呼口氣可以測試甚麼?
呼口氣就能測癌症?有聽過呼口氣檢測酒精濃度，但是檢測癌症的原理是什麼呢?疾病的偵測很微妙，就是找到得到疾病的患者和健康人之間的差異，如果能進一步設計什麼東西來量測，將量測到的結果量化，就有希望發展為生醫診斷產品。這樣，先來了解一下癌症患者的呼氣中，有什麼和健康人的呼氣不一樣的地方。
呼出的氣體成分差異是關鍵
原來，科學家研究人類的的呼氣，發現其中不只有空氣，還有非常多的「揮發性有機化合物」(volatile organic compounds, VOCs)，而這些化合物的種類和量都會因為個體的健康狀況改變。這是因為癌細胞和正常細胞代謝產生不同的物質。而這樣的些微差異，正是用來診斷癌症的指標。
跨國合作開發感測器
針對量測呼氣中的些微差異，一群來自瑞士「洛桑聯邦理工學院」(EPFL)、瑞士「奈米科學院」(Swiss Nanoscience Institute)、瑞士「Ludwig癌症研究院」和日本「国立研究開発法人物質、材料研究機構」(Japanese research centre NIMS/MANA)的科學家，跨國合作開發了一個癌症檢查裝置，受測者只要呼氣，就可以判讀是否有癌症，更方便早期發現癌症的檢測。這項技術源自於EPFL的研究員和1986年諾貝爾物理獎得主Heinrich Rohrer開發的「薄膜型表面應力感測器」(membrane-type surface stress sensor, MSS)。此裝置設計有網絡狀的微感測器，每一個感測器由500nm直徑的盤狀矽材組成，其上披覆聚合物，橋接四個壓電電阻器。當感測器接觸到氣體，聚合物會吸收氣體中的分子，造成矽盤的形狀改變，此時橋接的四個壓電電阻器會感測到這個形變，發出電訊號。如此，感測器就可得知氣體中不同的分子和濃度。而這個設計的秘訣，就在於使用不同的聚合物材料，可用來量測氣體組成中的不同成份。研發團隊強調，市面上已經有可以偵測分子的”電子鼻”產品，但是這些產品仍未能精準量測像人類呼氣這樣複雜的氣體組成，尤其是處理濕氣的影響。這也是他們的產品突破的地方。
驗證精確度與小型化
目前，這個產品已經在瑞士洛桑大學醫院(University Hospital of Lausanne)做過真實患者的測試。受測者為有頭頸癌症或者生病極為嚴重的患者。實驗結果顯示這個裝置量測結果非常精確。已經有瑞士Neuchâtel的公司表示願意合作將這個裝置商品化。而這計畫中的日本国立研究開発法人物質、材料研究機構NIMS/MANA，更進一步將這個感測器整合到智慧型手機上，發展成為攜帶式產品。
應用於植物病蟲害防治
除了用於於現階段已經開發的頭頸癌症檢測，也可用於植物病蟲害研究。因為當植物受到昆蟲或蕈類攻擊的時候，也會排放特殊的氣體吸引其他昆蟲來保護這個植物。若偵測到這種氣體也能讓農民更早警覺害蟲的傷害，以預做準備，從而減少農藥的使用量。
文章參考：EPFL
圖片來源：Andrea Castelletti@Flickr CC BY-ND 2.0; Alain Herzog/2015EPFL
