真空紫外光譜電離—飛行時(shí)間質(zhì)譜法分析人體呼出氣

人體新陳代謝的部分產(chǎn)物由血液運(yùn)送至肺部，在肺泡通過氣體交換出現(xiàn)在呼出氣體中。呼出氣體反映了機(jī)體的代謝和病理狀況，一些物質(zhì)甚至可能成為某種疾病的生物標(biāo)記物。如：烷烴類是氧化應(yīng)激的標(biāo)志物，丙酮是糖尿病的生物標(biāo)志物等。近年來，在氣道慢性炎癥，肺癌，肺結(jié)核，腸病，肝硬化，乳腺癌，胃管食管癌等疾病中利用呼出氣體檢測來尋找特異性標(biāo)志物的研究越來越多。國際上為此成立了專門的呼出氣研究協(xié)會(huì)（InternationalAssociationofBreathResearch，IABR），并出版了呼出氣體檢測的專業(yè)性雜志Journalofbreathresearch。

中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李海洋研究團(tuán)隊(duì)利用高氣壓下的真空紫外燈（VUV）光電離結(jié)合飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)（HPPITOFMS）分析人體呼出氣（Anal.Chem.，2016，88：9047-9055）。如圖1所示，在1min的采樣時(shí)間內(nèi)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)呼出氣中丙酮、異戊二烯、二甲基硫、乙醇、乙酸等物質(zhì)的高靈敏檢測。研究表明，在100%相對(duì)濕度條件下，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)濃度低至幾十個(gè)pptV的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的直接在線分析；其對(duì)苯系物、呋喃類、含氮化合物具有超高的靈敏度和選擇性，這在污染暴露分析，職業(yè)病防治領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。相比于其它呼出氣檢測方法，該新技術(shù)的最大優(yōu)勢在于受濕度干擾小，解決了針對(duì)相對(duì)濕度高達(dá)100%的呼出氣檢測的一大難點(diǎn)，消除了各種除濕方法不可避免會(huì)造成衡量待測物損失的不足。此外，該技術(shù)采用商品化的VUV燈光源，其體積小巧，性能穩(wěn)健，使用安裝方便，有利于此新設(shè)備的實(shí)際臨床推廣應(yīng)用。

由于呼出氣體中各物質(zhì)種類豐富，含量極低，為了進(jìn)一步提高HPPI的檢測靈敏度，該研究團(tuán)隊(duì)利用真空紫外燈（VUV）電離高濃度二溴甲烷（CH2Br2）試劑氣體獲得足夠多且強(qiáng)度穩(wěn)定的CH2Br+2試劑離子，CH2Br+2試劑離子進(jìn)一步與樣品發(fā)生高效的電荷轉(zhuǎn)移及離子加和反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)檢測（Anal.Chem.，2016，88：5028-5032）。該技術(shù)對(duì)呼出氣中的揮發(fā)性含硫化合物（VSCs），尤其是對(duì)肝硬化和肝昏迷等肝臟疾病相關(guān)的重要標(biāo)志物硫化氫（H2S）實(shí)現(xiàn)了高靈敏檢測。如圖2所示，在分析H2S時(shí)，特異性加和離子＼[H2S+CH2Br2＼]+的存在巧妙地增強(qiáng)了H2S在譜圖中的物質(zhì)識(shí)別?；赩UV燈的光電離飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)應(yīng)用于人體呼出氣分析，簡單、快速、無需任何前處理，有望成為一種高通量的疾病篩查工具，用于臨床上大數(shù)據(jù)樣本分析。低成本，高通量，大樣本數(shù)據(jù)的積累有利于發(fā)現(xiàn)新的疾病生物標(biāo)志物，逐步推進(jìn)呼出氣體的分析和檢測成為一種新型的臨床輔助診斷手段，在醫(yī)療診斷領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

此外，該團(tuán)隊(duì)將離子遷移譜（IMS）技術(shù)應(yīng)用于麻醉劑的分析檢測，到了國際學(xué)術(shù)界同行的好評(píng)，被評(píng)為2015年JournalofBreathResearch雜志Highlights文章（J.BreathRes.DOI：10.1088/17527155/9/1/016002）。IMS技術(shù)上的成熟推進(jìn)了其在臨床實(shí)踐的應(yīng)用，通過和哈爾濱醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院的合作，該團(tuán)隊(duì)成功將IMS儀器應(yīng)用于手術(shù)過程中病人呼出氣體中麻醉劑丙泊酚的在線監(jiān)測，這為精準(zhǔn)麻醉提供了重要保證。該團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用IMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了重要的呼吸道炎癥生物標(biāo)志物NO的高靈敏檢測（J.BreathRes.DOI：10.1088/17527155/9/1/016003；ScientificReportsDOI：10.1038/srep23095）與常規(guī)的化學(xué)發(fā)光和電化學(xué)傳感器技術(shù)相比，IMS用于NO分析具有簡單、快速的優(yōu)勢。