近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)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(fā)了一種高通量呼出氣體檢測的新技術(shù)和新設(shè)備，相關(guān)研究成果發(fā)表在美國化學(xué)會《分析化學(xué)》（Analytical Chemistry, DOI: 10.1021/acs.analchem.6b01707）上。
人體新陳代謝的部分產(chǎn)物由血液運送至肺部，在肺泡通過氣體交換出現(xiàn)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(zhì)甚至可能成為某種疾病的生物標(biāo)記物，如：烷烴類是氧化應(yīng)激的標(biāo)志物、丙酮是糖尿病的生物標(biāo)志物。近年來，在氣道慢性炎癥、肺癌、肺結(jié)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(biāo)志物的研究越來越多，上為此成立了專門的呼出氣研究協(xié)會（International Association of Breath Research，IABR），并出版了呼出氣體檢測的專業(yè)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(jié)合飛行時間質(zhì)譜技術(shù)（HPPI-TOFMS）分析人體呼出氣，在1分鐘的采樣時間內(nèi)實現(xiàn)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(zhì)的高靈敏檢測。在100%相對濕度條件下，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)濃度低至幾十pptV揮發(fā)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(yè)病防治等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。相對于其它呼出氣檢測方法，該技術(shù)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(guān)注呼出氣體檢測的新技術(shù)和新方法研究：開拓了將離子遷移譜（IMS）技術(shù)應(yīng)用于麻醉劑分析檢測的“動態(tài)-稀釋新方法”，并受到學(xué)術(shù)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(shù)上的不斷成熟推進了其在臨床實踐的應(yīng)用，通過與哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院合作，成功將IMS儀器應(yīng)用于手術(shù)過程中病人呼出氣體中麻醉劑丙泊酚的在線監(jiān)測，為麻醉提供了重要保證。此外，該研究團隊還應(yīng)用IMS技術(shù)實現(xiàn)了重要的呼吸道炎癥生物標(biāo)志物NO的高靈敏檢測（J. Breath Res. DOI: 10.1088/1752-7155/9/1/016003），與常規(guī)的化學(xué)發(fā)光和電化學(xué)傳感器技術(shù)相比，IMS用于NO分析具有簡單、快速的優(yōu)勢。
呼出氣體檢測具有非侵入性、無損傷、取樣方便、可連續(xù)采樣等優(yōu)勢，是分析化學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)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(yīng)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(shù)據(jù)樣本分析，而且低成本、高通量、大樣本數(shù)據(jù)的積累有利于發(fā)現(xiàn)新的疾病生物標(biāo)志物。
上述研究工作得到了國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項、國家“863”計劃和國家自然科學(xué)基金的資助。