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辽宁大连物化所气体检测新技术获国家仪器专项资助

2016-10-19

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  【 仪表研发】近日,中国科学院大连化学物理研究所快速分离与检测研究组李海洋研究团队成功研发了一种高通量呼出气体检测的新技术和新设备,相关研究成果发表在美国化学会《分析化学》(Analytical Chemistry,DOI:10.1021/acs.analchem.6b01707)上。

  
  人体新陈代谢的部分产物由血液运送至肺部,在肺泡通过气体交换出现在呼出气体中。呼出气体反映了机体的代谢和病理状况,一些物质甚至可能成为某种疾病的生物标记物,如:烷烃类是氧化应激的标志物、丙酮是糖尿病的生物标志物。近年来,在气道慢性炎症、肺癌、肺结核、肠病、肝硬化、乳腺癌、胃管-食管癌等疾病中利用呼出气体检测来寻找特异性标志物的研究越来越多,国际上为此成立了专门的呼出气研究协会(International Association of Breath Research,IABR),并出版了呼出气体检测的专业性杂志“Journal of Breath Research”。
  
  李海洋研究团队利用高气压下的真空紫外灯(VUV)光电离结合飞行时间质谱技术(HPPI-TOFMS)分析人体呼出气,在1分钟的采样时间内实现了对人体呼出气中丙酮、异戊二烯、二甲基硫、乙醇、乙酸等物质的高灵敏检测。在100%相对湿度条件下,该方法能够实现浓度低至几十pptV挥发性有机物(VOCs)的直接在线检测,且对苯系物、呋喃类、含硫和含氮化合物具有超高的灵敏度和选择性,这在污染暴露分析、职业病防治等领域具有重要的应用前景。相对于其它呼出气检测方法,该技术的最大优势在于受湿度干扰小,特别是针对相对湿度高达100%的呼出气检测这一大难点,成功消除了各种除湿方法不可避免会造成衡量待测物损失的不足。
  
  近年来,李海洋研究团队始终关注呼出气体检测的新技术和新方法研究:开拓了将离子迁移谱(IMS)技术应用于麻醉剂分析检测的“动态-稀释新方法”,并受到国际学术界同行的认可,被评为2015年J. Breath Res.杂志highlights文章(J. Breath Res. DOI:10.1088/1752-7155/9/1/016002)。IMS技术上的不断成熟推进了其在临床实践的应用,通过与哈尔滨医科大学第一附属医院合作,成功将IMS仪器应用于手术过程中病人呼出气体中麻醉剂丙泊酚的在线监测,为精准麻醉提供了重要保证。此外,该研究团队还应用IMS技术实现了重要的呼吸道炎症生物标志物NO的高灵敏检测(J. Breath Res. DOI: 10.1088/1752-7155/9/1/016003),与常规的化学发光和电化学传感器技术相比,IMS用于NO分析具有简单、快速的优势。
  
  呼出气体检测具有非侵入性、无损伤、取样方便、可连续采样等优势,是分析化学和医学领域的新课题,仍需探索更多更新的分析仪器和分析方法。HPPI-TOFMS应用于人体呼出气分析,简单、快速、无需任何前处理,有望成为一种高通量的疾病筛查工具,并可用于临床上大数据样本分析,而且低成本、高通量、大样本数据的积累有利于发现新的疾病生物标志物。
  
  上述研究工作得到了国家重大科学仪器设备开发专项、国家“863”计划和国家自然科学基金的资助。
  
  (原标题:大连化物所发明高通量呼出气体分析检测新方法和新设备)


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