drugim v Science Adv 2021, 2xPRL 2020, Cancer Treat Rev. 2019, 2x PRX 2019, Nature Comm 2019, Sensors 2017 in Nature Phys 2017) ter skupno 9 mednarodnih patentov (v EU, ZDA in mednarodni) v okviru projekta coPIs. Predlagani projekt bo razvil novo tehnologijo za zaznavanje plinov, ki bo omogočila odkrivanje raka, kar je izjemnega pomena za javno zdravje ter predstavlja pomembo poslovno priložnost za sodelujoče visokotehnološko slovensko podjetje RLS. Poleg tega razvita metodologija in elektronski nos za zaznavanje plinov nimata nobenih inherentnih omejitev, ki bi preprečevale zaznavanje drugih plinskih sledi in signalov, kar odpira možnosti za najširšo medicinsko in biomedicinsko uporabo tudi izven namena in obsega tega projekta. Nenazadnje bo projekt prispeval tudi k razvoju najnaprednejših aspektov znanosti zaznavanja, saj bosta v okviru projekta razvita nova tehnologija in novo znanje o odkrivanju – t.j. elektronskem »vohanju« – vzorcev in kompozitov različnih molekularnih prstnih odtisov zraka in plinov, ki ju bomo pridobili z združenimi močmi strokovnjakov za mikroelektroniko, fiziko, podatkovno znanost in medicino – to je tudi edini način, da premagamo ta interdisciplinarni izziv.