日前，中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所等聚焦丙酮這一重要的呼氣標(biāo)記物，研制出光譜式呼氣分析儀，實(shí)現(xiàn)了呼出丙酮含量的高效檢測(cè)。該研究不僅為糖尿病的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與管理提供了新思路，也為呼氣分析領(lǐng)域探索新方法、開發(fā)新技術(shù)、研制新儀器、催生新應(yīng)用等提供了可行的解決方案。
目前，人類已確定的2000多種揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Com-pounds，VOCs）與疾病及代謝異常相關(guān)。這些有機(jī)物被稱為呼氣標(biāo)記物，但科學(xué)界仍缺乏大量的呼氣標(biāo)記物與疾病及健康狀態(tài)相關(guān)性研究，這是呼氣分析進(jìn)入臨床應(yīng)用的重大挑戰(zhàn)。
創(chuàng)新檢測(cè)技術(shù)，開發(fā)新的檢測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)呼氣標(biāo)記物數(shù)據(jù)高靈敏、高精準(zhǔn)、快速在線的高效獲取，是應(yīng)對(duì)這一重大挑戰(zhàn)的有效方法。
作為高靈敏激光光譜技術(shù)，光腔衰蕩光譜技術(shù)（Cavity Ringdown Spectroscopy, CRDS）在環(huán)境、能源、半導(dǎo)體等領(lǐng)域的應(yīng)用，已展現(xiàn)出其在氣體高效檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)。
但這種基于物質(zhì)特征吸收光波長(zhǎng)和強(qiáng)度的高靈敏光譜檢測(cè)技術(shù)，要實(shí)現(xiàn)在呼氣標(biāo)記物檢測(cè)中的應(yīng)用，面臨著兩大挑戰(zhàn)：一方面，需要消除水蒸氣對(duì)光散射造成的檢測(cè)精度影響；另一方面，要解決不同物質(zhì)近似特征波長(zhǎng)與強(qiáng)度疊加帶來的誤差。
中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所研究團(tuán)隊(duì)以代謝密切相關(guān)的呼氣標(biāo)記物——丙酮為研究對(duì)象，通過精準(zhǔn)調(diào)控柔性多孔碳膜材料的孔徑分布與表面官能團(tuán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)呼氣中99.8%水分的快速選擇性吸附，并結(jié)合自主設(shè)計(jì)的嵌式輕量壓控腔，保證衰蕩信號(hào)的穩(wěn)定輸出，同時(shí)有效降低了系統(tǒng)的重量，讓本在蒙蒙霧氣中的那道“光”更加清晰。
CRDS呼出丙酮檢測(cè)系統(tǒng)的性能，可媲美質(zhì)譜技術(shù)、檢測(cè)速度優(yōu)于質(zhì)譜。在酮癥診斷的試驗(yàn)中，通過對(duì)生酮飲食受試者超30天的連續(xù)監(jiān)測(cè)和研究，發(fā)現(xiàn)CRDS呼出丙酮分析儀的檢測(cè)結(jié)果與尿酮試紙檢測(cè)方法具有一致性，同時(shí)具有抗干擾、實(shí)時(shí)在線和定量檢測(cè)等優(yōu)勢(shì)。
目前，儀器已通過Ⅱ類創(chuàng)新醫(yī)療器械審批，在國內(nèi)多家醫(yī)院的支持下，完成了2000余例呼氣樣本的檢測(cè)。儀器實(shí)現(xiàn)了I型糖尿病患者狀態(tài)監(jiān)測(cè)。在I型糖尿病患者注射胰島素后，通過連續(xù)監(jiān)測(cè)其呼出的丙酮含量，可判斷患者在注射后是否有低血糖或是胰島素給量不足，以便及時(shí)給出解決方案。儀器在運(yùn)動(dòng)健康管理、酮癥酸中毒、肥胖監(jiān)測(cè)、感染性疾病的治療等方面，也將有廣闊的應(yīng)用前景。
未來，隨著高效檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，會(huì)實(shí)現(xiàn)越來越多的呼氣標(biāo)記物建立與疾病和健康狀態(tài)定量相關(guān)檢測(cè)，為重癥監(jiān)測(cè)、腫瘤療效評(píng)估、癲癇治療評(píng)估等臨床應(yīng)用提供全新的解決方案。
同時(shí)，結(jié)合人工智能，或能為重大疾病的早期預(yù)警帶來革命性突破，讓“呼氣感知健康”變成現(xiàn)實(shí)。
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