呼出氣中含有多種揮發性有機化合物(volatile organic compounds, VOCs), 能夠表征人體的健康狀態, 應用于疾病診斷的研究, 優點在于無創、快捷、可重復采樣和適用于大規模的疾病篩查。自發現人體呼出氣內有200多種 VOCs以來, 關于呼出氣VOC組分與疾病狀態之間關聯的研究日益增多, 如在對肺癌、糖尿病、乳腺癌等的研究中, 通過對比病患與健康人呼出氣VOCs成分和濃度水平差異, 可為VOCs疾病診斷模型的建立提供參考。以診斷模型為基礎,基于傳感器技術的檢測設備能對呼氣VOCs進行無創、快速檢測。已有研究表明, 利用呼出氣VOCs進行臨床診斷, 特異性和敏感性均在70%以上。

自古以來，呼出氣就被認為是病理生理過程的診斷線索。利用呼出的揮發性有機化合物(volatile organic compound，VOC)進行疾病診斷可以追溯到古希臘文明，在那時“醫學之父”希波克拉底就提出利用呼吸分析來診斷各種疾病。

例如，一些糖尿病酮癥酸中毒患者的呼出氣有爛蘋果氣味，肝病患者會有魚腥味，厭氧菌感染的肺膿腫患者的呼出氣有類似下水道氣味，而有機磷中毒的患者在呼吸時有大蒜氣味。這些基本氣味檢測試驗可被視為呼吸分析的基礎。

到20世紀，我們見證了呼吸分析領域的成就，1971年諾貝爾獎得主生物化學家Linus Pauling使用氣相色譜法描述了人類呼出氣中250種VOC的情況，發現這些VOC來源于許多內源性生化過程，包括脂質氧化產生的醛、烷烴，以及碳水化合物和脂肪酸代謝產生的酮。

然而，直到1985年Gordon等才首次證明了呼出氣VOC在肺癌早期診斷中的可行性。這種VOC與人類疾病的早期關聯為在肺部疾病早期診斷中使用呼吸分析奠定了重要基礎。

一VOC概述

VOC是一種具有高揮發性的氣態有機分子，人體的VOC來源于多種體內代謝途徑,并通過皮膚、糞便、尿液和呼吸釋放。由于細胞代謝因疾病而改變，因此VOC的變化可以作為特定病理生理狀況的生物標志物。在呼吸系統疾病中，呼出氣因其與呼吸道的緊密接觸而受到特別關注。完整的人體呼出氣由數千種化合物組成，呼出氣VOC分為外源性和內源性。

外源性VOC來自環境，并通過呼吸道和消化道等途徑進入機體。體內產生的VOC可以是宿主生理代謝過程的產物，也可以是微生物病原體代謝過程的產物，或者是宿主對諸如感染或炎癥等過程的病理反應性產物。VOC是一種低相對分子質量、高蒸汽壓的碳基化合物，這種特性使得它們很容易在環境中擴散。

患者呼出氣檢測技術是疾病診斷的新方法，自發展以來受到研究者的廣泛關注，近年來利用呼出氣檢測診斷非感染性疾病(如支氣管哮喘、肺癌、乳腺癌、結直腸癌等)和感染性疾病[如肺結核、新型冠狀病毒肺炎(coronavirus disease 2019，COVID-19)]均取得了一定進展。對于感染性疾病,病原微生物感染機體后，經過體內代謝，可產生廣泛的VOC，如烴、醇、酮類，以及含氮和含硫化合物等。

宿主或病原微生物新陳代謝的變化可能會影響呼出氣組分，不同種屬的微生物在人體組織微環境中生長代謝時產生的VOC種類不同，使得檢測其代謝譜和特異性物質成為可能。呼出氣VOC檢測具備無創、取樣簡單、速度快等優勢，有較大的應用價值。

VOC的檢測技術

內置PID傳感器的醫用人體呼出VOC氣體檢測裝置,包括吹氣口,干燥管,PID傳感器,主控制器,顯示器,待檢測的混合VOC氣體經過吹氣口進入至干燥管,干燥后的混合VOC氣體通過至PID傳感器進行檢測VOC氣體的粗含量和成分,粗含量和成分的檢測數據進行傳輸至主控制器,主控制器傳輸至顯示器上,顯示器進行顯示檢測的混合VOC氣體內的分子及其含量.能夠準確地提高測量人呼出氣體中VOC成分的含量.工采網推薦英國Alphasense PID光離子氣體傳感器 VOC氣體傳感器 (高靈敏度） PID-AY5和PID光離子氣體傳感器 VOC氣體傳感器 (中量程）PID-AR5：PID-AY5可以測量(1.5ppb-20ppm)量程范圍的VOCs（可揮發性有機物）和一些有毒氣體，采用zui先進傳感技術的OEM氣體傳感器，高靈敏度VOCs氣體傳感器PID-AY5專為檢測市場上zui寬泛動態范圍的VOCs設計，而其性能不受影響。PID-AR5可以測量(10ppb-200ppm)量程范圍的VOCs（可揮發性有機物）和一些有毒氣體。VOCs氣體傳感器-PID-AY5/PID-AR5是簡單的即插即用式傳感器，能在多種不同的應用中對數千種揮發性有機化合物(VOCs)提供動態且可靠的響應。該傳感器專為擴散式和在線泵送式采樣而設計，提供出色的響應時間和清除率。傳感器采用具有特殊亮度和穩定性的燈泡，能夠在較長時間內可靠地檢測揮發性弱和不易檢測的化合物。

審核編輯黃宇