人体呼出气分析的技术进展及其在非侵入式医学诊断方面的临床应用前景

人体呼出气被视为血液顶空气体,通过肺泡交换排出体外,可在一定程度上反映人体的内源代谢情况。近些年,随着医学诊断无损化的不断发展,呼出气分析由于其无创性,无痛性,便捷性,具有临床疾病早期诊断与大规模筛查的潜力,受到越来越多的关注。研究表明,呼出气中包含的挥发性有机化合物和人体的疾病代谢状态密切相关,如丙酮与糖尿病,醛类物质与乳腺癌,烷烃类与氧化应激水平等。现代分析方法(如气相色谱、质谱、光谱、传感器等)对呼出气中上千种痕量组分的定性定量分析,使得呼出气分析成为可能。此文总结了呼出气分析的技术发展:样品采集手段,预富集技术和定性定量分析技术。评价了呼出气生物标识物在糖尿病,乳腺癌,以及肺癌等疾病中的临床诊断前景。最后讨论了呼出气分析的技术在国内的发展现状及其面临的主要问题。     

基于呼出气挥发性有机物检测的肺癌筛查技术研究进展

肺癌已成为当前全球发病率和死亡率最高的癌症.早期肺癌的治愈率高,"早诊早治"已成为共识.呼出气检测具有非侵入性、取样方便且对人体友好的优势,通过对呼出气中特征代谢物的检测,寻找早期肺癌的疾病标志物,有望作为一种简单有效的早期肺癌筛查手段而备受关注.本文从临床常用肺癌筛查方法、呼出气组分及肺癌标志性挥发性有机物(VOCs...     

人体呼出气中挥发性有机化合物的检测方法

呼出气检测作为一种潜在的新型临床检测手段受到广泛关注。本文详细综述了人体呼出气中挥发性有机化合物(VOCs)的各类检测方法和技术,分别对色谱法、质谱法和光谱及传感器法的原理、特点和最新研究进展进行了介绍,对照总结了目前已确定的异戊二烯、丙酮等疾病生物标志物的各种分析方法和实测数据,并展望了未来的研究动向。     

二次纳流电喷雾电离耦合超高分辨质谱检测人体呼出气中相对高分子量化合物

二次电喷雾电离源耦合超高分辨质谱(SESI-UHRMS)有望检出人体呼出气中分子量大于300的相对高分子量化合物,这些化合物的发现将有助于更准确地理解呼出气中挥发性有机化合物(VOCs)的来源、产生机制以及SESI源电离机理,更好地实现SESI-UHRMS的转化应用.本研究自组装nanoSESI源(尚无商业产品)耦合四极杆-静电场轨道阱质谱(最高质量分辨率1.2×10~5),考察了该装置对健康人体呼出气中分子量为300~500化合物的检出情况.结果表明,所搭建的nanoSESI-UHRMS装置检测人体呼出气的重现性好、灵敏度高,可检出数十种分子量为300~500的化合物.根据这些化合物在单次呼气过程中信号强度随时间变化的趋势,推断其来源分别为内源性和外源性;各化合物的元素组成主要包括C,H,N和O,环-双键当量(RDB)的均值为(4.5±3.1),表明检出的化合物可能为醛酮或不饱和脂肪酸,容易在SESI源中被电离.本研究初步验证了自组建nanoSESI-UHRMS检测人体呼出气中相对高分子量化合物的可行性,为后续进一步开展方法应用奠定了基础.     

冷凝收集-离子色谱法测定呼出气中的有机酸和阴离子

建立了一种非侵入式冷凝收集-离子色谱方法测定人体呼出气中乳酸、甲酸、乙酸、丙酮酸、Cl^-、NO₂^-、NO₃^-、SO₄^2-。搭建自制呼出气冷凝装置,该装置包括吹气口、与吹气口相连的单向阀和流量计、置于半导体冷凝装置中的冷阱以及一次性冷凝收集管。通过呼出气冷凝装置对人体呼出气进行收集,利用离子色谱对冷凝液(EBC)中有机酸和阴离子的含量进行检测。优化采集冷阱温度和采集流量,得到冷阱最佳冷凝温度为-15℃,呼气流量为15 L/min。采用1.5 mmol/L碳酸钠和3 mmol/L碳酸氢钠混合溶液作为流动相,泵流速为0.8 mL/min,分析柱为IC-SA3 (250 mm×4.0 mm),柱温为45℃。8种有机酸和阴离子的线性范围均为0.1～10.0 mg/L,相关系数均≥0.999 3。在进样量为100μL时,方法的检出限为0.001 7～0.015 0 mg/L(S/N=3),定量限为0.005 7～0.050 0 mg/L(S/N=...     

燃料电池型酒精检测仪

燃料电池型酒精检测仪是根据电池工作原理检查人体呼出气中的酒精含量,再换算成人体血液中的酒精含量,为检测驾驶员酒后开车、人体酒精中毒提供了一种简便、定量的手段。     

稀土储氢合金在有机氢化物中的吸氢行为和吸氢热力学性能

研究了富镧混合稀土－镍储氢合金（MlNi5)与有机化合物（C6H6）组成的浆液体系的吸氢行为和吸氢热力学性能。测定了不同温度（10，20，30，40℃）下两个不同系统的吸氢压力－成分等温（PCT）曲线，并分别计算出气固系统和气固液系统吸氢反应的热力学函数值ΔH,ΔS。     

气敏新材料MXenes在呼出气体传感器中的应用

电子鼻结合人工智能对呼出气进行检测、分析和识别已成为非侵入性医疗检测领域的研究热点.然而,目前已报道的气体传感材料尚不能同时满足高灵敏度、高选择性和稳定的室温检测,阻碍了气体传感器在医疗健康领域的应用及发展,寻找合适的传感材料具有重要的意义和挑战.新型二维层状纳米材料MXenes具有种类多、比表面积大、导电性能强、表面...     

基于单颗粒气溶胶质谱的人体呼出颗粒物粒径分布与化学成分的分析方法研究

人体呼出气中内源性颗粒物和外源性颗粒物的粒径和化学成分信息可为肺部疾病诊断、环境暴露评价等研究提供参考。该文初步考察了单颗粒气溶胶质谱(Single particle aerosol mass spectrometry,SPAMS)同时获取人体呼出气中颗粒物(Exhaled breath particles,EBPs)粒径分布和化学成分的可行性。结果表明,健康成人的EBPs数浓度为227~1 043个/L,获取具有统计意义的粒径分布所需的EBPs检出限为2 500个颗粒物,粒径范围为200~1 000 nm,峰值出现在460 nm。与环境空气颗粒物的粒径分布相比,EBPs更多分布在200~300 nm和440~660 nm,从化学成分来看,这两段粒径范围内的EBPs含有更多的碳元素,不易在体内发生吸湿增长,提高了被呼出的概率。EBPs的化学成分可能反映内源性颗粒物和外源性颗粒物组成,如HSO_4~-、PO_3~-、CN~-、CNO~-和C_xH_yO_z~+(x=1~3,y=1~7,z=1~3)可能与内源性颗粒物中的蛋白含量、磷酸酯酰甘油等成分有关,碳簇峰C_3~-、C_4~-、C~+、C_3~+、C_3H~+和C_4~+推测与外源性颗粒物中的碳元素有关。     

NEWS

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等。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。     

柔性印刷可穿戴电化学传感器

实现对人体的健康监测和慢性病监测是包括材料科学、信息技术、电子技术、分析化学等科学领域在内的世界前沿课题。通过连续获取温度、压力、应力等物理信号来实现对人体活动情况和心率、血压、脑电图、心电图等实时监测的可穿戴设备已实现商业化,但连续监测人体体液、呼出气中的各类化学物质的可穿戴传感器仍面临许多问题,比如传感器的柔韧性、灵敏度、准确性以及与人体皮肤的贴合性等。针对这些问题,本文以柔性印刷技术为出发点,综述了各类柔性基底在电化学传感器/生物传感器领域的应用,同时对可穿戴传感器的发展方向提出了建议。     

毛细管抑制浮子波动

用流动法测定合成氨反应平衡常数,在用稀硫酸吸收NH_3气时,随着出气管口气泡的产生和破裂,氮气和氢气转子流量计的浮子会发生很大的上下波动。如果出气管口在稀硫酸中插得稍微深一点,氮气转子流量计的浮子甚至会沉到底部去,出气量便明显地减少。这样就容易给实验带来较大的误差。     

小儿哮喘患者呼出气冷凝液代谢组学研究

利用气相色谱-质谱联用法(GC-MS/MS)对小儿哮喘患者(Childhood asthma)和健康儿童(Healthy control)的呼出气冷凝液(Exhaled breath condensate,EBC)进行分析,寻找小儿哮喘患者EBC中的潜在标记物,为其发病机制及早期筛查提供科学依据。收集了21例小儿哮喘患者(年龄(8.2±1.6)岁)及17例健康儿童(年龄(8.1±1.3)岁)的EBC样本,采用GC-MS/MS获得化学成分的全扫描数据,通过主成分分析法对两组代谢物进行聚类分析,使用Metaboanalyst 3.0归属涉及的代谢通路。结果表明,小儿哮喘组和正常组EBC代谢图谱能很好地区分,鉴定了8个差异表达物可作为潜在的内源性生物标记物,提示淀粉和蔗糖代谢、赖氨酸降解、氨基糖核苷酸糖代谢、苯丙氨酸代谢可能在小儿哮喘发生发展过程中发挥重要作用。     

金属间化合物的阴极贮氢和催化作用

一、概述氢的贮存是开发氢能源中的重大研究课题之一。近年来通过各国科学家的努力工作,特别是Zijlstra、Van Vucht等人相继发现了具有可逆贮氢性能的金属间化合物之后,出现了把氢气固化贮存的新方法。所谓固化法贮氢,就是利用某些金属简化合物能与氢形成不太稳定的氢化物,这就犹如把气态氢变成了固态氢,因之而达到安全贮运氢的目的。例如经过活化     

基于呼气中特异性VOCs筛查的肺癌早期诊断与模型评估

采用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）检测了180例受试者的呼出气样品,包括79名肺癌患者和101名健康志愿者。每个受试者采集3个平行样品,以及1个室内空气样品。对所有呼气样品中检测的92种挥发性有机物（VOCs）进行定量分析。结合Mann-Whitney检验和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）模型筛选出10种肺癌患者呼气特异性VOCs,包括苯甲醛、顺式-2-丁烯、2-丁酮、萘、乙酸乙烯酯、乙烯、2,2,4-三甲基戊烷、3-甲基戊烷、己醛和2-甲基戊烷。利用统计学方法研究其在不同人群中的代谢差异和可能相关的代谢机制,通过建立机器学习模型验证候选标志物对疾病的诊断性能,结果显示,随机森林模型诊断的准确度、精准率、灵敏度和特异性分别为96.25%、96.21%、95.76%、96.67%,马修斯相关系数（MCC）为0.93,曲线下面积为0.96。上述10种化合物可作为肺癌患者的潜在呼气VOCs标志物,为肺癌的早期诊断提供了丰富的基础数据。     

《化学通报》网络版(Chemistry Online)2002年第6期论文摘要

[Ｗ 0 41 ]苄基型醇催化氢解反应ＣａｔａｌｙｔｉｃＨｙｄｒｏｇｅｎｏｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＢｅｎｚｙｌ ｔｙｐｅＡｌｃｏｈｏｌｓ刘晓晖　王新宏　卢冠忠 (华东理工大学工业催化研究所　上海　 2 0 0 2 3 7)简要介绍了苄基型醇催化氢解的方法、催化剂和催化反应的机理。内容包括了用分子氢催化氢解反应 ,取代基团、溶剂及卤代芳烃等因素对直接催化氢解反应的影响 ;用非分子氢的催化转移氢解反应 ,非分子氢氢源给氢能力的强弱 ;有机电化学在醇氢解文献的应用等。Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓ,ｃａｔａｌｙｓｔｓａｎｄｒｅａｃｔｉｏｎｍｅｃｈ…     

供氢剂与分散型催化剂协同作用的研究

以辽河渣油为原料,四氢萘为供氢剂,二烷基二硫代氨基甲酸钼为油溶性催化剂在高压釜中进行裂化反应,比较了临氢裂化,临氢供氢裂化,催化加氢裂化以及供氢剂与分散型催化剂共同存在下的加氢裂化,在同样生焦量的情况下,渣油裂化转化率的顺序为：临氢催化供氢过程＞临氢催化过程＞临氢供氢过程＞临氢过程,同时发现供氢剂与分散型催化剂在渣油加氢裂化过程中具有协同作用,与单独使用分散型催化剂的改质反应相比,供氢剂的协同作用不但可以在低转化率下延迟生焦诱导期,提高渣油生焦前的最大转化率,而且在高转化率下对渣油的缩合反应有更大的抑制作用。由420－440℃四集总表观动力学模型计算出的动力学速率常数和活化能表明,供氢剂与分散型催化剂产生的协同作用提高了沥青质和焦生成的活化能,极大地抑制了沥青质和焦生成 速率,而对可溶质生成馏分油的裂化反应的抑制作用很小。     

饱和烃热裂化夺氢氢转移能力研究

研究了在热反应条件下石油渣油中饱和烃夺氢氢转移能力的测定方法和结果。饱和烃受热生成的自由基可从氢化芳烃四氢萘夺取活泼氢,由此可测定不同饱和烃的夺氢能力。研究结果表明,饱和烃可剧烈裂化而具有较强的夺氢能力,且这种夺氢能力随反应条件苛刻度增大而增强,对于正构烷烃或石蜡系列,其夺氢能力随分子量增大而增强,而对于不同来源石油渣油的饱和分,其夺氢能力的差别不大。沥青质的存在可诱导饱和烃剧烈裂化,增大饱和烃的夺氢能力。     

用电化学测氢法研究稀土对变形铝及Al-Zn-Mg合金氢含量的影响

铝及铝合金有强烈的吸氢特性,这一直是铝合金冶金中的一大难题。近年来不少冶金工作者证实,在熔融状态下的工业纯铝、Al-Si、Al-Cu合金中添加稀土对氢含量有影响。但至今未见有关室温下稀土对变形铝合金中氢含量影响的报道。本文采用电化学测氢法,准确测定了室温下金属中氢含量和氢行为的特点,研究了室温下工业纯铝和     

LaNi5合金的吸氢动力学

研究了LaNi_5-H体系的吸氢反应动力学。在吸放氢可逆反应同时考虑的情况下, 求得了速度方程的解析解。在α相区20—50 ℃的温度范围内, 吸氢速度常数k_α为0.08—0.41 s~(-1); 脱氢速度常数k_d为4.8—25 MPa·s~(-1)。吸氢反应的表观活化能E_α为35 kJ(mol H_2)~(-1)。在α+β相区的吸氢较α相区慢得多。起始阶段吸氢速度对氢压为一级, 反应受氢化物表面上氢分子解离控制。随着吸氢反应深度的增大, 吸氢速度变为固相中的界面反应控制。速度常数受温度的影响很小。α+β相区的压力平台前半段和后半段有着不同的吸氢速度。