呼口氣,可以測試癌症嗎?

呼口氣,可以測試癌症嗎? Credit: Andrea Castell[email protected] CC BY-ND 2.0

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



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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。