呼气气体分析检测癌症

有些疾病有一个不同的气味。例如，可以指示糖尿病的微弱甜味和水果致脂肪味。实际上，古希腊的医生有报道，他们能够通过患者呼吸的味道来检测疾病。这些特征气味是由患病组织或病原体本身发射的某些挥发性有机化合物（VOC）引起的，在第一个症状表现之前。

弗劳恩霍夫MEOS的研究助理杰西博士(Schönfelder)解释说:“许多疾病会导致呼出的空气中挥发性有机微量气体的组成发生变化，而这些气体可以作为生物标志物。”“它通常是几种微量气体浓度显著升高或显著降低的组合，这是一种特定疾病的特征。这被称为VOC指纹或VOC模式。”位于埃尔福特的夫琅和费MEOS是一个跨学科的项目中心，涉及夫琅和费研究所的细胞治疗和免疫学IZI、光子微系统IPMS和应用光学与精密工程IOF。

有许多特定的标记组合可以导致比以前认为的更多的疾病。每一个都需要煞费苦心地破译。这是Schönfelder这个受过训练的化学家和她的团队面临的任务。现在，他们正在共同开发一种特殊的离子迁移谱仪(IMS)来识别这些挥发性有机化合物的模式。考虑到每个人呼出大约200 VOCs，这绝不是一件容易的工作。这项研究的重点是癌症的检测，尤其是肺癌。

弗劳恩霍夫MEOS的研究团队希望这项新技术能够探测到广泛范围的生物标记物．他们还想用它来区分新冠肺炎以及其他呼吸道感染。弗劳恩霍夫集群项目m3infkt也采用了这种方法，该项目正在开发一种移动、模块化、多模式监测系统，以便在COVID-19患者病情突然恶化时进行快速干预。此外，本文还希望该方法能提供一种先进的气体分析方法神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症．这不仅比传统的方法(如血液检测)提供了更早的预警，而且也更方便，因为它只需要患者向管子呼吸。

“这是一个巨大的潜力传感器Schönfelder解释道气体分析中的系统。“IMS技术是非侵入性，敏感和选择性的。它是快速，廉价的，也很紧凑，便携，所以没有理由在医疗实践和医院中使用它。成品将是鞋盒的大小。“

具有交流电压的Faims芯片

这种新型IMS系统的核心是一个小型化的高场非对称离子迁移谱(FAIMS)芯片。微机电系统(MEMS)由离子过滤器和检测器组成。该设备还配备了紫外灯。在第一个例子中，由载气携带的挥发性有机化合物被泵入光谱仪，在那里它们被紫外光电离。换句话说，它们变成了带电分子。“然后这些数据被输入由夫琅和费IPMS开发的FAIMS芯片，”Schönfelder说。然后在过滤器电极上施加交流电压。通过调节滤波器的电压，你可以控制哪些挥发性有机化合物通过检测器。这会产生挥发性有机化合物指纹，使我们能够识别我们正在寻找的疾病。”

目前，研究团队正在努力增强电子控制系统，并改善样品提取和样品加工。同时，现在已经成功地进行了细胞培养物的参考测量，并进一步与临床人类样品进行调查。管道。在最近在Fraunhofer Izi完成的项目中，使用类似技术的科学家能够区分七种不同的细菌菌株。

与此同时，特别开发人工智能算法预计将简化VOC指纹的评价。“每次测量都会产生50万个读数，”Schönfelder解释道。“所以我们希望使用机器学习来分析这大量的数据。”该算法使用来自健康测试对象和癌症患者的样本进行训练。这种测量的结果在几分钟内就可以得到。她补充说:“我们可以很好地想象，我们的离子迁移谱仪可能有一天会被用于检测航空乘客，以确定他们是否感染了冠状病毒。”