新型冠狀病毒感染（COVID-19）疫情在世界多地仍在持續(xù)，COVID-19的快速篩查對(duì)于遏制其大流行、恢復(fù)正常生活至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有的核酸檢測(cè)在檢測(cè)時(shí)間和靈敏度方面仍存在不足，特別是在核酸假陰性條件下解除隔離的漏檢風(fēng)險(xiǎn)。目前在重要公共場(chǎng)所只是采取防疫碼和體溫監(jiān)測(cè)策略，這對(duì)于處于潛伏期的或無(wú)癥狀的患者的排查存在極大的挑戰(zhàn)。因此完全依靠核酸檢測(cè)仍具有公共衛(wèi)生和安全隱患，急需新的檢測(cè)方法和技術(shù)的補(bǔ)充。

近日，北大環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院要茂盛教授與北京市朝陽(yáng)區(qū)疾病預(yù)防與控制中心等合作團(tuán)隊(duì)合作集成呼出氣采樣、氣相色譜-離子遷移譜檢測(cè)和機(jī)器學(xué)習(xí)模型研發(fā)了新冠感染的無(wú)創(chuàng)呼出氣篩查系統(tǒng)（TestBreathNow-TBN）。研究團(tuán)隊(duì)利用該系統(tǒng)對(duì)74例新冠患者、30例非新冠呼吸系統(tǒng)感染患者，87位醫(yī)務(wù)工作人員和健康受試者的呼出氣樣品及其背景環(huán)境空氣進(jìn)行分析，識(shí)別了呼出氣中12種關(guān)鍵VOCs標(biāo)志物物種。研究發(fā)現(xiàn)新冠患者和其他呼吸系統(tǒng)患者呼出氣中丙醇水平相比健康受試者顯著升高，而新冠患者呼出氣中丙酮水平相比其他呼吸系統(tǒng)感染患者和健康受試者顯著降低。通過(guò)支持向量（SVM），梯度加速（GBM）和隨機(jī)森林（Random Forests）三種機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)12種關(guān)鍵呼出氣VOCs標(biāo)志物進(jìn)行建模，可準(zhǔn)確區(qū)分新冠患者和非新冠的其他呼吸系統(tǒng)感染患者，基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型驗(yàn)證特異性和靈敏度達(dá)到95%以上，接收曲線下面積（AUC）>0.95。該測(cè)試方法的取樣過(guò)程完全無(wú)創(chuàng)，被試者使用一次性呼吸袋，只需呼氣30秒便可完成樣品采集；該檢測(cè)系統(tǒng)程序操作簡(jiǎn)單，無(wú)需任何檢測(cè)試劑，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)模型最快能在5-10分鐘內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)新冠患者快速篩查，單次檢測(cè)費(fèi)用顯著降低。該系統(tǒng)目前正計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化與測(cè)試。該系統(tǒng)有望在以下情況的新冠快速篩查發(fā)揮核酸檢測(cè)外額外輔助作用，降低新冠肺炎傳播風(fēng)險(xiǎn)：需要快速做出決定的新冠篩查；篩查核酸檢測(cè)為假陰性的情況；重要高層會(huì)議；海關(guān)入境；特殊航班人員的快速篩查；出院前或解除隔離時(shí)的篩查以及在隔離酒店、收治醫(yī)院等重點(diǎn)場(chǎng)所等等。這些特殊場(chǎng)所與情景下利用該技術(shù)開(kāi)展新冠肺炎快速輔助篩查，能為我國(guó)新常態(tài)下新冠肺炎疫情防控工作貢獻(xiàn)額外的積極力量。

新冠感染的無(wú)創(chuàng)呼出氣快速篩查系統(tǒng)（TestBreathNow-TBN）原理示意圖

新冠感染的無(wú)創(chuàng)呼出氣快速篩查系統(tǒng)（TestBreathNow-TBN）模擬顯示

研究成果早在去年6月24日以預(yù)印版的形式發(fā)表，近日以“COVID-19 Screening Using Breath-borne Volatile Organic Compounds”為題在線發(fā)表在 Journal of Breath Research 刊物上，并申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。北大環(huán)境學(xué)院陳灝軒博士生（目前在美國(guó)從事博士后研究），朝陽(yáng)疾控中心齊嘯，北大環(huán)境學(xué)院張璐、李心月博士生為論文的共同第一作者，要茂盛為通訊作者。參與該項(xiàng)工作的還包括朝陽(yáng)疾控中心流行病與地方病控制科科長(zhǎng)馬建新，中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學(xué)中心呼吸科的馮華松教授、主任張春陽(yáng)。該項(xiàng)目主要得到國(guó)家自然科學(xué)基金委國(guó)家杰出青年科學(xué)基金（基金號(hào)21725701）、國(guó)家自然科學(xué)基金新冠專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目（基金號(hào)22040101）以及廣州實(shí)驗(yàn)室（EKPG21-02）的資助。

信息來(lái)源： 北京大學(xué)