在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，呼氣分析技術(shù)因其無創(chuàng)、便捷和快速的顯著優(yōu)勢，日益受到廣大科研工作者關(guān)注。就在近日，中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所傳來喜訊，研究所的姜琛昱研究員在光譜式呼氣分析儀的研制方面取得了重要進(jìn)展，為醫(yī)療領(lǐng)域的未來發(fā)展注入了新的活力。
呼氣分析作為一個有著深厚歷史底蘊的領(lǐng)域，其起源可追溯至中醫(yī)“望、聞、問、切”中的“聞”診以及古希臘醫(yī)學(xué)。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，呼氣分析技術(shù)得到了飛速提升，其在疾病診斷、病情監(jiān)測等方面的應(yīng)用前景愈發(fā)廣闊。
據(jù)了解，到目前為止，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)人的呼出氣體中含有2000多種揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)。這些VOCs與疾病及代謝異常密切相關(guān)，并經(jīng)過碳-13同位素、一氧化氮、甲烷以及氫氣等呼氣標(biāo)記物的檢測，通過美國FDA認(rèn)證應(yīng)用于臨床實踐。然而，與目前已確定的2000多種VOCs相比，大量的呼氣標(biāo)記物缺乏與疾病及健康狀態(tài)的相關(guān)性研究，成為呼氣分析進(jìn)入臨床應(yīng)用的重要難題。
為此，姜琛昱研究員及其團(tuán)隊一直致力于光譜式呼氣分析儀的研究與開發(fā)。此次研究中，他們聚焦于光腔衰蕩光譜技術(shù)(Cavity Ringdown Spectroscopy,CRDS)在呼氣標(biāo)記物高效數(shù)據(jù)獲取方面的影響因素。通過深入系統(tǒng)地分析，他們發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能夠精準(zhǔn)地捕捉到呼氣中特定標(biāo)記物的信息，為疾病的早期診斷提供了可能。
在實驗過程中，研究人員將目光鎖定重要的呼氣標(biāo)記物之一——丙酮。丙酮作為一種在人體呼氣中存在且與多種生理病理狀態(tài)相關(guān)的化合物，其濃度的變化往往能夠反映出人體的健康狀況。為了更高效地檢測丙酮，團(tuán)隊自主設(shè)計了輕量壓控諧振腔，并與新型多孔碳材料相結(jié)合，研制出CRDS呼出丙酮檢測系統(tǒng)。這一創(chuàng)新的設(shè)計不僅提高了對丙酮的檢測靈敏度，還解決了以往在呼氣標(biāo)記物檢測中存在的一些技術(shù)難題。
實驗結(jié)果表明，CRDS呼出丙酮檢測系統(tǒng)衰蕩信號測量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差0.12%。響應(yīng)速度快，響應(yīng)時間僅為1秒；丙酮的檢測極限144 ppb，檢測線性度0.99921。與檢測“金標(biāo)準(zhǔn)”GC-MS的進(jìn)行比較試驗，相關(guān)系數(shù)為1.0025，儀器總質(zhì)量小于5.0 Kg。各性能指標(biāo)顯著優(yōu)于前期研究工作，并在運動管理、I型糖尿病監(jiān)測和酮癥診斷等臨床代謝的相關(guān)應(yīng)用中，完成了2000余例呼氣樣本高靈敏、高精準(zhǔn)、實時在線檢測。此次研究成果不僅展示了光腔衰蕩光譜技術(shù)在呼氣標(biāo)記物高效數(shù)據(jù)獲取中的潛力，還為未來的呼吸分析檢測提供了新的思路和方法。
隨著技術(shù)的不斷成熟和完善，光譜式呼氣分析儀有望在未來得到更廣泛的推廣和應(yīng)用。這不僅將大大提升醫(yī)療診斷的效率和準(zhǔn)確性，還將為廣大患者帶來更加便捷和舒適的體驗。同時，它也將為醫(yī)療科技的發(fā)展開辟新的研究方向，推動整個行業(yè)的進(jìn)步。
素材來源：中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所
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