人體呼出氣體中含有上千種痕量級(ppbv~pptv)的可揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC),通過尋找與疾病代謝高度相關(guān)的呼出氣生物標(biāo)志物進(jìn)行疾病的篩查和診斷,有助于重大疾病或癌癥的早期發(fā)現(xiàn)和早期治療,如肺癌、胃癌、結(jié)腸癌、乳腺癌、糖尿病、帕金森病等。
圖片來源:Owlstonemedical.com
呼吸氣的來源
呼出氣VOC被分為內(nèi)源性和外源性兩大類。內(nèi)源性 VOC 是由機(jī)體生理代謝過程,也可以是疾病感染的病理反應(yīng)等所產(chǎn)生的揮發(fā)性代謝物,其通過血液循環(huán)和肺泡交換并呈現(xiàn)在肺泡氣中,其能反應(yīng)疾?。ㄈ绶伟┑龋┑漠惓4x情況。而外源性 VOC 主要由環(huán)境污染或食物等外部來源進(jìn)入呼吸道內(nèi),在呼吸研究中這部分的氣體需要將其排除分析干擾,一般存在于混合氣中。
呼吸氣研究的可靠性
呼吸氣分析應(yīng)避免環(huán)境VOC的污染,盡可能只采集肺泡氣。人體的呼出混合氣包括來自上呼吸道的150 ml死腔氣和來自肺泡深處的350 ml肺泡氣。由于肺泡氣中外源性污染物濃度較低,其內(nèi)源性VOC的濃度比混合呼出氣高2~3倍,因此,通過控制對不同呼吸階段的采樣,不僅可以提高呼氣分析的可靠性,還可以幫助確定呼氣生物標(biāo)志物的來源。
那么如何確保采集到肺泡氣,實現(xiàn)對呼吸過程進(jìn)行控制采樣呢?
Sampling Case氣體采樣器
德祥旗下自研品牌英諾德INNOTEG儀器——Sampling Case-B呼吸氣采樣器內(nèi)置二氧化碳傳感器,可自動識別呼吸的各個階段和呼吸周期,通過監(jiān)控呼吸周期中二氧化碳濃度,有效識別不同的呼吸階段,確保所采集的呼吸氣完全來自肺泡。
圖1:不同呼吸階段的二氧化碳分壓值
圖來源:Elsevier Science & Technology Journals(2004)
所以,控制呼吸中的二氧化碳濃度是呼吸采樣的關(guān)鍵。
呼吸氣檢測作為一種非侵入性的分子生物標(biāo)識物診斷技術(shù),且樣本容易獲得,并可通過便攜式儀器實現(xiàn)疾病的快速采樣,具有安全、易操作、高敏感性、低干擾等優(yōu)點,被認(rèn)為是最具潛力的無創(chuàng)性癌癥檢測技術(shù)之一。
呼吸氣分析難點
近年來,雖然呼吸與疾病相關(guān)研究受到全球越來越多的醫(yī)療機(jī)構(gòu)和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注,但在呼吸研究中仍然存在不少分析難點。
01 濃度低
呼出氣中VOCs的濃度極低,依賴于前處理富集和分析設(shè)備的高分辨率、高精度、高靈敏度。
02 侵入式采樣
有些疾病的診斷方法需要侵入性取樣才能確診,如惡性胸膜間皮瘤和肺部感染性疾病,這些診斷手段往往是有創(chuàng)的,不僅需要專門的實驗室和技術(shù),而且侵入式的采樣方法會影響患者的安全性。
03 雜質(zhì)干擾
重要的生物標(biāo)記物往往因為濃度低,而被復(fù)雜的呼吸氣基質(zhì)干擾所淹沒。目前大多數(shù)前處理方法均對呼吸混合氣進(jìn)行采樣,混合氣樣本極其容易受到口腔、外部環(huán)境吸入等外源性污染物干擾。
04 與容器表面相互作用
大多數(shù)的前處理方法是將呼吸氣收集到一次性Tedlar采樣袋或者玻璃容器中,再富集到SPME fiber或者TD熱脫附管里,這會導(dǎo)致呼吸氣中與其表面相互作用或反應(yīng),結(jié)果受到干擾。
英諾德INNOTEG高效解決方案
針對以上難題,英諾德INNOTEG提出高效的解決方案,Sampling Case-B呼吸氣體采樣器和Needle Trap動態(tài)捕集針技術(shù)(也稱NTD)的結(jié)合,可以解決上述難題。
圖2:SC-B呼吸采樣原理圖
SC-B采樣前,設(shè)置CO2閾值用于區(qū)分呼吸周期的死腔氣和肺泡期。一旦超過閾值(一般設(shè)定為4kpa),閥門將會自動打開,呼出的肺泡氣將被自動預(yù)濃縮到Needle trap動態(tài)捕集針中,采樣結(jié)束后通過GC-MS氣相色譜質(zhì)譜儀進(jìn)行分析。Sampling case-B呼吸氣采樣器可直接在護(hù)理點進(jìn)行肺泡氣采樣,無需任何額外的采樣步驟。
圖3:Sampling Case-B呼吸氣體采樣器和Needle Trap動態(tài)捕集針技術(shù)結(jié)合
技術(shù)優(yōu)勢
- 靈敏度高
只需要少量的少量(20-100ml)樣品,即可達(dá)到儀器靈敏度,Needle trap技術(shù)將為pptV–ppbV濃度范圍內(nèi)的VOCs提供極好的結(jié)果。
- 非侵入式取樣
無需對患者進(jìn)行有創(chuàng)的采樣,有效,可靠的采樣方式,在臨床應(yīng)用中有著巨大的潛力。
- 快速、安全
由于Needle trap技術(shù)的小型化設(shè)計,僅需少量樣品,采樣時間短,對患者影響小,實現(xiàn)快速安全分析,如采集50ml肺泡氣約3min內(nèi)收集完。
- 儲存性能好
和其他技術(shù)相比,NTD在運輸和儲存過程中的化合物損失顯著減少,樣品的存儲和運輸簡單、方便、安全。
參考文獻(xiàn):
[1] 呼出氣分析與肺癌診斷的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展,DOI:10.7507/1007-4848.202112078;
[2] 呼出氣揮發(fā)性有機(jī)物在肺部感染性疾病診斷中的研究進(jìn)展,DOI:10.19982/j.issn.1000-6621.20210693;
[3] Evaluation of needle trap micro-extraction and automatic alveolar sampling for point-of-care breath analysis;DOI: 10.1007/s00216-013-6781-9.
如果你對上述產(chǎn)品或方案感興趣,歡迎隨時聯(lián)系德祥科技/英諾德INNOTEG,可撥打熱線400-006-9696或點擊填寫表單咨詢。
英諾德INNOTEG
英諾德INNOTEG是德祥集團(tuán)旗下自主研發(fā)品牌,專業(yè)從事科學(xué)儀器設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)的高科技企業(yè),是集實驗室設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)、方法開發(fā)、實驗室儀器銷售和技術(shù)服務(wù)為一體的專業(yè)廠家。
多年以來,英諾德INNOTEG致力于研發(fā)高效的實驗室創(chuàng)新設(shè)備。公司十分重視技術(shù)的研究和儲備,一直保持高比例研發(fā)投入,創(chuàng)建了一支由博士、碩士和行業(yè)專家等構(gòu)成的經(jīng)驗豐富,技術(shù)精湛的研發(fā)團(tuán)隊,在儀器分析技術(shù)領(lǐng)域開展了頗有成效的研究開發(fā)工作。此外,英諾德還與各大科研院所、高校合作,積極推進(jìn)科技成果項目的產(chǎn)業(yè)化。英諾德INNOTEG憑借強(qiáng)大的研發(fā)能力,注重前瞻性技術(shù)研發(fā),已推出多款科學(xué)儀器設(shè)備及實驗室耗材產(chǎn)品。
德祥科技
德祥科技有限公司成立于1992年,總部位于中國香港特別行政區(qū),分別在越南、廣州、上海、北京設(shè)立分公司。主要服務(wù)于大中華區(qū)和亞太地區(qū)——在亞太地區(qū)有27個辦事處和銷售網(wǎng)點,5個維修中心和2個樣機(jī)實驗室。
30多年來,德祥一直深耕于科學(xué)儀器行業(yè),主營產(chǎn)品有實驗室分析儀器、工業(yè)檢測儀器及過程控制設(shè)備,致力于為新老客戶提供更完善的解決方案。公司業(yè)務(wù)包含儀器代理,維修售后,實驗室咨詢與規(guī)劃,CRO凍干工藝開發(fā)服務(wù)以及自主產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、售后。與高校、科研院所、政府機(jī)構(gòu)、檢驗機(jī)構(gòu)及知名企業(yè)保持密切合作,服務(wù)客戶覆蓋制藥、醫(yī)療、商業(yè)實驗室、工業(yè)、環(huán)保、石化、食品飲料和電子等各個行業(yè)及領(lǐng)域。
2009至2021年間,德祥先后榮獲了“最具影響力經(jīng)銷商”、“年度最佳代理商“、”年度最高銷售獎“等殊榮。我們始終秉承誠信經(jīng)營的理念,致力于成為優(yōu)秀的科學(xué)儀器供應(yīng)商,為此我們從未停止前進(jìn)的腳步。
我們始終相信,每一天都在使這個世界變得更美好!
上一篇:實用建議:如何合理設(shè)計穩(wěn)定的凍干蛋白配方(一)