《电子技术应用》
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电子鼻技术检测人呼出气挥发性有机物的研究进展
电子技术应用 2023年3期
陈雨璐,张丞源,郑雨澄,徐可
(武汉大学 生命科学学院,湖北 武汉430072)
摘要: 挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs)不仅存在于人类生活环境中,也会在人体代谢过程中产生,人体产生的VOCs的种类和峰度与人体健康和疾病状态密切相关。近年来,通过无创检测的方式分析人体呼出气中VOCs的组分和浓度可以用来指示人体健康状态,在临床诊断和健康监测领域得到广泛关注。综述了呼出气VOCs的临床检测应用价值和常见检测方法,描述了各种方法的利弊。详细阐述了新型电子鼻技术给呼出气VOCs检测带来的革命性进展,为呼出气VOCs的高灵敏、高通量、智能化检测带来了更多可能。
中图分类号:R446.1;TP212.3;R-05
文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.223587
中文引用格式: 陈雨璐,张丞源,郑雨澄,等. 电子鼻技术检测人呼出气挥发性有机物的研究进展[J]. 电子技术应用,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

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs)不仅存在于人类生活环境中,也可由生命体代谢活动产生。人类呼出气中的VOCs种类、含量虽然在个体之间存在差异,但某些烃类、烃类衍生物、苯衍生物的异常变化被报道可作为信号用于区分疾病和健康状态,或指示机体代谢状态。本文综述了呼出气VOCs检测在指示人类健康状态应用领域的意义、方法和最新技术进展,详细介绍了新型电子鼻技术在VOCs临床检测应用的若干实例。

1 研究背景

1.1 VOCs的种类

据世界卫生组织的定义,VOCs指常温下沸点界于50℃~260℃之间的各种有机化合物。VOCs可存在于人类生活环境中,也可由生命体生理代谢活动产生,广泛存在于人体代谢物(呼出气体、粪便和尿液等)中。2014年,英国西英格兰大学Costello等人首次从健康人群的呼出气和其他体液中确定了1 840种VOCs,其中呼出气中含有1 488种VOCs。在人呼出气中检测出的VOCs种类数量关系为烃类>呋喃、醚类>含氮有机物>酮类>醇类>酯类>含卤素有机物>醛类>含硫有机物>酸。呼出气中含量最丰富的VOCs是异戊二烯和丙酮。呼出气VOCs分为外源性和内源性两部分:外源性VOCs来自环境,通过呼吸道或消化道等途径进入人体;内源性VOCs可以是人体或病原体代谢过程的产物,也可以是宿主对感染或炎症等过程的病理反应性产物。呼出气检测技术是疾病诊断的新方法,分析呼出气的气体组分,结合代谢组学技术等进行疾病早筛、指示机体代谢状态具有较高的可靠性。同时人呼出气中VOCs种类、含量在个体间存在一定的差异,亦受到性别、年龄、生活习惯以及生活环境等多因素的影响。



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作者信息:

陈雨璐,张丞源,郑雨澄,徐可

(武汉大学 生命科学学院,湖北 武汉430072)


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