可“聞”出肺癌的納米電子鼻

來源：科技日報作者：百濟動態瀏覽：發布時間：2009/10/13 9:40:00

    以色列理工大學化學工程系的霍薩姆•海克教授及其研究小組開發出一種納米電子鼻，只需檢測患者呼出的氣體即可發現肺癌和腎衰竭等疾病，為這些疾病的早期防治開辟了一條新途徑。

    他們開發的是一種利用呼氣微粒檢測癌癥的新型呼氣檢測技術，能對患者的健康狀況進行即時診斷，其核心部分是一個嵌入了金納米顆粒的碳基感應器，來檢測病人是否患上了肺癌。雖然呼氣微粒分析法對于癌癥診斷來說并不是一個新工具，但此次發明的新方法首次實現了無需預先處理患者呼出的氣體即可檢測出癌癥。

    當患者對設備進行呼氣時，呼氣中的顆粒就會積聚在碳層中，感應器膨脹推動金納米顆粒相互接近，因此改變了薄膜的阻抗。而每種顆粒均具有獨特的阻抗效應，這可通過感應器的電流變化來進行測量。海克稱，用戶可在設備的顯示板上看到一個指數，該指數表明該人是否健康或罹患癌癥。

    將新感應器插入一個呼吸測試設備后，研究人員就可進行一系列的測試以達到校準的目的。研究團隊招募了96名志愿者，其中40名是健康人群，另外56名是肺癌患者。研究人員使用這些志愿者的呼氣樣本，通過感應器識別出哪些生物標記可集中作為肺癌的準確跡象。經過校準后和再測試后，研究人員發現該設備即可可靠地區分出健康人員和癌癥患者的呼氣。目前，研究人員已開始在處于疾病不同階段的人群中展開大規模測試，并準備在兩三年內開展臨床試驗。

    初步試驗表明，金納米感應器不僅能檢測出癌癥的不同階段，還能檢測其他諸如肝功能衰竭等疾病。研究人員還使用這種電子鼻對培養皿中生長的克隆細胞進行了測試，結果表明感應器能嗅探出呼氣中已知的化合物，但無法檢出其他與肺癌相關的揮發性有機物，這也意味著人體內通過代謝制造出了更多的揮發性有機物。海克等人正在努力探尋這些揮發性有機物，希望藉此能夠獲得對肺癌的更多新認識以找到治療方法。

    研究顯示，當惡性腫瘤在體內形成并發育時，其細胞在血液和尿液中會產生某種化學標記，這些化學物質隨血液進入肺部，然后通過呼吸排出體外。這種以金納米粒子作為基本探測單元的電子鼻，可“嗅出”與肺癌和慢性腎衰竭有關的化學標記分子而發現疾病。

    實驗中，海克教授及其研究小組對實驗鼠進行了研究，結果發現，在實驗鼠呼出的27種揮發性有機物中，有5種物質可以作為檢驗腎病的化學標記。

    海克及其團隊目前還在更多的志愿者身上開展測試，以考慮諸如飲食、酒精和基因等其他因素的影響。由于該項醫療創新在便捷性上的突破，研究人員聲稱，全面的臨床試驗也許沒有必要等到醫院萬事俱備的時候。另外，他們還將使用可模擬癌細胞及健康呼氣的“人工混合物”顆粒來檢驗該設備的精確度。他們下一步的研究重點是如何利用電子鼻區別不同類型的腎病及病變所處的不同階段，同時進一步縮小探測裝置的尺寸，最終使其做得像手機一樣大小，為醫務人員早期發現癌癥和腎病提供一種低成本、簡便易行的檢測手段。

    英國帝國理工學院生物醫學工程師托尼卡斯認為，此項技術具有非常好的前景，但他對繞過臨床試驗的想法持保留意見。他告誡說，在現實生活中過于簡單的癌癥診斷蘊含著極大的危險。使用感應器陣列和化學計量等這些方法的特性本身就需要在真實病患的樣本上進行復雜的評估。

    不過，該設備對于早期監測患者對治療的反應上可得到應用，亦可用于排除在早期階段與肺癌癥狀相似的其他疾病，如慢性阻塞性肺炎。

    據世界衛生組織調查，肺癌每年可導致130萬人死亡，超過所有癌癥相關死亡人數的1/4。在美國，有2600萬成年人患慢性腎衰竭，另有數百萬人因這種病的發病率上升而面臨很大威脅。目前，檢驗腎病的方法以侵入式為主，且準確率較低；腎切片檢查雖更加可靠，但容易造成感染和出血。使用這種新型電子鼻進行檢測，不僅快捷方便，還可減輕患者的痛苦。通過在“揮發性有機化合物”和各種類型的肺癌之間建立關聯，呼氣檢測法是一種經確認的、非侵入性方法。目前，此方法的缺陷是其需要使用諸如質譜儀和紅外光譜等技術來搜集和分析樣本。

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