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呼氣檢測疾病,需要更精準的感測器。

呼氣檢測疾病,需要更精準的感測器。Credit:houstondwi_photos@Flickr CC BY-SA 2.0

生醫檢測裝置的開發,除了追求檢測器能量測精準,也希望走向攜帶式、簡單易使用的模式。如此讓原本必須在實驗室由專業人員來進行的檢測,更平易近人,目的是讓患者在疾病早期就接受檢測,即早發現、即早治療。而這種裝置的使用,最理想就像是使用溫度計這麼簡單。

呼氣檢測癌症

去年四月,生醫人網摘報導了以呼氣檢測癌症的發明,由瑞士與日本跨國合作,技術源自諾貝爾獎得主Heinrich Rohrer早年開發的「薄膜型表面應力感測器」(membrance-type surface stress sensor, MSS)。這款產品在檢測呼氣中的揮發物質來推斷受測者的細胞不正常代謝和癌症的關聯性,若和市面上現行偵測分子的「電子鼻」比較,該感測器擁有較強的溼氣處理能力。

電子鼻和氣相層析儀

講到電子鼻,這是目前檢測受測者呼氣的方法之一,其缺點在於面對複雜的人體呼氣時,缺乏高敏銳力來分辨不同的氣體;另一種方法則為使用實驗室的專業化學儀器「氣相層析儀」(gas chromatography),量化量測的精準度和分辨氣體能力都相當好,但需要專業人員在實驗室進行。以上兩種常見方法,都讓「檢測呼氣」的想法有實際執行上的困難。

檢測呼氣成份

那又為什麼要檢測呼氣呢?因為細菌或癌細胞造成的組織代謝,在血液經過肺部時,某些物質會揮發,然後隨著人類呼氣一起出來。像是肝臟的代謝和被指為造成胃潰瘍的「幽門螺旋桿菌」(Helicobacter pylori (H. pylori)) ,都有研究指出和患者呼氣中的「氨」(阿摩尼亞, ammonia)有關聯,若能檢測出呼氣中的阿摩尼亞,很有機會可以回推疾病。然而,有什麼樣的技術,能夠快速、簡易地檢測出在呼氣中相對少量的阿摩尼亞呢?

高敏銳度感測器

日本富士通實驗室(Fujitsu Laboratories)應用阿摩尼亞容易吸附於「溴化亞銅」(Copper(I) bromide)薄膜的特性開發出感測器,能偵測出人體呼氣中濃度遠低於其他氣體(例如「丙酮」(acetone))的阿摩尼亞,其靈敏度約為偵測丙酮的2500倍。溴化亞銅,是一種P型半導體(P-type semiconductor),能夠和阿摩尼亞產生可逆性地連結,當阿摩尼亞攜帶的「電子」連結上溴化亞銅時,薄膜上的電子的減少,兩電極間電阻將因此增加,便能利用這樣的反應來檢測和量化特殊的氣體分子。富士通實驗室針對溴化亞銅薄膜的厚度做研究,找出適合量測人體呼氣的最佳厚度,最低檢測濃度可到達10ppb,量測僅需十秒鐘,速度遠高於現在醫療院所普遍採用的「碳-13尿素呼氣法」

富士通實驗室宣稱,這款感測器的氣體辨別敏銳度是其他同類感測器的100倍,如果呼氣中有2000ppb的丙酮,即使只有1ppb的阿摩尼亞都能分辨得出來,這能力遠大於疾病偵測,最少要有100ppb偵測能力的要求。這個裝置稍做修改就能偵測與肺癌相關的潛在生物指標,例如壬醛(nonanal)。

檢驗呼氣怎麼說都比抽血來得簡單,受測者也容易接受。伴隨現在穿戴裝置和電子商品小型化的趨勢,未來富士通實驗室也將朝向這方面發展,目標是能讓這個產品像使用溫度計般簡單。

文章參考:Fujitsu
圖片來源houstondwi_photos@Flickr  CC BY-SA 2.0


作者簡介

BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。