《電子技術(shù)應(yīng)用》
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電子鼻技術(shù)檢測人呼出氣揮發(fā)性有機物的研究進展
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)性有機化合物（Volatile Organic Compounds， VOCs）不僅存在于人類生活環(huán)境中，也會在人體代謝過程中產(chǎn)生，人體產(chǎn)生的VOCs的種類和峰度與人體健康和疾病狀態(tài)密切相關(guān)。近年來，通過無創(chuàng)檢測的方式分析人體呼出氣中VOCs的組分和濃度可以用來指示人體健康狀態(tài)，在臨床診斷和健康監(jiān)測領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。綜述了呼出氣VOCs的臨床檢測應(yīng)用價值和常見檢測方法，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檢測帶來的革命性進展，為呼出氣VOCs的高靈敏、高通量、智能化檢測帶來了更多可能。
中圖分類號：R446.1；TP212.3；R-05
文獻標(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)檢測人呼出氣揮發(fā)性有機物的研究進展[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)性有機化合物（Volatile Organic Compounds, VOCs）不僅存在于人類生活環(huán)境中，也可由生命體代謝活動產(chǎn)生。人類呼出氣中的VOCs種類、含量雖然在個體之間存在差異，但某些烴類、烴類衍生物、苯衍生物的異常變化被報道可作為信號用于區(qū)分疾病和健康狀態(tài)，或指示機體代謝狀態(tài)。本文綜述了呼出氣VOCs檢測在指示人類健康狀態(tài)應(yīng)用領(lǐng)域的意義、方法和最新技術(shù)進展，詳細(xì)介紹了新型電子鼻技術(shù)在VOCs臨床檢測應(yīng)用的若干實例。

1　研究背景

1.1　VOCs的種類

據(jù)世界衛(wèi)生組織的定義，VOCs指常溫下沸點界于50℃~260℃之間的各種有機化合物。VOCs可存在于人類生活環(huán)境中，也可由生命體生理代謝活動產(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。在人呼出氣中檢測出的VOCs種類數(shù)量關(guān)系為烴類>呋喃、醚類>含氮有機物>酮類>醇類>酯類>含鹵素有機物>醛類>含硫有機物>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)源性兩部分：外源性VOCs來自環(huán)境，通過呼吸道或消化道等途徑進入人體；內(nèi)源性VOCs可以是人體或病原體代謝過程的產(chǎn)物，也可以是宿主對感染或炎癥等過程的病理反應(yīng)性產(chǎn)物。呼出氣檢測技術(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)等進行疾病早篩、指示機體代謝狀態(tài)具有較高的可靠性。同時人呼出氣中VOCs種類、含量在個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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