作者:Dr
迈克尔·肖尔斯，弗劳恩霍夫-盖塞尔夏夫 这种新型离子迁移谱仪的核心是一种小型化的FAIMS芯片
信用:弗劳恩霍夫IPMS 我们呼出的空气包含有助于疾病诊断的信息
MEOS微电子和光学系统生物医学弗劳恩霍夫项目中心的研究人员正在开发解决方案，旨在为此目的进行呼吸气体分析
虽然他们的研究集中在癌症的早期检测，但同样的原理也可以用于区分新冠肺炎病和其他呼吸系统疾病
有些疾病有明显的气味
例如，一股淡淡的甜味和水果味的丙酮味可能预示着糖尿病
的确，有报道说古希腊的医生能够通过病人呼吸的气味来检测疾病
这些特有的气味是由某些挥发性有机化合物引起的，这些挥发性有机化合物是在最初的症状变得明显之前由患病组织或病原体本身发出的
呼出的空气提供了病人新陈代谢的指纹 “许多疾病会导致呼出气体中挥发性有机微量气体的成分发生变化，这些气体可用作生物标志物，”Dr
MEOS弗劳恩霍夫研究所副研究员鞠波·宋菲德
“通常是几种微量气体以显著升高或显著降低的浓度结合在一起，这是特定疾病的特征
这就是所谓的挥发性有机化合物指纹或挥发性有机化合物模式
“埃尔福特的弗劳恩霍夫MEOS是一个跨学科项目中心，涉及弗劳恩霍夫细胞治疗和免疫研究所和IZI、光子微系统公司、应用光学和精密工程国际组织的参与
许多疾病都有特定的标记组合，比人们曾经认为的要多得多
它们中的每一个都必须被艰难地破译
这是接受过培训的化学家宋菲德和她的团队面临的任务
他们现在正在一起开发一种特殊的离子迁移谱仪，用来识别这些挥发性有机化合物的模式
鉴于每个人呼出约200个挥发性有机化合物，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
医生
鞠波·宋菲德，带气体测量设备(左)和气体分析参考仪器(右)
荣誉:MEOS·弗劳恩霍夫 MEOS弗劳恩霍夫研究所的研究小组希望这项新技术能够检测出广泛的生物标志物
他们还想用它来区分新冠肺炎和其他呼吸道感染
同样，弗劳恩霍夫集群项目M3Infekt也采用了这种方法，该项目正在开发一种移动、模块化、多模式的监测系统，以便在新冠肺炎患者病情突然恶化的情况下进行快速干预
此外，希望这种呼吸气体分析方法可以提供神经退行性疾病如阿尔茨海默氏症的高级指示
这不仅提供了比常规方法如血液检测更早的警告，而且更方便，因为它只需要患者对着管子呼吸
“传感器系统在呼吸气体分析中有巨大的潜力，”宋菲德解释道
“国际监测系统技术是非侵入性、敏感性和选择性的
它又快又便宜，而且小巧便携，所以没有理由不在医疗实践和医院中使用
成品大约有鞋盒大小
" 交流电压FAIMS芯片 这个新颖的国际监测系统的核心是一个小型化的高场不对称离子迁移谱(FAIMS)芯片
微机电系统包括离子过滤器和检测器
该设备还有一个紫外线灯
首先，载气中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
“这些然后被送到FAIMS芯片，这是由弗劳恩霍夫国际粒子管理系统开发的，”宋菲德说
然后在过滤电极上施加交流电压
通过调节过滤器的电压，您可以控制哪些挥发性有机化合物进入检测器
这产生了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，研究小组正在努力加强电子控制系统，改进样品提取和样品处理
与此同时，细胞培养的参考测量现已成功进行，对临床人体样本的进一步研究正在进行中
在IZI夫琅和费最近完成的一个项目中，科学家使用类似的技术能够区分七种不同的细菌菌株
同时，专门开发的人工智能算法有望简化挥发性有机化合物指纹的评估
“每次测量产生50万个读数，”宋菲德解释道
“所以我们想用机器学习来分析这庞大的数据量
“该算法是使用来自健康受试者和癌症患者的样本进行训练的
这种测量的结果在几分钟内就可以得到
“我们可以想象，我们的离子迁移谱仪有朝一日可能会被用于筛查航空乘客，以确定他们是否感染了冠状病毒，”她补充道
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