纳米电子鼻：高灵敏呼气测试仪

缎涨攮拣TECHNOLOGYANDMARKETV01.16,No.11,2009以色列理工大学化学工程系的霍萨姆·海克教授及其研究小组开发出一种纳米电子鼻，只需检测患者呼出的气体即可发现癌症和肾衰竭等疾病，为这些疾病的早期防治开辟了一条新途径。他们开发的是一种利用呼气微粒检测癌症的新型呼气检测技术，能对患者的健康状况进行即时诊断，其核心部分是一个嵌入了金纳米颗粒的碳基感应器，来检测病人是否患上了肺癌。虽然呼气微粒分析法对于癌症诊断来说并不是一个新工具，但此次发明的新方法首次实现了无需预先处理患者呼出的气体即可检测出癌症。当患者对设备进行呼气时，呼气中的颗粒就会积聚在碳层中，感应器膨胀推动金纳米颗粒相互接近，因此改变了薄膜的阻抗。而每种颗粒均具有独特的阻抗效应，这可通过感应器的电流变化来进行测量。海克称，用户可在设备的显示板上看到一个指数，该指数表明该人是否健康或罹患癌症。将新感应器插入一个呼吸测试设备后，研究人员就可进行一系列的测试以达到校准的目的。研究团队招募了96名志愿者，其中40名是健康人群，另外56名是肺癌患者。研究人员使用这些志愿者的呼气样本，通过感应器识别出哪些生物标记可集中作为肺癌的准确迹象。经过校准后和再测试后，研究人员发现该设备即可可靠地区分出健康人员和癌症患者的呼气。目前，研究人员已开始在处于疾病不同阶段的人群中展开大规模测试，并准备在两三年内开展临床试验。初步试验表明，金纳米感应器不仅能检测出癌症的不同阶段，还能检测其他诸如肝功能衰竭等疾病。研究人员还使用这种电子鼻对培养皿中生长的克隆细胞进行了测试，结果表明感应器能嗅探出呼气中已知的化合物，但无法检出其他与肺癌相关的挥发性有机物，这也意味着人体内通过代谢制造出了更多的挥发性有机物。海克等人正在努力探寻这些挥发性有机物，希望藉此能够获得对肺癌的更多新认识以找到治疗方法。研究显示，当恶性肿瘤在体内形成并发育时，其细胞在血液和尿液中会产生某种化学标记，这些化学物质随血液进入肺部，然后通过呼吸排出体外。这种以金纳米粒子作为基本探测单元的电子鼻，可“嗅出”与肺癌和慢性肾衰竭有关的化学标记分子而发现疾病。实验中，海克教授及其研究小组对实验鼠进行了研究，结果发现，在实验鼠呼出的27种挥发性有机物中，有5种物质可以作为检验肾病的化学标记。海克及其团队目前还在更多的志愿者身上开展测试，以考虑诸如饮食、酒精和基因等其他因素的影响。由于该项医疗创新在便捷性上的突破，研究人员声称，全面的临床试验也许没有必要等到医院万事俱备的时候。另外，他们还将使用可模拟癌细胞及健康呼气的“人工混合物”颗粒来检验该设备的精确度。他们下一步的研究重点是如何利用电子鼻区别不同类型的肾病及病变所处的不同阶段，同时进一步缩小探测装置的尺寸，最终使其做得像手机一样大小，为医务人员早期发现癌症和肾病提供一种低成本、简便易行的检测手段。英国帝国理工学院生物医学工程师托尼·卡斯认为，此项技术具有非常好的前景，但他对绕过临床试验的想法持保留意见。他告诫说，在现实生活中过于简单的癌症诊断蕴含着极大的危险。使用感应器阵列和化学计量等这些方法的特性本身就需要在真实病患的样本上进行复杂的评估。不过，该设备可以应用于早期监测患者的治疗，亦可用于排除在早期阶段与肺癌症状相似的其他疾病，如慢性阻塞性肺炎。据世界卫生组织调查，肺癌每年可导致130万人死亡，超过所有癌症相关死亡人数的1/4。在美国，有2600万成年人患慢性肾衰竭，另有数百万人因这种病的发病率上升而面临很大威胁。目前，检验肾病的方法以侵入式为主，且准确率较低；肾切片检查虽更加可靠，但容易造成感染和出血。使用这种新型电子鼻进行检测，不仅快捷方便，还可减轻患者的痛苦。通过在“挥发性有机化合物”和各种类型的肺癌之间建立关联，呼气检测法是一种经确认的、非侵人性方法。目前，此方法的缺陷是其需要使用诸如质谱仪和红外光谱等技术来搜集和分析样本。（秋雨）

文章来源：《化学工程师》 网址: http://www.hxgcszz.cn/qikandaodu/2020/0803/329.html