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電子鼻技術(shù)檢測(cè)人呼出氣揮發(fā)性有機(jī)物的研究進(jìn)展

電子技術(shù)應(yīng)用 2023年3期

陳雨璐，張丞源，鄭雨澄，徐可

（武漢大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430072）

摘要： 揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds， VOCs）不僅存在于人類(lèi)生活環(huán)境中，也會(huì)在人體代謝過(guò)程中產(chǎn)生，人體產(chǎn)生的VOCs的種類(lèi)和峰度與人體健康和疾病狀態(tài)密切相關(guān)。近年來(lái)，通過(guò)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)的方式分析人體呼出氣中VOCs的組分和濃度可以用來(lái)指示人體健康狀態(tài)，在臨床診斷和健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。綜述了呼出氣VOCs的臨床檢測(cè)應(yīng)用價(jià)值和常見(jiàn)檢測(cè)方法，描述了各種方法的利弊。詳細(xì)闡述了新型電子鼻技術(shù)給呼出氣VOCs檢測(cè)帶來(lái)的革命性進(jìn)展，為呼出氣VOCs的高靈敏、高通量、智能化檢測(cè)帶來(lái)了更多可能。

關(guān)鍵詞： 揮發(fā)性有機(jī)化合物呼出氣分析疾病診斷電子鼻

中圖分類(lèi)號(hào)：R446.1；TP212.3；R-05
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223587
中文引用格式： 陳雨璐，張丞源，鄭雨澄，等. 電子鼻技術(shù)檢測(cè)人呼出氣揮發(fā)性有機(jī)物的研究進(jìn)展[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(3)：2-10.
英文引用格式： Chen Yulu，Zhang Chengyuan，Zheng Yucheng，et al. Research progress of electronic nose in detecting volatile organic compounds in human exhaled breath[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(3)：2-10.

Research progress of electronic nose in detecting volatile organic compounds in human exhaled breath

Chen Yulu，Zhang Chengyuan，Zheng Yucheng，Xu Ke

(College of Life Sciences， Wuhan University， Wuhan 430072， China)

Abstract： Volatile Organic Compounds (VOCs) are not only present in the human living conditions, but also can be produced in the process of human metabolism. The types and kurtosis of VOCs produced by the human body are closely related to human health and disease status. In recent years, analyzing VOCs components and concentration in human exhaled breath through non-invasive detection can be used to indicate human health status, which has been widely concerned in the field of clinical diagnosis and health monitoring. This paper reviews the clinical application value and common detection methods of exhaled VOCs, and elucidates pros and cons of each method . In this paper, the revolutionary progress brought by the new electronic nose technology to the detection of exhaled VOCs is described, which brings more possibilities for the high sensitivity, high throughput and intelligent detection of exhaled VOCs.

Key words : volatile organic compounds；exhaled breath analysis；disease diagnosis；electronic nose

0　引言

揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）不僅存在于人類(lèi)生活環(huán)境中，也可由生命體代謝活動(dòng)產(chǎn)生。人類(lèi)呼出氣中的VOCs種類(lèi)、含量雖然在個(gè)體之間存在差異，但某些烴類(lèi)、烴類(lèi)衍生物、苯衍生物的異常變化被報(bào)道可作為信號(hào)用于區(qū)分疾病和健康狀態(tài)，或指示機(jī)體代謝狀態(tài)。本文綜述了呼出氣VOCs檢測(cè)在指示人類(lèi)健康狀態(tài)應(yīng)用領(lǐng)域的意義、方法和最新技術(shù)進(jìn)展，詳細(xì)介紹了新型電子鼻技術(shù)在VOCs臨床檢測(cè)應(yīng)用的若干實(shí)例。

1　研究背景

1.1　VOCs的種類(lèi)

據(jù)世界衛(wèi)生組織的定義，VOCs指常溫下沸點(diǎn)界于50℃~260℃之間的各種有機(jī)化合物。VOCs可存在于人類(lèi)生活環(huán)境中，也可由生命體生理代謝活動(dòng)產(chǎn)生，廣泛存在于人體代謝物（呼出氣體、糞便和尿液等）中。2014年，英國(guó)西英格蘭大學(xué)Costello等人首次從健康人群的呼出氣和其他體液中確定了1 840種VOCs，其中呼出氣中含有1 488種VOCs。在人呼出氣中檢測(cè)出的VOCs種類(lèi)數(shù)量關(guān)系為烴類(lèi)>呋喃、醚類(lèi)>含氮有機(jī)物>酮類(lèi)>醇類(lèi)>酯類(lèi)>含鹵素有機(jī)物>醛類(lèi)>含硫有機(jī)物>酸。呼出氣中含量最豐富的VOCs是異戊二烯和丙酮。呼出氣VOCs分為外源性和內(nèi)源性?xún)刹糠郑和庠葱訴OCs來(lái)自環(huán)境，通過(guò)呼吸道或消化道等途徑進(jìn)入人體；內(nèi)源性VOCs可以是人體或病原體代謝過(guò)程的產(chǎn)物，也可以是宿主對(duì)感染或炎癥等過(guò)程的病理反應(yīng)性產(chǎn)物。呼出氣檢測(cè)技術(shù)是疾病診斷的新方法，分析呼出氣的氣體組分，結(jié)合代謝組學(xué)技術(shù)等進(jìn)行疾病早篩、指示機(jī)體代謝狀態(tài)具有較高的可靠性。同時(shí)人呼出氣中VOCs種類(lèi)、含量在個(gè)體間存在一定的差異，亦受到性別、年齡、生活習(xí)慣以及生活環(huán)境等多因素的影響。

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作者信息：

陳雨璐，張丞源，鄭雨澄，徐可

（武漢大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430072）

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