JILA开发新型呼吸分析平台，可提供实时疾病诊断
2021-10-08 14:54:02   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

美国实验天体物理联合研究所（英文：Joint Institute of Laboratory Astrophysics，简称JILA）开发的新型呼吸分析平台，利用增强型频率梳光谱及新型装置设计，可以同时检测多种生物标志物。

利用光学分析技术进行呼吸分析

JILA开发的呼吸分析是利用光学技术来检测呼出气体中的目标物质分子，这是一种潜在的有价值的健康监测及诊断途径。

该检测原理已应用于多种不同的医疗场景，包括体脂代谢分析、幽门螺杆菌感染诊断和癌症标志物检测。

据麦姆斯咨询报道，美国国家标准与技术研究院（NIST）和科罗拉多大学博尔德分校联合运营的研究机构JILA依托一个项目开发出一款新型呼吸分析平台，据称可以达到万亿分之一（ppt）级别的超高检测灵敏度。该研究成果发表在美国国家科学院院刊（PNAS）上，介绍了一种可以同时检测呼吸中多种物质分子的方法。

该研究将使呼吸分析变得更容易获取并被广泛采用，据JILA称，当前阻碍该研究进展的挑战因素主要有两个：（1）处理微量气相分子的实验难度较高；（2）大规模临床研究相对匮乏。

目前应对这些挑战的动机之一是利用这项技术来追踪细菌和病毒感染性疾病。据JILA称，近期有三项研究表明，通过呼吸分析可以区分感染SARS-CoV-2的患者和受其它疾病影响的患者。

JILA的这个项目设计了新的平台，集成了光学涂层、光电探测器、频率梳等最新技术成果，尤其是频率梳，其相干激光输出是由一系列离散、等间距的梳状频谱线组成的。

在分析气体样品时，腔增强直接频率梳光谱（CE-DFCS）的高反射率镜腔结构会增强光与样品之间的相互作用，频率梳可以结合宽光谱范围和精细分辨率来实现呼吸分析。

同时检测多个生物标志物

除了专用的光电探测器，该项目还调整了CE-DFCS平台，将分析光谱从近红外波段转移到中红外波段，在中红外波段可以实现更多物质分子吸收光谱分析。

在初期试验中，该项目研发的呼吸分析平台同时监测了志愿者呼吸中的四种生物标志物：甲醇、甲烷、水、重水（或HDO）。这些都是人体健康状况的指标，例如检测出甲烷的话，则意味着肠道可能有问题。

“使用该呼吸分析平台还可以检测其它六种化学物质：甲醛、乙烷、硫化羰、乙烯、二硫化碳和氨。”JILA团队成员评论道，“此外，将梳状激光器进一步扩展到中红外波段将会大大增强检测能力，并能够识别数百种微量呼吸化学物质。”

JILA叶军（Jun Ye）院士表示，对呼吸分析仪而言，能够同时检测多种化学物质是一项关键优势。他指出，JILA是唯一一家发表频率梳呼气分析研究的机构。美国FDA批准的大多数光学呼吸检测仪仅能检测一种化学物质，而呼气研究中使用最广泛的分析技术通常是气相色谱法和质谱法，它们可以检测数百种分子，但需要几十分钟才能完成。

在未来的工作中，JILA团队工程师将致力于设计出更紧凑的光学呼吸分析仪。在目前的平台上，管道仅有55厘米长，但激光梳是定制的并且略显笨重。

JILA叶军院士表示：“我们非常看好这项呼吸分析技术的前景，并致力于将该技术推向真正的医疗应用领域。”

延伸阅读：

《环境气体传感器技术及市场趋势-2020版》

培训推荐：

第37期“见微知著”培训课程：气体传感与检测技术