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