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高灵敏！高精准！光谱式呼气分析仪研制获突破进展
2025年03月21日 14:39:38
来源：化工仪器网 作者：小梦 点击量：7340
中国科学院苏州生物医学工程技术研究所的姜琛昱研究员在光谱式呼气分析仪的研制方面取得了重要进展，完成了2000余例呼气样本高灵敏、高精准、实时在线检测。
在现代医学领域，呼气分析技术因其无创、便捷和快速的显著优势，日益受到广大科研工作者关注。就在近日，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所传来喜讯，研究所的姜琛昱研究员在光谱式呼气分析仪的研制方面取得了重要进展，为医疗领域的未来发展注入了新的活力。
呼气分析作为一个有着深厚历史底蕴的领域，其起源可追溯至中医“望、闻、问、切”中的“闻”诊以及古希腊医学。近年来，随着科学技术的不断发展，呼气分析技术得到了飞速提升，其在疾病诊断、病情监测等方面的应用前景愈发广阔。
据了解，到目前为止，科学家已发现人的呼出气体中含有2000多种挥发性有机物(VOCs)。这些VOCs与疾病及代谢异常密切相关，并经过碳-13同位素、一氧化氮、甲烷以及氢气等呼气标记物的检测，通过美国FDA认证应用于临床实践。然而，与目前已确定的2000多种VOCs相比，大量的呼气标记物缺乏与疾病及健康状态的相关性研究，成为呼气分析进入临床应用的重要难题。
为此，姜琛昱研究员及其团队一直致力于光谱式呼气分析仪的研究与开发。此次研究中，他们聚焦于光腔衰荡光谱技术(Cavity Ringdown Spectroscopy,CRDS)在呼气标记物高效数据获取方面的影响因素。通过深入系统地分析，他们发现该技术能够精准地捕捉到呼气中特定标记物的信息，为疾病的早期诊断提供了可能。
在实验过程中，研究人员将目光锁定重要的呼气标记物之一——丙酮。丙酮作为一种在人体呼气中存在且与多种生理病理状态相关的化合物，其浓度的变化往往能够反映出人体的健康状况。为了更高效地检测丙酮，团队自主设计了轻量压控谐振腔，并与新型多孔碳材料相结合，研制出CRDS呼出丙酮检测系统。这一创新的设计不仅提高了对丙酮的检测灵敏度，还解决了以往在呼气标记物检测中存在的一些技术难题。
实验结果表明，CRDS呼出丙酮检测系统衰荡信号测量的相对标准偏差0.12%。响应速度快，响应时间仅为1秒；丙酮的检测极限144 ppb，检测线性度0.99921。与检测“金标准”GC-MS的进行比较试验，相关系数为1.0025，仪器总质量小于5.0 Kg。各性能指标显著优于前期研究工作，并在运动管理、I型糖尿病监测和酮症诊断等临床代谢的相关应用中，完成了2000余例呼气样本高灵敏、高精准、实时在线检测。此次研究成果不仅展示了光腔衰荡光谱技术在呼气标记物高效数据获取中的潜力，还为未来的呼吸分析检测提供了新的思路和方法。
随着技术的不断成熟和完善，光谱式呼气分析仪有望在未来得到更广泛的推广和应用。这不仅将大大提升医疗诊断的效率和准确性，还将为广大患者带来更加便捷和舒适的体验。同时，它也将为医疗科技的发展开辟新的研究方向，推动整个行业的进步。
素材来源：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所
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