人體呼出氣體中含有上千種痕量級（ppbv~pptv）的可揮發(fā)性有機化合物（VOC），通過(guò)尋找與疾病代謝高度相關(guān)的呼出氣生物標志物進(jìn)行疾病的篩查和診斷，有助于重大疾病或癌癥的早期發(fā)現和早期治療，如肺癌、胃癌、結腸癌、乳腺癌、糖尿病、帕金森病等。

圖片來(lái)源：Owlstonemedical.com

呼吸氣的來(lái)源

呼出氣VOC被分為內源性和外源性?xún)纱箢?lèi)。內源性 VOC 是由機體生理代謝過(guò)程，也可以是疾病感染的病理反應等所產(chǎn)生的揮發(fā)性代謝物，其通過(guò)血液循環(huán)和肺泡交換并呈現在肺泡氣中，其能反應疾?。ㄈ绶伟┑龋┑漠惓４x情況。而外源性 VOC 主要由環(huán)境污染或食物等外部來(lái)源進(jìn)入呼吸道內，在呼吸研究中這部分的氣體需要將其排除分析干擾，一般存在于混合氣中。

呼吸氣研究的可靠性

呼吸氣分析應避免環(huán)境VOC的污染，盡可能只采集肺泡氣。人體的呼出混合氣包括來(lái)自上呼吸道的150 ml死腔氣和來(lái)自肺泡深處的350 ml肺泡氣。由于肺泡氣中外源性污染物濃度較低，其內源性VOC的濃度比混合呼出氣高2~3倍，因此，通過(guò)控制對不同呼吸階段的采樣，不僅可以提高呼氣分析的可靠性，還可以幫助確定呼氣生物標志物的來(lái)源。

那么如何確保采集到肺泡氣，實(shí)現對呼吸過(guò)程進(jìn)行控制采樣呢？

Sampling Case氣體采樣器

德祥旗下自研品牌英諾德INNOTEG儀器——Sampling Case-B呼吸氣采樣器內置二氧化碳傳感器，可自動(dòng)識別呼吸的各個(gè)階段和呼吸周期，通過(guò)監控呼吸周期中二氧化碳濃度，有效識別不同的呼吸階段，確保所采集的呼吸氣完全來(lái)自肺泡。

圖1：不同呼吸階段的二氧化碳分壓值

圖來(lái)源：Elsevier Science & Technology Journals（2004）

所以，控制呼吸中的二氧化碳濃度是呼吸采樣的關(guān)鍵。

呼吸氣檢測作為一種非侵入性的分子生物標識物診斷技術(shù)，且樣本容易獲得，并可通過(guò)便攜式儀器實(shí)現疾病的快速采樣，具有安全、易操作、高敏感性、低干擾等優(yōu)點(diǎn)，被認為是最具潛力的無(wú)創(chuàng )性癌癥檢測技術(shù)之一。

呼吸氣分析難點(diǎn)

近年來(lái)，雖然呼吸與疾病相關(guān)研究受到全球越來(lái)越多的醫療機構和研究機構的關(guān)注，但在呼吸研究中仍然存在不少分析難點(diǎn)。

01 濃度低

呼出氣中VOCs的濃度極低，依賴(lài)于前處理富集和分析設備的高分辨率、高精度、高靈敏度。

02 侵入式采樣

有些疾病的診斷方法需要侵入性取樣才能確診，如惡性胸膜間皮瘤和肺部感染性疾病，這些診斷手段往往是有創(chuàng )的，不僅需要專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗室和技術(shù)，而且侵入式的采樣方法會(huì )影響患者的安全性。

03 雜質(zhì)干擾

重要的生物標記物往往因為濃度低，而被復雜的呼吸氣基質(zhì)干擾所淹沒(méi)。目前大多數前處理方法均對呼吸混合氣進(jìn)行采樣，混合氣樣本極其容易受到口腔、外部環(huán)境吸入等外源性污染物干擾。

04 與容器表面相互作用

大多數的前處理方法是將呼吸氣收集到一次性Tedlar采樣袋或者玻璃容器中，再富集到SPME fiber或者TD熱脫附管里，這會(huì )導致呼吸氣中與其表面相互作用或反應，結果受到干擾。

英諾德INNOTEG高效解決方案

針對以上難題，英諾德INNOTEG提出高效的解決方案，Sampling Case-B呼吸氣體采樣器和Needle Trap動(dòng)態(tài)捕集針技術(shù)（也稱(chēng)NTD）的結合，可以解決上述難題。

圖2：SC-B呼吸采樣原理圖

SC-B采樣前，設置CO2閾值用于區分呼吸周期的死腔氣和肺泡期。一旦超過(guò)閾值(一般設定為4kpa)，閥門(mén)將會(huì )自動(dòng)打開(kāi)，呼出的肺泡氣將被自動(dòng)預濃縮到Needle trap動(dòng)態(tài)捕集針中，采樣結束后通過(guò)GC-MS氣相色譜質(zhì)譜儀進(jìn)行分析。Sampling case-B呼吸氣采樣器可直接在護理點(diǎn)進(jìn)行肺泡氣采樣，無(wú)需任何額外的采樣步驟。

圖3：Sampling Case-B呼吸氣體采樣器和Needle Trap動(dòng)態(tài)捕集針技術(shù)結合

技術(shù)優(yōu)勢

• 靈敏度高

                只需要少量的少量（20-100ml）樣品，即可達到儀器靈敏度，Needle trap技術(shù)將為pptV–ppbV濃度范圍內的VOCs提供極好的結果。

• 非侵入式取樣

                無(wú)需對患者進(jìn)行有創(chuàng )的采樣，有效，可靠的采樣方式，在臨床應用中有著(zhù)巨大的潛力。

• 快速、安全

                由于Needle trap技術(shù)的小型化設計，僅需少量樣品，采樣時(shí)間短，對患者影響小，實(shí)現快速安全分析，如采集50ml肺泡氣約3min內收集完。

• 儲存性能好

                和其他技術(shù)相比，NTD在運輸和儲存過(guò)程中的化合物損失顯著(zhù)減少，樣品的存儲和運輸簡(jiǎn)單、方便、安全。

參考文獻：

[1] 呼出氣分析與肺癌診斷的研究現狀及進(jìn)展,DOI:10.7507/1007-4848.202112078；

[2] 呼出氣揮發(fā)性有機物在肺部感染性疾病診斷中的研究進(jìn)展，DOI:10.19982/j.issn.1000-6621.20210693；

[3] Evaluation of needle trap micro-extraction and automatic alveolar sampling for point-of-care breath analysis；DOI: 10.1007/s00216-013-6781-9.

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英諾德INNOTEG

英諾德INNOTEG是德祥集團旗下自主研發(fā)品牌，專(zhuān)業(yè)從事科學(xué)儀器設備研發(fā)生產(chǎn)的高科技企業(yè)，是集實(shí)驗室設備研發(fā)生產(chǎn)、方法開(kāi)發(fā)、實(shí)驗室儀器銷(xiāo)售和技術(shù)服務(wù)為一體的專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家。

多年以來(lái)，英諾德INNOTEG致力于研發(fā)高效的實(shí)驗室創(chuàng )新設備。公司十分重視技術(shù)的研究和儲備，一直保持高比例研發(fā)投入，創(chuàng )建了一支由博士、碩士和行業(yè)專(zhuān)家等構成的經(jīng)驗豐富，技術(shù)精湛的研發(fā)團隊，在儀器分析技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展了頗有成效的研究開(kāi)發(fā)工作。此外，英諾德還與各大科研院所、高校合作，積極推進(jìn)科技成果項目的產(chǎn)業(yè)化。英諾德INNOTEG憑借強大的研發(fā)能力，注重前瞻性技術(shù)研發(fā)，已推出多款科學(xué)儀器設備及實(shí)驗室耗材產(chǎn)品。

德祥科技

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30多年來(lái)，德祥一直深耕于科學(xué)儀器行業(yè)，主營(yíng)產(chǎn)品有實(shí)驗室分析儀器、工業(yè)檢測儀器及過(guò)程控制設備，致力于為新老客戶(hù)提供更完善的解決方案。公司業(yè)務(wù)包含儀器代理，維修售后，實(shí)驗室咨詢(xún)與規劃，CRO凍干工藝開(kāi)發(fā)服務(wù)以及自主產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、售后。與高校、科研院所、政府機構、檢驗機構及知名企業(yè)保持密切合作，服務(wù)客戶(hù)覆蓋制藥、醫療、商業(yè)實(shí)驗室、工業(yè)、環(huán)保、石化、食品飲料和電子等各個(gè)行業(yè)及領(lǐng)域。

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