近日，浙江大學的研究團隊開發(fā)出一種超靈敏的納米級傳感器，能夠通過檢測呼氣中的化學物質(zhì)，幫助醫(yī)生早期診斷疾病，包括癌癥。這項研究由劉平偉博士、王慶躍博士及其同事帶領，團隊在小規(guī)模測試中，利用這種傳感器成功識別出了肺癌患者呼氣中異戊二烯含量的顯著變化。研究團隊使用了基于三氧化二銦（In?O?）的Pt@InNiOx納米片，檢測出異戊二烯的最低濃度為2 ppb，這已是目前已知的最低檢測限，為癌癥篩查提供了新的可能。

該研究被認為是利用呼氣分析進行低成本、無創(chuàng)癌癥篩查的重大突破，并推動了前沿氣體傳感材料的設計進展。研究團隊在《ACS Sensors》期刊上發(fā)表了這一成果，題為《用于肺癌診斷的超靈敏In?O?基納米片及其光譜學機制研究》。文中指出，Pt@InNiOx納米片具備快速、低成本的肺癌診斷潛力，意義深遠，并有助于動態(tài)健康監(jiān)測。

氣體傳感器在包括醫(yī)療保健在內(nèi)的多個領域變得越來越重要，尤其是在人體呼氣分析方面。人體呼氣中包含多種內(nèi)源性揮發(fā)性有機化合物（VOCs），可作為多種疾病的生物標志物。據(jù)研究，肺癌患者呼氣中異戊二烯的含量相對較低，異戊二烯是一種反映異常膽固醇代謝的典型生物標志物，其濃度可用于診斷肺癌。

然而，呼氣分析具有極高的技術(shù)要求，傳感器需要具備極高的靈敏度，能夠在十億分之一（ppb）范圍內(nèi)檢測異戊二烯，還需具備區(qū)分異戊二烯和其他呼氣成分的能力，并適應呼氣的濕度。此前的研究多聚焦于金屬氧化物半導體（MOS）材料，包括三氧化二銦。然而，劉和王領導的團隊進一步改進了基于三氧化二銦的傳感器，使其能檢測到呼氣中自然存在的低濃度異戊二烯。實驗表明，其中的Pt@InNiOx納米片表現(xiàn)最佳，能靈敏檢測到2 ppb的異戊二烯濃度，這一靈敏度遠超以往傳感器。此外，該傳感器對異戊二烯的響應優(yōu)于其他常見揮發(fā)性化合物，并在九次模擬測試中表現(xiàn)出一致的效果。

研究團隊通過實時分析發(fā)現(xiàn)，均勻分布在納米片上的Pt納米簇可催化異戊二烯的活化，使傳感器表現(xiàn)出超高靈敏度。研究指出，Pt@InNiOx納米片的高靈敏度源于Pt納米簇對異戊二烯的激活作用，以及納米片形態(tài)增強了異戊二烯的吸附和電子相互作用。

為了展示這種傳感器的醫(yī)療應用前景，研究人員將Pt@InNiOx納米片集成到便攜式檢測設備中，通過采集的呼氣樣本直接讀取異戊二烯濃度。在對13名受試者（其中5人為肺癌患者）的測試中，設備檢測到癌癥患者樣本的異戊二烯濃度低于40 ppb，而健康個體的異戊二烯濃度高于60 ppb?！拔覀兂晒⑦@些超靈敏的Pt@InNiOx納米片集成至便攜式電子設備中，可區(qū)分出肺癌患者（呼氣異戊二烯低于40 ppb）和健康人群（異戊二烯高于60 ppb），這為臨床準確診斷提供了可能性，”研究團隊表示。

研究人員認為，這一傳感技術(shù)有望成為非侵入性肺癌篩查的突破，能改善患者預后，甚至拯救生命。“我們的研究驗證了Pt@InNiOx傳感器在現(xiàn)實場景中的有效性，顯示出其快速、低成本診斷肺癌的潛力?！贝送?，他們指出，要將該技術(shù)商用化用于肺癌診斷，還需要進一步研究傳感材料、數(shù)據(jù)分析、設備集成等方面，并深入研究呼氣異戊二烯與肺癌的關(guān)系?！半S著這些問題的解決和臨床試驗的完成，呼氣異戊二烯傳感技術(shù)有望成為無創(chuàng)肺癌檢測的變革性工具，最終拯救生命，改善醫(yī)療保健?！?/p>

參考資料：https://www.genengnews.com/topics/cancer/evidence-of-lung-cancer-detected-in-breath-using-ultrasensitive-nanoflake-nanosensors/

編輯：王洪

排版：李麗