中科院大連化物所研發出高通量呼出氣體檢測的新方法和新設備

近日，中國科學院大連化學物理研究所快速分離與檢測研究組李海洋研究團隊成功研發了一種高通量呼出氣體檢測的新技術和新設備，相關研究成果發表在美國化學會《分析化學》（Analytical Chemistry, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b01707）上。
人體新陳代謝的部分產物由血液運送至肺部，在肺泡通過氣體交換出現在呼出氣體中。呼出氣體反映了機體的代謝和病理狀況，一些物質甚至可能成為某種疾病的生物標記物，如：烷烴類是氧化應激的標志物、丙酮是糖尿病的生物標志物。近年來，在氣道慢性炎癥、肺癌、肺結核、腸病、肝硬化、乳腺癌、胃管-食管癌等疾病中利用呼出氣體檢測來尋找特異性標志物的研究越來越多，上為此成立了專門的呼出氣研究協會（International Association of Breath Research，IABR），并出版了呼出氣體檢測的專業性雜志“Journal of Breath Research”。
李海洋研究團隊利用高氣壓下的真空紫外燈（VUV）光電離結合飛行時間質譜技術（HPPI-TOFMS）分析人體呼出氣，在1分鐘的采樣時間內實現了對人體呼出氣中丙酮、異戊二烯、二甲基硫、乙醇、乙酸等物質的高靈敏檢測。在100%相對濕度條件下，該方法能夠實現濃度低至幾十pptV揮發性有機物（VOCs）的直接在線檢測，且對苯系物、呋喃類、含硫和含氮化合物具有超高的靈敏度和選擇性，這在污染暴露分析、職業病防治等領域具有重要的應用前景。相對于其它呼出氣檢測方法，該技術的在于受濕度干擾小，特別是針對相對濕度高達100%的呼出氣檢測這一大難點，成功消除了各種除濕方法不可避免會造成衡量待測物損失的不足。
近年來，李海洋研究團隊始終關注呼出氣體檢測的新技術和新方法研究：開拓了將離子遷移譜（IMS）技術應用于麻醉劑分析檢測的“動態-稀釋新方法”，并受到學術界同行的認可，被評為2015年J. Breath Res.雜志highlights文章（J. Breath Res. DOI:10.1088/1752-7155/9/1/016002）。IMS技術上的不斷成熟推進了其在臨床實踐的應用，通過與哈爾濱醫科大學附屬醫院合作，成功將IMS儀器應用于手術過程中病人呼出氣體中麻醉劑丙泊酚的在線監測，為麻醉提供了重要保證。此外，該研究團隊還應用IMS技術實現了重要的呼吸道炎癥生物標志物NO的高靈敏檢測（J. Breath Res. DOI: 10.1088/1752-7155/9/1/016003），與常規的化學發光和電化學傳感器技術相比，IMS用于NO分析具有簡單、快速的優勢。
呼出氣體檢測具有非侵入性、無損傷、取樣方便、可連續采樣等優勢，是分析化學和醫學領域的新課題，仍需探索更多更新的分析儀器和分析方法。HPPI-TOFMS應用于人體呼出氣分析，簡單、快速、無需任何前處理，有望成為一種高通量的疾病篩查工具，并可用于臨床上大數據樣本分析，而且低成本、高通量、大樣本數據的積累有利于發現新的疾病生物標志物。
上述研究工作得到了國家重大科學儀器設備開發專項、國家“863”計劃和國家自然科學基金的資助。