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在未来或可使用测醉仪检测人类疾病

1123    2021-11-05    发布者:中国测试杂志社    来源:NIST 翻译:中国测试新闻中心

JILA的科学家们将他们使用了10年的频率梳式呼吸分析仪的灵敏度提高了1000倍,并可以检测额外的疾病生物标志物——现在的能力可以检测4种标志物,未来有可能达到6种。当经过验证并设计成便携式设计时,梳状系统可以提供对人体呼吸的实时、无创分析,以检测和监测疾病。JILA由美国国家标准与技术研究院(NIST)和科罗拉多大学博尔德分校联合运营。

NIST/JILA研究员Jun Ye和David Nesbitt发明了一种呼吸分析仪,通过测量激光频率梳在载入镜像玻璃管的呼吸样本中来回传递时所吸收的光的颜色和数量来识别疾病的生物标志物。

JILA系统通过测量激光频率梳在载入镜像玻璃管的呼吸样本中来回传递时所吸收的光的颜色和数量来分辨化学物质。最新的升级包括光谱分析从近红外波段向中红外波段的转变(在中红外波段有更多的分子吸收光线),以及光学涂层和其他方面的改进,以实现高达万亿分之一的检测灵敏度。

正如《美国科学院院刊》所述,来自NIST/JILA的研究员Jun Ye和David Nesbitt监测了一名志愿者呼吸中的四种生物标志物——甲醇(CH3OH)、甲烷(CH4)、水(H2O)和一种重水(HDO)。这些都是监测健康状况的指标,例如甲烷,可以探测肠道健康状态。研究人员表示,用同样的仪器检测另外6种化学物质是可行的,它们是:甲醛、乙烷、羰基硫化物、乙烯、二硫化碳和氨。此外,将梳状激光进一步延伸到红外将大大扩展其检测能力,并能识别数百种微量呼吸化学物质。

图为研究生Qizhong Liang正在调整JILA的梳式呼气测醉仪,该仪器根据包含呼吸样品的试管(左侧)内吸收的光线的颜色和数量来识别与疾病相关的分子。

JILA的研究人员曾在2008年展示了梳式呼气测醉仪的原型,但当时没有进一步继续研发。由于最终可能会用来检测新冠病毒,他们现在重新将重点放在了这一内容上。“我们对此非常乐观,并致力于将这项技术推广至真正的医疗应用,”Ye说。

在呼吸研究中最广泛使用的分析技术是气相色谱与质谱结合使用,它可以检测数百种呼出的分子,但工作速度很慢,需要几十分钟。美国食品和药物管理局批准的大多数光学呼吸测试只能检测一种化学物质。Ye表示,JILA是唯一发表过梳式呼气测醉仪研究的机构。

频率梳在医疗领域主要被用于进行呼吸分析,它提供宽光谱覆盖,拥有高分辨率和高灵敏度,能同时检测数十种化学物质。除此之外,梳状系统不需要化学试剂和复杂的实验室设施。

Ye和Nesbitt现在正与NIST的其他研究人员合作,一起设计一种小型的呼气测醉仪。其管道只有55cm(21.7in)长,但激光梳是定制的且有点笨重。

这项工作由美国空军科学研究局、国家科学基金会和NIST资助。



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