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“闻”呼吸,测疾病!中国学者提出基于挥发组学的“机器鼻”,让通过呼吸检测各种疾病成为可能

当我们在闻到花香、美食或腐败物质等一系列气味时,鼻子就会与一些有机化合物接触。由于这些化学物质的沸点很低,因此非常容易挥发,故名 挥发性有机化合物 (VOC)。

每个生物体都会释放VOC,无论是有意还是无意。这是一种进化上的保守行为,目的是为了防御、交流,以及繁殖。除此之外,身体还会在生病时释放VOC。

人类的鼻子可以闻到的所有挥发性代谢物被称为“气味指纹”,而气味指纹的改变与疾病的关系早在中国古代医学中就有过详实的记载。

随着人工智能的快速发展,将VOC作为检测疾病的生物标志物越来越引起科学家们的兴趣。因此,仅通过“闻一闻”患者的呼吸就能检测出潜在疾病的机器鼻可能会在不久的将来问世。

2022年6月29日,发表在 《Nano Rearch》 上的一篇综述中,来自中国科学院过程工程研究所、中山大学附属第八医院、浙江大学医学院和西安电子科技大学等机构的研究人员提出了一种基于挥发组学的检测技术,即通过分析人的呼吸、汗水和眼泪中的化学成分来检测疾病的新技术。研究人员表示,这些化学物质可以作为数千种疾病的“指纹”。

随着各种疾病日益挑战着人类健康和生活质量,及早发现身体问题可以在最大程度上改善健康结果。近年来,从患者身上散发出的特殊气味被认为是一个潜在的标志物家族,可以用于疾病的诊断与筛查。这一概念被称为“volatolomics”。

研究人员指出,这些化合物的释放在个体的生物过程中都是独一无二的,从而产生了一个VOC指纹,可以将它们与某些疾病联系在一起。

对于医生来说,挥发组学带来了一种在疾病发展早期发现疾病的方法。对于像癌症这样的疾病来说尤为重要,因为癌症在扩散到全身之前更容易治疗。

虽然挥发组学是一个相对较新的领域,但研究人员表示,通过闻一个人的呼吸来发现疾病的概念实际上可以追溯到中国古代医生扁鹊和古希腊医生希波克拉底时期。

最近,科学家们已识别出数千种VOC的特征,但在50年前,还没有用于处理这些信息的技术。

现在,机器学习和人工智能使研究人员可以利用所有这些信息。同时,像“eNose”这样的纳米材料传感器可以准确地识别来自食品、饮料、污染物和人类的“指纹”。

该研究共同通讯作者、浙江大学肿瘤研究中心钱云博士说:“这一领域虽然很新,但它吸引了许多领域的研究人员,包括化学、电气工程、计算机科学、材料科学,当然还有每天与患者打交道的临床医生。但他们各自使用不同的方法和不同的术语。因此,我们从这些不同学科中召集了一批学者,共同撰写了这篇全面的综述论文,希望这篇文章能成为沟通彼此在这一广阔领域专业知识的桥梁。”

在这篇综述中,研究人员首先总结了所有与身体疾病有关的挥发性有机化合物(VOC)。然后 ,他们分析了先进的“电子鼻”和“光子鼻”等VOC检测设备仍然面临的挑战。

作者们指出,这项技术从离开实验室到成为可供医生和消费者使用的商业产品还有几步之遥。他们希望这篇综述突出了科学家仍需要填补的所有空白,特别是在这项技术成为现实之前,还需要开发更好的VOC吸收材料、选择性传感材料、先进的传感器结构以及智能数据处理方法等。

论文链接:

https://doi.org/10.1007/s12274-022-4459-3

posted @ 22-09-13 02:39 作者:admin 点击量:
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