Les systèmes de nez et de langues électroniques à base de capteurs chimiques et électrochimiques constituent une solution avantageuse pour la caractérisation des odeurs et des saveurs émanant des produits agroalimentaires. La sélectivité croisée de la matrice des capteurs couplée aux méthodes de reconnaissance de formes est l'élément clé dans la conception et le développement de ces systèmes. Dans cette optique, nous avons démontré la capacité d'un dispositif expérimental de nez électronique à discriminer entre les différents types de drogues, à analyser la fraîcheur des fromages, à identifier entre les fromages adultérés et à différentier entre les eaux potables et usées. Nous avons également réussi à classifier correctement les eaux potables (minérales, de source, gazeuse et de robinet) et usées par utilisation d'une langue électronique potentiométrique. Cette étude a été validée par la Chromatographie en Phase Gazeuse couplée à la Spectrométrie de Masse (CPG-MS). En outre, nous avons développé une langue électronique voltammétrique à base d'une électrode de Diamant Dopé au Bore pour différencier les phases de traitement des eaux usées domestiques et hospitaliers et pour identifier les différents métaux lourds (Pb, Hg, Cu, Cd, Ni et le Zn) contenus dans l'eau du fleuve Rhône. La Voltammétrie à Redissolution Anodique à Impulsion Différentielle (DPASV) a été utilisée comme une méthode électrochimique pour caractériser les eaux étudiées. Enfin, les systèmes multicapteurs hybrides se sont avérés un bon outil analytique pour caractériser les produits de l'industrie agroalimentaire tels que les jus tunisiens et les huiles d'olives marocaines / Electronic noses and tongues systems based on chemical and electrochemical sensors are an advantageous solution for the characterisation of odours and tastes that are emanating from food products. The cross-selectivity of the sensor array coupled with patter recognition methods is the key element in the design and development of these systems. In this context, we have demonstrated the ability of an electronic nose device to discriminate between different types of drugs, to analyse cheeses freshness, to identify adulterated cheeses and to differentiate between potable and wastewaters. We have also succeeded to correctly classify drinking waters (mineral, natural, sparkling and tap) and wastewaters by using a potentiometric electronic tongue. This study was validated by Gas Chromatography coupled with Mass Spectrometry (GC-MS). Furthermore, we have developed a voltammetric electronic tongue based on a Diamond Doped Boron electrode to differentiate treatment stages of domestic and hospital wastewaters and to identify different heavy metals (Pb, Hg, Cu, Cd, Ni and Zn) contained in Rhône river. The Differential Pulse Anodic Stripping Voltammetry (DPASV) was used as an electrochemical method to characterise the studied waters. Finally, the hybrid multisensor systems have proven to be good analytical tools to characterise the products of food industry such as Tunisian juices and Moroccan olive oils

Les capteurs et les biocapteurs sont des moyens d’analyse en plein essor à la fois rapides, sensibles, sélectifs et peu coûteux, applicables à des domaines très variés (agroalimentaire, environnement, biomédical…). Dans ce travail de recherche, nous nous sommes intéressés au développement de trois dispositifs à savoir un nez et une langue électroniques à base de systèmes multicapteurs pour l’analyse des odeurs et des saveurs ainsi que les biocapteurs. Les deux premiers dispositifs ont permis dans un premier temps de caractériser et de détecter les fraudes dans les produits de l’industrie agroalimentaire. Ainsi, nous sommes parvenus à détecter les pratiques frauduleuses dans l’huile d’argan par le nez et par la langue électroniques. Nous avons, par ailleurs, réussi à caractériser des miels de différentes origines géographiques et botaniques et à détecter l’adultération du miel pur par l’utilisation d’une langue électronique voltammétrique. Enfin, nous avons démontré l’efficacité des systèmes de nez et de langue électroniques à discriminer cinq marques de lait pasteurisé marocain. Des limitations du système de nez et de langue électroniques ont été révélées quant à la discrimination du lait pasteurisé (Jawda) en fonction des jours de stockage. Par contre, la fusion des données des deux systèmes moyennant un niveau d'abstraction intermédiaire a permis d’améliorer cette discrimination. Dans une deuxième étape, nous avons développé deux biocapteurs, le premier est basé sur l’utilisation de Polymère à Empreinte Moléculaire (MIP) dédié à la détection de la tétracycline dans le miel. Alors que le second est un immunocapteur conçu pour la détection de l’ochratoxine A. Le MIP, utilisé dans le premier cas, a été synthétisé à la surface d’électrodes en or par électropolymérisation des nanoparticules d'or fonctionnalisées par le p-aminothiophénol en présence de la tétracycline comme molécule empreinte. Dans le deuxième cas, un nouveau biocapteur capacitif basé sur l’utilisation d’un substrat de Nitrure de Silicium (Si3N4) combiné avec une nouvelle structure de nanoparticules magnétiques (MNPs) pour la détection de l’ochratoxine A a été conçu. En effet, Les MNPs possédant une terminaison carboxylique ont été liés de manière covalente à la monocouche auto-assemblée du silane-amine (3-aminopropyl triéthoxysilane APTES). Enfin, les anticorps anti-ochratoxine A ont été immobilisés sur les MNPs par liaison amide. Les performances des deux biocapteurs (limite de détection, sélectivité, reproductibilité) ont ensuite été évaluées / Sensors and Biosensors are rapid, sensitive, selective and low-cost analytical devices of growing interest for a wide range of application fields (e.g. food, environment, health …). This research focused on the development of three devices namely an electronic nose and tongue and electrochemical biosensors with applications in food analysis. The first two devices allowed the characterization and detection of frauds in the food field. Thus, we have been able to detect fraudulent practices in argan oil by using an electronic nose and tongue systems. In addition, the electronic tongue has successfully classified honeys of different geographical and botanical origins and detects the adulteration of pure honey. Finally, we have demonstrated the ability of the electronic nose and tongue systems to classify five brands of Moroccan pasteurized milk and to discriminate against them based on their storage days. In the second stage, we have developed two biosensors. The first one is based on a molecularly imprinted polymer (MIP) for the detection of tetracycline in honey. The second one is based on an immunosensor devoted for the detection of ochratoxin A. For the first biosensor, imprinted gold nanoparticles composites are assembled on Au surfaces by the electropolymerization of p-amino-thiophenol functionalized gold nanoparticles in the presence of the imprint molecule. In the second case, we have developed a novel capacitance electrochemical biosensor based on silicon nitride substrate (Si3N4) combined with a new structure of mangnetic nanoparticles (MNPs). Indeed, The MNPs with terminated carboxylic acid were covalently bonded to Si3N4 through a Self-Assembled Monolayers (SAMs) of the silane-amine (3-Aminopropyl) triethoxysilane (APTES). Finally anti-ochratoxin A antibodies were immobilized on MNPs by amide bonding. The performances of the two biosensors (limit of detection, selectivity, reproducibility) were then evaluated and the results are generally satisfactory

Att hitta instrument för att efterlikna den mänskliga näsan har under en längre tid varit ett område som intresserar forskare. Dessa instrument kan potentiellt vara ett användbart verktyg för att uppnå FN:s uppsatta globala mål för att nå en hållbar utveckling, Agenda 2030. Projektet är en experimentell kvantitativ studie och syftet är att undersöka möjligheten att ta fram ett fristående mätsystem för detektering och identifiering av sur mjölk och ruttet kött i ett kylskåp. Ett trådlöst mätsystem med en serie gassensorer är framtaget tillsammans med ett gränssnitt för fjärrstyrning. Mätningar utfördes på kända mätobjekt under två veckor. Därefter utfördes mätningar på okända mätobjekt under lika lång tid. Resultatet från studien visade att det framtagna mätsystemet kan detektera och identifiera sur mjölk och ruttet kött utan extern programvara. Mätsystemet en tillförlitlighet på 89% när det gäller att klassificera okända mätobjekt. Denna studie visar att mätsystemet kan detektera och identifiera sur mjölk och ruttet kött via fjärrstyrning. / To find devices mimicking the human nose have under some time been an area of interest for researchers. These devices can potentially be a useful tool to achieve UN: s global goals for sustainable development, Agenda 2030. This project is an experimental quantitative study with the aim to investigate the possibility to create a stand-alone measuring system for detecting and identifying spoiled milk and rotten meat in a fridge. A wireless measuring system with an array of gas sensors was developed together with interface for remote control. Measurements was made from known measuring objects for two weeks. Thereafter measurements of unknown measuring objects were also done for two weeks. The result of the study showed that the developed measuring system can be remotely controlled to detect and identify spoiled milk and rotten meat without external software. The measuring system has an accuracy of 89% when it comes to classify unknown measurement objects. This study shows that the measuring system can detect and identify spoiled milk and rotten meat via remote control.

[ES] Encontrar un método no invasivo de clasificación fiable para distinguir entre pacientes con cancer de próstata e hiperplasia benigna de próstata no es una tarea trivial. El antígeno prostático específico mas utilizado presenta un au- mento en otras situaciones como la retención de orina o la eyaculación. Los productos metabólicos celulares como los compuestos volatiles en forma de bio-fluidos presentan una oportunidad para estudiarlos con la tecnología de semiconductores de óxido de metal. Una nariz electrónica diseñada para estos biofiuidos podría convertirse en una prueba ambulatoria clave para disminuir el número de biopsias. El diseño 3D, la creación de circuitos electrónicos, neumáticos, la adecuación de las muestras, la creación de una base de datos estandarizada para narices electrónicas, la definición de una interfaz de usuario amigable para el profesional sanitario, un sistema securizado para la comunicación con un servidor de almacenamiento de datos y todo el software necesario para hacer viable la democratización de las narices electrónicas en atención hospitalaria configuran la estrategia del trabajo. Además, el método empleado para conseguir aumentar el número de datos ha resultado determinante para hacer mas sencillo el entrenamiento de la red neuronal con la que se ha logrado una precisión del 87% en la clasificación entre pacientes de cancer de próstata e hiperplasia benigna de próstata. Se ha escogido un formato libro donde recoger todos los aspectos significativos de la realización del estudio. El primer capítulo se centra en el proyecto de tesis a financiar, la problemática a resolver, los objetivos y el plan de trabajo. En el segundo capítulo se definen los conceptos, el sentido del olfato, la vejiga, la próstata, los sensores utilizados, indicadores de cancer y otros elementos como la nariz electrónica. Es con una nariz electrónica de donde se obtienen las señales que se tratan en el capítulo tercero. En este capítulo se muestran las características de las señales provenientes de pacientes con cancer de próstata y pacientes con hiperplasia benigna de próstata, su tratamiento, filtrado, comparación y uso para la clasificación de pacientes. Asimismo, se muestran dos métodos distintos de clasificación y estudio de los algoritmos para automatizar la misma. El capítulo cuarto se centra en la construcción de un prototipo. Se ha abordado este capítulo como un manual de construcción que permita al lector conocer el proceso realizado, la toma de decisiones y la técnica utilizada para la realización del hardware, software y el modelo 3D. Dado que la diversidad de especialidades que confluyen en el mismo proyecto puede imposibilitar el dominio de alguno de los campos tratados, incluso dentro del mismo campo de especialización, se ha preparado este capítulo con diagramas y código fu- ente que acompaña a las explicaciones de forma detallada. El propósito de este capítulo es permitir a investigadores de diversas areas de conocimiento su construcción sin necesidad de profundizar en otros campos. Además, en este capítulo se detallan los procedimientos a fin de favorecer la democratización de la nariz electrónica como instrumento científico y con la esperanza de proporcionar la base para futuras implementaciones en la comunidad científica. Para el autor, la tesis no es sólo un documento, es un período de evolución personal. Ha estado condicionada por factores diversos, una pandemia, el planteamiento inicial, la financiación, el grupo de acogida, la línea de investigación, el desarrollo socio-económico del autor y el propio autoaprendizaje en el proceso de ejecución. Es por ello que se ha plasmado en el capítulo quinto lo que ha guiado de una u otra manera, pero de forma significativa, la toma de decisiones. Este capítulo versa sobre el trabajo futuro y tres proyectos, COST y H2020, DE1-SoC ADC e-Nose y Detección de tumores, que han ejercido influencia en el desarrollo de la tesis. Las conclusiones se recogen en el capítulo sexto. No obstante, cada capítulo dispone de un apartado llamado "Reflexiones" donde se anotan aquellas ideas y conclusiones concretas sobre el mismo. De esta forma se proporciona al lector un instrumento de lectura rápida que permita su consulta como si se tratara de un manual, sin necesidad de leer la totalidad del documento. En resumen, en este estudio se detallan los métodos y procedimientos de la investigación realizada con pacientes de cáncer de próstata e hiperplasia benigna de próstata con el propósito de conseguir un prototipo de una nariz electrónica para la clasificación de pacientes haciendo uso de orina como biofluido. Se ha tratado de escribir una referencia desde la que seguir construyendo conocimiento en torno a las narices electrónicas aplicadas a la clasificación de pacientes. / [CA] Trobar una mètode no invasiu de classificació fiable per a distingir entre pacients amb càncer de pròstata i hiperplàsia benigna de pròstata no és una tasca trivial. L'antigen prostàtic específic més utilitzat presenta un augment en altres situacions com la retenció d'orina o l'ejaculació. Els productes metabòlics cel·lulars com els compostos volàtils en forma de bio-fluids presenten una oportunitat per tal d'estudiar-los amb la tecnologia de semiconductors d'òxid de metall. Un nas electrònic dissenyat per a aquestos bio-fluids podria convertir-se en una prova ambulatòria clau per tal de disminuir el nombre de biòpsies. El disseny 3D, la creació de circuits electrònics, pneumàtics, l'adequació de les mostres, la creació d'una base de dades estandarditzada per a nassos electrònics, la definició d'una interfície d'usuari amigable per al professional sanitari, un sistema securitzat per a la comunicació amb un servidor d'emmagatzemament de dades i tot el software necessari per tal de fer viable la democratització dels nassos electrònics en atenció hospitalària configuren l'estratègia del treball. A més, el mètode emprat per a aconseguir augmentar el nombre de dades ha resultat determinant per fer més senzill l'entrenament de la xarxa neuronal amb la qual s'ha aconseguit una precisió del 87% a la classificació entre pacients de càncer de pròstata i hiperplàsia benigna de pròstata. S'ha escollit un format llibre on recollir tots els indrets significatius de la realització de l'estudi. El primer capítol es centra en el projecte de tesi a finançar, la problemàtica a resoldre, els objectius i el pla de treball. Al segon capítol es defineixen els conceptes, el sentit de l'olfacte, la bufeta, la próstata, els sensors utilitzats, indicadors de càncer i altres elements com el nas electrònic. És amb un nas electrònic d'on s'obtenen les senyals que es tracten al capítol tercer. En aquest capítol es mostren les característiques dels senyals provinents de pacients amb càncer de pròstata i pacients amb hiperplàsia benigna de próstata, el seu tractament, filtrat, comparació i ús per a la classificació de pacients. Així mateix, es mostren dos mètodes diferents de classificació i estudi dels algorismes per a automatitzar la mateixa. El capítol quart es centra en la construcció d'un prototip. S'ha abordat aquest capítol com un manual de construcció que permeta al lector conéixer el procés realitzat, la presa de decisions i la tècnica emprada pera la realització tant del hardware, els software i com el model 3D. Com que la diversitat d'especialitats que conflueixen en el mateix projecte pot impossibilitar el domini d'algun dels camps tractats, inclòs dins del mateix camp d'especialització, s'ha preparat aquest capítol amb diagrames i codi font que acompanya les explicacions de forma detallada. El propòsit d'aquest capítol és permetre a investigadors de diverses àrees de coneixement la seva construcció sense necessitat d'aprofundir en altres camps. A més, en aquest capítol es detallen els procediments per tal d'afavorir la democratització del nas electrònic com a instrument científic i amb la esperança de proporcionar la base per a futures implementacions en la comunitat científica. Per a l'autor, la tesi no és sols un document, és un període d'evolució personal. Ha estat condicionada per factors diversos, una pandèmia, el plantejament inicial, el finançament, el grup d'acollida, la línia d'investigació, el desenvolupament socio-econòmic de l'autor i el propi autoaprenentatge al procés d'execució. És per això que s'ha plasmat al capítol cinqué allò que ha guiat d'una manera o d'altra, però de forma significativa, la presa de decisions. Aquest capítol versa sobre el treball futur i tres projectes, COST i H2020, DE1-SoC ADC e-Nose i Detecció de tumors, que han exercit influència al desenvolupament de la tesi. És un exercici de reflexió al voltant dels mateixos i són una mostra de la capacitat investigadora de l'autor. Les conclusions es recullen al capítol sisé. No obstant això, cada capítol disposa d'un apartat anomenat "Reflexions" on s'anoten aquelles idees i conclusions concretes sobre el mateix. D'aquesta manera es proporciona al lector un instrument de lectura ràpida que permeta la seva consulta com si es tractés d'un manual, sense necessitat de llegir la totalitat del document. En resum, en aquest estudi es detallen els mètodes i procediments de la investigació realitzada amb pacients de càncer de pròstata i hiperplàsia benigna de pròstata amb el propòsit d'aconseguir un prototip d'un nas electrònic per a la classificació de pacients fent ús d'orina com a bio-fluid. S'ha tractat d'escriure una referència des d'on seguir construint coneixement al voltant dels nassos electrònics aplicats a la classificació de pacients. / [EN] Finding a reliable non-invasive classification method to distinguish between patients with prostate cancer and benign prostatic hyperplasia is not a trivial task. The most commonly used specific prostate antigen shows an increase in other situations such as urinary retention or ejaculation. Cellular metabolic products, such as volatile compounds in the form of bio- fiuids, present an opportunity to study them by using metal oxide semiconduc- tor technology. An electronic nose designed for these bio-fiuids could become a key ambulatory test in order to decrease the number of biopsies. The strategy of the work is configured in diferent fields. Design a 3D set to enclose the electronics and penumatic circuits. The suitability of the samples it has to be studied furthermore the creation of a standardized database for electronic noses to store these samples. The definition of a friendly user interface for the health professional besides a system secured for communication with a data storage server. To sum up, all the software and hardware necessary to make viable the democratization of electronic noses in hospital care. In addition, the method be inployed to increase the number of data has been decisive to simplify the training of the neural network with which an accuracy of 87% has been achieved in the classification between prostate cancer patients and benign prostatic hyperplasia. A book format has been chosen to collect all the significant points of the study. The first chapter focuses on the thesis project to be financed, the problem to be solved, the objectives and the work plan. The second chapter defines the concepts, the sense of smell, the bladder, the prostate, the sensors used, cancer indicators and other elements such as the electronic nose. It is with an electronic nose that the signals discussed in chapter three are obtained. This chapter shows the characteristics of signals from patients with prostate cancer and patients with benign prostatic hyper- plasia, their treatment, filtering, comparison and use for patient classification. Likewise, two different methods of classification and study of the algorithms to automate the same are shown. The fourth chapter focuses on the construction of a prototype. This chapter has been approached as a construction manual that allows the reader to know the process carried out, the decision-making and the technique used to make both the hardware, the software and the 3D. Since the diversity of specialties that converge in the same project can make it impossible to master any of the fields discussed, including within the same field of specialization, this chapter has been prepared with diagrams and source code that accompanies the explanations of form detailed. The purpose of this chapter is to allow researchers from various areas of knowledge to construct it without the need to delve into other fields. In addition, this chapter details the procedures to promote the democratization of the electronic nose as a scientific instrument and with the hope of providing the basis for future implementations in the scientific community. For the author, the thesis is not just a document, it is a period of personal evolution. It has been conditioned by various factors, a pandemic, the initial approach, the funding, the host group, the line of research, the socioof the author and the self-learning in the execution process. That is why what has been shaped in the fifth has guided in one way or another, but in a significant way, the decision-making. This chapter deals with future work and three projects, COST and H2020, DE1-SoC ADC eNose and Tumor Detection, which have influenced the development of the thesis. It is an exercise in reflection about them and they are a sample of the author's research capacity. The conclusions are collected in chapter six. However, each chapter has a section called "Reflections" where those specific ideas and conclusions about the same are noted. / Talens Felis, JB. (2022). Anàlisi, disseny i implementació d'instrumentació no invasiva per a la detecció de càncer de pròstata i bufeta mitjançant tecnologia MOS [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/190835

A presente tese de doutorado deu início a uma nova linha de pesquisa no grupo de Síntese de Polímeros Condutores do IQ-USP, que consiste nos estudos relacionados a sensores de gases para equipamentos do tipo narizes eletrônicos, confeccionados com polímeros condutores. Para isso, foram sintetizados eletroquimicamente sete polímeros da família dos poli(p-fenileno vinileno)s, dos quais cinco inéditos, substituídos por grupos receptores e doadores de elétrons.Todos os polímeros, incluindo seus precursores, foram caracterizados espectroscopicamente (RMN de 1H, IV e UV-Vis). Estudos de análises térmicas (TG e DSC) e de cromatografia por exclusão de tamanho (SEC) foram realizados com os polímeros que possuíam grupos alifáticos de cadeias longas, tendo sido um desses polímeros usado na confecção de dispositivos metal/polímero/metal, cujas medidas de corrente vs. tensão permitiram determinar a mobilidade dos portadores de carga. Sensores de gases foram feitos com os polímeros sintetizados, mostrando boa seletividade quando testados com vapores de uma série de solventes orgânicos polares e apolares. / In this thesis we describe the electrosynthesis of seven difterent poly(p-phenilenevinylene)s, PPVs, bearing long and short, electron donating and withdrawing side groups. These polymers are aimed for our recent interest in gas sensors based on conducting polymers and their application in electronic noses. Five out of the seven polymers are novel materials, hence never described before. The polymers were characterized spectroscopically. Those with long side chain were also submitted to thermal analyses and size exclusion chromatography. Electrical measurements (I x V) in metal/polymer/metal sandwich devices led to the determination of the charge carrier mobility of one of the polymers. Gas sensors, having thin films of the synthesized polymers as active layers, have shown good selectivity towards several organic solvent vapors and water as well.

Biological signal processing can help us gain knowledge about biological complexity, as well as using this knowledge to engineer better systems. Three areas are identified as critical to understanding biology: 1) understanding DNA, 2) examining the overall biological function and 3) evaluating these systems in environmental (ie: turbulent) conditions. DNA is investigated for coding structure and redundancy, and a new tandem repeat region, an indicator of a neurodegenerative disease, is discovered. The linear algebraic framework can be used for further analysis and techniques. The work illustrates how signal processing is a tool to reverse engineer biological systems, and how our better understanding of biology can improve engineering designs. Then, the way a single-cell mobilizes in response to a chemical gradient, known as chemotaxis, is examined. Inspiration from receptor clustering in chemotaxis combined with a Hebbian learning method is shown to improve a gradient-source (chemical/thermal) localization algorithm. The algorithm is implemented, and its performance is evaluated in diffusive and turbulent environments. We then show that sensor cross-correlation can be used in solving chemical localization in difficult turbulent scenarios. This leads into future techniques which can be designed for gradient source tracking. These techniques pave the way for use of biologically-inspired sensor networks in chemical localization.

I dagsläget finns det ingen standardiserad metod för att mäta en enhets tillstånd medhjälp av dofter. Vid tillståndsövervakning av rullningslager är vibrationsmätning denmest dominanta metoden. I samband med vibrationsmätning används i vissa falltemperaturövervakning för att få en bättre insikt på rullningslagrets tillstånd. I det härarbetet undersöks de om en elektronisk näsa kan avgöra ett rullningslagers tillstånd.Innan några mätningar påbörjas monterades en elektronisk näsa ihop i ett hölje sombestår av ett kretskort, metalloxid-sensorer och en fläkt för att styra dofter med ettkonstant flöde mot sensorerna. Den elektroniska näsan styrs av en Arduino Nanomikrokontroller. Utöver e-näsan sättes en enhet ihop tillhörande två temperaturgivareoch en luftfuktighetsgivare som styrs av en Arduino UNO. Enhetens syfte är att kunnakontrollera de rådande förhållandena vid mätningar och för att leta någon form avkorrelation mot e-näsan vid eventuella utslag. Förstörande prover av kullager utfördesför att se om e-näsan reagerar innan ett lagerhaveri. Testerna gjordes i en öppen samtsluten miljö och tre stycken olika oljor används för att smörja lagret. Detta för att seom e-näsan reagerar olika beroende på vilken olja som används. En undersökningutförs ifall den elektroniska näsan kan separera på de tre oljorna som används ilagertesterna. För att utvärdera mätresultaten används Excel och Minitab, därprincipalkomponentanalyser genomförs på all mätdata. Efter att alla lagerprover harverkställts utfördes en uppföljning av rullningslagrena för att studera deras tillstånd,detta genom ett optiskt mikroskop.Det framgår i rapporten att med hjälp av analysmetoden PCA syns det att denelektroniska näsan kunde skilja på hydraulolja, motorolja och växellådsolja. Utslag iPCA för de olika mätserierna blev inte identiska men det blev tydligaklusterindelningar hos samtliga mätserier. Genomförd studie visade att med delagerhaveri samt temperaturer går det inte att avgöra ett kullagers tillstånd med hjälpav en elektronisk näsa. Eftersom att de specifika gas-sensorerna som användes till enäsaninte gav någon form av utslag vid mätningarna. Den elektroniska näsanreagerade däremot vid totalhaveri av kullager, vilket är för sent i ett förebyggandeunderhållsperspektiv. Detta medförde att den elektroniska näsan inte kan användas förtillståndsövervakning av det specifika kullagret som användes vid denna studie. / At present, there is no standardized method of measuring a device's condition with thehelp of odors. In condition monitoring of rolling bearings, vibration measurement isthe most dominant method. In case of vibration measurement, temperature monitoringis used in some cases to get a better insight into the condition of the bearing. In thiswork, it is investigated whether an electronic nose can determine the condition of arolling bearing.Before any measurements began, an electronic nose is assembled in a housingconsisting of a circuit board, metal oxide sensors and a fan for stearing odors with aconstant flow towards the sensors. The electronic nose is controlled by an ArduinoNano which is a microcontroller. In addition to the e-nose, a unit is connected to twotemperature sensors and a humidity sensor controlled by an Arduino UNO. The unit'spurpose is to monitor the status and to look for any kind of correlation with the e-nosein case of any possible findings. Destructive specimens of ball bearings are performedto see if the e-nose responds prior to a bearing failure. Tests are conducted in an openand closed environment and three different oils are used to lubricate the bearings.This to see if the e-nose acts differently depending on the oil that is used. Aninvestigation is conducted if the electronic nose can separate the three different typesof oils that is used in the destructive bearing tests. To evaluate the measurementresults, Excel and Minitab are used, where principal component analysis is performedon all measurement data. After all bearing tests have been performed, a follow-up ofthe rolling bearings condition is performed, this through an optical microscope.The report shows that using the PCA analysis method, it appears that the electronicnose could distinguish between hydraulic oil, engine oil and gear oil. In the PCA forthe different measurement series the results did not become identical, but clusterdivisions became clear in all measurement series. Completed study showed that withthese bearing failures and temperatures, it is not possible to determine the condition ofthis ball bearer using an electronic nose. Because the specific gas sensors used for thee-nose did not give any kind of impact during the measurements. On the other hand,the electronic nose responded to a total failure of a ball bearing, which is too late in apreventative maintenance perspective. Therefore, the electronic nose cannot be usedfor condition monitoring of the specific ball bearing used in this study.

A presente tese de doutorado deu início a uma nova linha de pesquisa no grupo de Síntese de Polímeros Condutores do IQ-USP, que consiste nos estudos relacionados a sensores de gases para equipamentos do tipo narizes eletrônicos, confeccionados com polímeros condutores. Para isso, foram sintetizados eletroquimicamente sete polímeros da família dos poli(p-fenileno vinileno)s, dos quais cinco inéditos, substituídos por grupos receptores e doadores de elétrons.Todos os polímeros, incluindo seus precursores, foram caracterizados espectroscopicamente (RMN de 1H, IV e UV-Vis). Estudos de análises térmicas (TG e DSC) e de cromatografia por exclusão de tamanho (SEC) foram realizados com os polímeros que possuíam grupos alifáticos de cadeias longas, tendo sido um desses polímeros usado na confecção de dispositivos metal/polímero/metal, cujas medidas de corrente vs. tensão permitiram determinar a mobilidade dos portadores de carga. Sensores de gases foram feitos com os polímeros sintetizados, mostrando boa seletividade quando testados com vapores de uma série de solventes orgânicos polares e apolares. / In this thesis we describe the electrosynthesis of seven difterent poly(p-phenilenevinylene)s, PPVs, bearing long and short, electron donating and withdrawing side groups. These polymers are aimed for our recent interest in gas sensors based on conducting polymers and their application in electronic noses. Five out of the seven polymers are novel materials, hence never described before. The polymers were characterized spectroscopically. Those with long side chain were also submitted to thermal analyses and size exclusion chromatography. Electrical measurements (I x V) in metal/polymer/metal sandwich devices led to the determination of the charge carrier mobility of one of the polymers. Gas sensors, having thin films of the synthesized polymers as active layers, have shown good selectivity towards several organic solvent vapors and water as well.

<p>Volatile organic compounds (VOCs) are endogenous byproducts of metabolic pathways that can be altered by a disease or condition, leading to an associated and unique VOC profile or signature. Current methodologies for VOC detection include canines, gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS), and electronic nose (eNose). Some of the challenges for canines and GC-MS are cost-effectiveness, extensive training, expensive instrumentation. On the other hand, a significant downfall of the eNose is low selectivity. This thesis proposes to design a breathalyzer using chemiresistive gas sensors that detects VOCs from human breath, and subsequently create an interface to process and deliver the results via Bluetooth Low Energy (BLE). Breath samples were collected from patients with hypoglycemia, COVID-19, and healthy controls for both. Samples were processed, analyzed using GC-MS and probed through statistical analysis. A panel of 6 VOC biomarkers distinguished between hypoglycemia (HYPO) and Normal samples with a training AUC of 0.98 and a testing AUC of 0.93. For COVID-19, a panel of 3 VOC biomarkers distinguished between COVID-19 positive symptomatic (COVID-19) and healthy Control samples with a training area under the curve (AUC) of receiver operating characteristic (ROC) of 1.0 and cross-validation (CV) AUC of 0.99. The model was validated with COVID-19 Recovery samples. The discovery of these biomarkers enables the development of selective gas sensors to detect the VOCs. </p><p><br></p><p>Polyethylenimine-ether functionalized gold nanoparticle (PEI-EGNP) gas sensors were designed and fabricated in the lab and metal oxide (MOX) semiconductor gas sensors were obtained from Nanoz (Chip 1: SnO₂ and Chip 2: WO₃). These sensors were tested at different relative humidity (RH) levels, and VOC concentrations. Contact angle which measures hydrophobicity, was 84° and the thickness of the PEI-EGNP coating was 11 µ m. The PEI-EGNP sensor response at RH 85% had a signal 10x higher than at RH 0%. Optimization of the MOX sensor was performed by changing the heater voltage and concentration of VOCs. At RH 85% and heater voltage of 2500 mV, the performance of the sensors increased. Chip 2 had higher sensitivity towards VOCs especially for one of the VOC biomarkers identified for COVID-19. PCA distinguished VOC biomarkers of HYPO, COVID-19, and healthy human breath using the Nanoz. A sensor interface was created to integrate the PEI-EGNP sensors with the printed circuit board (PCB) and Bluno Nano to perform machine learning. The sensor interface can currently process and make decisions from the data whether the breath is HYPO (-) or Normal (+). This data is then sent via BLE to the Hypo Alert app to display the decision.</p>

The main goal of this project, running at Neurofy AB, was that developing an AI recognition algorithm also known as, gas sensing algorithm or simply recognition algorithm, based on Artificial Intelligence (AI) technology, which would have the ability to detect or predict diary cattle diseases using odor signal data gathered, measured and provided by Gas Sensor Array (GSA) also known as, Electronic Nose or simply E-nose developed by the company. Two major challenges in this project were to first overcome the noises and errors in the odor signal data, as the E-nose is supposed to be used in an environment with difference conditions than laboratory, for instance, in a bail (A stall for milking cows) with varying humidity and temperatures, and second to find a proper feature extraction method appropriate for GSA. Normalization and Principal component analysis (PCA) are two classic methods which not only intended for re-scaling and reducing of features in a data-set at pre-processing phase of developing of odor identification algorithm, but also it thought that these methods reduce the affect of noises in odor signal data. Applying classic approaches, like PCA, for feature extraction and dimesionality reduction gave rise to loss of valuable data which made it difficult for classification of odors. A new method was developed to handle noises in the odors signal data and also deal with dimentionality reduction without loosing of valuable data, instead of the PCA method in feature extraction stage. This method, which is consisting of signal segmentation and Autoencoder with encoder-decoder, made it possible to overcome the noise issues in data-sets and it also is more appropriate feature extraction method due to better prediction accuracy performed by the AI gas recognition algorithm in comparison to PCA. For evaluating of Autoencoder monitoring of its learning rate of was performed. For classification and predicting of odors, several classifier, among alias, Logistic Regression (LR), Support vector machine (SVM), Linear Discriminant Analysis (LDA), Random forest Classifier (RFC) and MultiLayer perceptron (MLP), was investigated. The best prediction was obtained by classifiers MLP . To validate the prediction, obtained by the new AI recognition algorithm, several validation methods like Cross validation, Accuracy score, balanced accuracy score , precision score, Recall score, and Learning Curve, were performed. This new AI recognition algorithm has the ability to diagnose 3 different diary cattle diseases with an accuracy of 96% despite lack of samples. / Syftet med detta projekt var att utveckla en igenkänning algoritm baserad på maskinintelligens (Artificiell intelligens (AI) ), även känd som gasavkänning algoritm eller igenkänningsalgoritm, baserad på artificiell intelligens (AI) teknologi såsom maskininlärning ach djupinlärning, som skulle kunna upptäcka eller diagnosera vissa mjölkkor sjukdomar med hjälp av luktsignaldata som samlats in, mätts och tillhandahållits av Gas Sensor Array (GSA), även känd som elektronisk näsa eller helt enkelt E-näsa, utvecklad av företaget Neorofy AB. Två stora utmaningar i detta projekt bearbetades. Första utmaning var att övervinna eller minska effekten av brus i signaler samt fel (error) i dess data då E-näsan är tänkt att användas i en miljö där till skillnad från laboratorium förekommer brus, till example i ett stall avsett för mjölkkor, i form av varierande fukthalt och temperatur. Andra utmaning var att hitta rätt dimensionalitetsreduktion som är anpassad till GSA. Normalisering och Principal component analysis (PCA) är två klassiska metoder som används till att både konvertera olika stora datavärden i datamängd (data-set) till samma skala och dimensionalitetsminskning av datamängd (data-set), under förbehandling process av utvecling av luktidentifieringsalgoritms. Dessa metoder används även för minskning eller eliminering av brus i luktsignaldata (odor signal data). Tillämpning av klassiska dimensionalitetsminskning algoritmer, såsom PCA, orsakade förlust av värdefulla informationer som var viktiga för kllasifisering. Den nya metoden som har utvecklats för hantering av brus i luktsignaldata samt dimensionalitetsminskning, utan att förlora värdefull data, är signalsegmentering och Autoencoder. Detta tillvägagångssätt har gjort det möjligt att övervinna brusproblemen i datamängder samt det visade sig att denna metod är lämpligare metod för dimensionalitetsminskning jämfört med PCA. För utvärdering of Autoencoder övervakning of inlärningshastighet av Autoencoder tillämpades. För klassificering, flera klassificerare, bland annat, LogisticRegression (LR), Support vector machine (SVM) , Linear Discriminant Analysis (LDA), Random forest Classifier (RFC) och MultiLayer perceptron (MLP) undersöktes. Bästa resultate erhölls av klassificeraren MLP. Flera valideringsmetoder såsom, Cross-validering, Precision score, balanced accuracy score samt inlärningskurva tillämpades. Denna nya AI gas igenkänningsalgoritm har förmågan att diagnosera tre olika mjölkkor sjukdomar med en noggrannhet på högre än 96%.