CN105403615A - 一种检测呼出气体的装置及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种检测呼出气体以及外界气体的装置，包括连接样品入口端的检测呼出气体的FAIMS谱仪以及与所述FAIMS谱仪串联为回路的载气循环系统；所述载气循环系统包括：提供载气循环动力的泵、质量流量控制器以及过滤器；所述FAIMS谱仪的芯片迁移沟道的宽度为35μm。本发明的装置，检测限可达10ppt，可满足对呼出气体中痕量物质的检测要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测呼出气体的装置及其用途，属于检测的技术领域。
背景技术
由于环境问题日益凸显，特别是城市雾霾等的加剧，使得城市人口的肺部疾病(如肺癌、支气管哮喘、慢性阻塞性肺部疾病等)的发病率急剧升高。仅以慢性阻塞性肺部疾病(COPD)为例，目前，全球已有6亿人患有慢阻肺，其患病率仍在持续上升，预计到2020年，慢阻肺将成为全球第三大致死疾病。
对于肺部疾病的检测，目前临床主要使用的方法有胸部CT、核磁共振成像和血液检测。胸部CT、核磁共振成像均有辐射，血液检测也需要采用创伤性取样方式，对于检测者均存在一定的伤害。而采用呼出气体对肺部疾病进行检测可以实现无创检测，但是，若想实现检测呼出气体，并达到检测出肺部疾病的程度，则面临以下问题：由于呼出气体的浓度较低，检测需在复杂的背景中分辨出痕量的物质，因此，对检测装置的灵敏度和特异性要求极高，通常不仅需要分辨出混合气体中的单一气体，还需要实现对呼出气体的成分进行定性和定量分析，检测手段上存在极大的技术难度。
现有技术中，对于气体的检测主要采用气相色谱仪和电子鼻。但是，基于气相色谱分离技术的气相色谱仪以及由传感器阵列形成的电子鼻，两者的检测限远远达不到检测如呼出气体中痕量物质的程度。
FAIMS是依据不同物质的离子在高电场下离子迁移率的非线性变化不同的特性，在物质离子前进方向的纵向加上一个高低不对称波形高频电场，利用该电场对物质离子不同差分作用而实现不同物质离子的分离及检测的技术。目前，FAIMS谱仪相较于气相色谱仪和电子鼻灵敏度高，其检测限可达到10ppm乃至10ppb，但对于更高的检测精度则仍然无法达到。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有的检测气体的装置的检测精度不高、无法实现气体中痕量物质检测的问题，进而提供一种检测精度高、可检测呼出气体中痕量物质的装置。
为解决上述问题，本发明提供的检测呼出气体的装置，包括连接样品入口端的检测呼出气体的FAIMS谱仪以及与所述FAIMS谱仪串联为回路的载气循环系统；所述载气循环系统包括：提供载气循环动力的泵、质量流量控制器以及过滤器；所述FAIMS谱仪的芯片迁移沟道的宽度为35μm。
所述过滤器包括活性炭过滤器、分子筛过滤器以及活性炭/分子筛过滤器。
所述质量流量控制器设有2个。
所述FAIMS谱仪的芯片为在硅片上通过等离子体深刻蚀形成沟道。
本发明还提供了所述的装置在检测1-辛烯、葵醛、苯乙酮、1，3-双(1，1-二甲基乙基)-苯、2-乙基-1-己醇、1，3-二甲基-苯、1，3-双(1，1-二甲基乙基)、苯乙烯、1-甲基-2-(1-甲基乙基)-苯、丁基羟基甲苯、2，4-二甲基-1-庚烯、丙基苯、3，7-二甲基-丙酸乙酯(E)-2，6-辛二烯-1-醇、(1-甲基乙基)苯、(1-甲基丙基)环辛烷、2，2-二甲基丙酸、2-乙基己基十四烷基酯草酸、2-丁基-1-辛醇、十二烷、1-氯十九烷、3-乙基-2，2-二甲基戊烷、1，1′-氧双辛烷、一氧化氮等气体中的应用。
进一步的，所述应用为：检测呼出气体中，所述葵醛、苯乙酮、1，3-双(1，1-二甲基乙基)-苯的含量以指征肺癌。
所述应用为：所述2-乙基-1-己醇、1，3-二甲基-苯、1，3-双(1，1-二甲基乙基)的含量以指征肺腺癌与肺鳞癌。
所诉应用为：检测呼出气体中，所述1-辛烯的含量以指征良性肺癌与转移性肺癌。
所述应用为：检测呼出气体中，所述苯乙烯、1-甲基-2-(1-甲基乙基)-苯、丁基羟基甲苯、2，4-二甲基-1-庚烯、丙基苯、3，7-二甲基-丙酸乙酯(E)-2，6-辛二烯-1-醇、(1-甲基乙基)苯、(1-甲基丙基)环辛烷、2，2-二甲基丙酸、2-乙基己基十四烷基酯草酸、2-丁基-1-辛醇、十二烷、1-氯十九烷、3-乙基-2，2-二甲基戊烷、1，1′-氧双辛烷、一氧化氮的含量以指征慢性肺阻塞与哮喘。
需要说明的是，本发明的检测呼出气体的装置还可应用于其他痕量气体的检测，例如，环境空气中的气体成分、空气中特定成分的含量等。当然，对于非痕量的气体的检测也是可以实现的。
本发明的技术方案具有以下优点：
本发明所述的检测呼出气体的装置，采用芯片迁移沟道的宽度为35μm的FAIMS谱仪，施加比传统平行电极结构更低的电压即可产生高于60000V/cm的电场强度，大大提高了检测的灵敏度和特异性，实现了10ppt级别的检测限，可达到对呼出气体中痕量物质的检测。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明的检测呼出气体的装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1检测呼出气体的装置
本实施例采用的检测呼出气体的装置，其结构如图1所示，包括连接样品入口端的检测呼出气体的FAIMS谱仪以及与所述FAIMS谱仪串联为回路的载气循环系统；所述载气循环系统包括：提供载气循环动力的泵、质量流量控制器以及过滤器。作为优选的实施方式，所述质量流量控制器包括2个，分别为第一质量流量控制器，与第二质量流量控制器。所述过滤器包括活性炭/分子筛过滤器以及活性炭过滤器。其中，所述FAIMS谱仪的芯片迁移沟道的宽度为35μm。
本实施例的装置的使用方法为：由所述泵提供所述载气循环系统的载气的动力，所述载气在所述第一质量流量控制器与第二质量流量控制器中调节为适宜的流量后，分别通过所述活性炭/分子筛过滤器以及活性炭过滤器过滤，以避免带入杂质，再通入所述FAIMS谱仪中，经过所述FAIMS谱仪后再次通入所述质量流量控制器，以完成循环；检测时，取待测样品注入样品入口端，由所述载气循环系统中的载气带入FAIMS谱仪中，即可进行检测。
实施例2应用检测呼出气体的装置-检测肺癌
采用上述装置进行呼出气体的检测，包括以下步骤：首先，采集100名健康的人呼出的气体，检测呼出气体中的葵醛、苯乙酮、1，3-双(1，1-二甲基乙基)-苯的含量，分别计算各成分含量的平均值作为标准对照值，并计算标准方差，作为健康范围值，然后，取待测呼出气体进行测定，当各成分测定值高于或低于健康范围值即为肺癌阳性，当在健康范围值内时，即为肺癌阴性。
实施例3应用检测呼出气体的装置-检测肺腺癌与肺鳞癌
采用实施例1中的装置进行呼出气体的检测，包括以下步骤：首先，采集100名肺腺癌患者与100名肺鳞癌患者呼出的气体，检测呼出气体中的2-乙基-1-己醇、1，3-二甲基-苯、1，3-双(1，1-二甲基乙基)的量，分别计算各成分含量的平均值，作为标准对照值，并计算标准方差，作为患病范围值，然后，取待测呼出气体进行测定，当各成分测定值在肺腺癌范围值内即为肺腺癌，当各成分测定值在肺鳞癌范围值内即为肺鳞癌。
实施例4应用检测呼出气体的装置-检测良性肺癌与转移性肺癌
采用实施例1中的装置进行呼出气体的检测，包括以下步骤：采集100名良性肺癌患者与100名转移性肺癌患者呼出的气体，检测呼出气体中的检测呼出气体中含有的1-辛烯的量，计算其含量的平均值，作为标准对照值，并计算标准方差，作为患病范围值，然后，取待测呼出气体进行测定，当各成分测定值在良性肺癌范围值内即为良性肺癌，当各成分测定值在转移性肺癌范围值内即为转移性肺癌。
实施例5应用检测呼出气体的装置-检测慢性肺阻塞与哮喘
采用实施例1中的装置进行呼出气体的检测，包括以下步骤：采集100名慢性肺阻塞患者与100名哮喘患者呼出的气体，检测呼出气体中的检测呼出气体中含有的苯乙烯、1-甲基-2-(1-甲基乙基)-苯、丁基羟基甲苯、2，4-二甲基-1-庚烯、丙基苯、3，7-二甲基-丙酸乙酯(E)-2，6-辛二烯-1-醇、(1-甲基乙基)苯、(1-甲基丙基)环辛烷、2，2-二甲基丙酸、2-乙基己基十四烷基酯草酸、2-丁基-1-辛醇、十二烷、1-氯十九烷、3-乙基-2，2-二甲基戊烷、1，1′-氧双辛烷、一氧化氮的量，分别计算各成分含量的平均值，作为标准对照值，并计算标准方差，作为患病范围值，然后，取待测呼出气体进行测定，当各成分测定值在慢性肺阻塞范围值内即为慢性肺阻塞，当各成分测定值在哮喘范围值内即为哮喘。
实施例6应用气体检测装置-检测室内二甲苯含量
采用实施例1中的装置进行室内空气的检测，包括以下步骤：采集室内空气，由样品入口端注入本实施例的装置中，检测二甲苯含量，当二甲苯含量超过50mg/m3即超标。
实验例
下面采用以下实验对本发明的装置检测的准确率进行验证：
取50名采用PET成像法确诊为肺癌的患者，采用实施例1中的方法进行呼出气体的检测，其中48名患者的检测结果为阳性，与PET成像法确诊结果一致，即，采用本发明的装置检测肺癌的准确率为96％。
取50名确诊为良性肺癌的患者、50名确诊为转移性肺癌的患者，采用实施例3中的方法进行呼出气体的检测，其中，良性肺癌患者的检测结果与确诊结果一致的为45名，转移性肺癌患者的检测结果与确诊结果一致的为47名，即，采用本发明的装置检测良性肺癌与转移性肺癌的准确率在90％左右。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种检测呼出气体的装置，其特征在于，包括连接样品入口端的检测呼出气体的FAIMS谱仪以及与所述FAIMS谱仪串联为回路的载气循环系统；所述载气循环系统包括：提供载气循环动力的泵、质量流量控制器以及过滤器；所述FAIMS谱仪的芯片迁移沟道的宽度为35μm。
2.根据权利1中所述的装置，其特征在于，所述过滤器包括活性炭过滤器、分子筛过滤器以及活性炭/分子筛过滤器。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述质量流量控制器设有2个。
4.根据权利要求1-3中任一所述的装置，其特征在于，所述FAIMS谱仪的芯片为在硅片上通过等离子体深刻蚀形成沟道。
5.权利要求1-4中任一所述的装置在检测1-辛烯、葵醛、苯乙酮、1，3-双(1，1-二甲基乙基)-苯、2-乙基-1-己醇、1，3-二甲基-苯、1，3-双(1，1-二甲基乙基)、苯乙烯、1-甲基-2-(1-甲基乙基)-苯、丁基羟基甲苯、2，4-二甲基-1-庚烯、丙基苯、3，7-二甲基-丙酸乙酯(E)-2，6-辛二烯-1-醇、(1-甲基乙基)苯、(1-甲基丙基)环辛烷、2，2-二甲基丙酸、2-乙基己基十四烷基酯草酸、2-丁基-1-辛醇、十二烷、1-氯十九烷、3-乙基-2，2-二甲基戊烷、1，1′-氧双辛烷、一氧化氮等气体中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，检测呼出气体中，所述葵醛、苯乙酮、1，3-双(1，1-二甲基乙基)-苯的含量以指征肺癌。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，检测呼出气体中，所述2-乙基-1-己醇、1，3-二甲基-苯、1，3-双(1，1-二甲基乙基)的含量以指征肺腺癌与肺鳞癌。
8.根据权利要求5所述的用途，其特征在于，检测呼出气体中，所述1-辛烯的含量以指征良性肺癌与转移性肺癌。
9.根据权利要求5所述的用途，其特征在于，检测呼出气体中，所述苯乙烯、1-甲基-2-(1-甲基乙基)-苯、丁基羟基甲苯、2，4-二甲基-1-庚烯、丙基苯、3，7-二甲基-丙酸乙酯(E)-2，6-辛二烯-1-醇、(1-甲基乙基)苯、(1-甲基丙基)环辛烷、2，2-二甲基丙酸、2-乙基己基十四烷基酯草酸、2-丁基-1-辛醇、十二烷、1-氯十九烷、3-乙基-2，2-二甲基戊烷、1，1′-氧双辛烷、一氧化氮的含量以指征慢性肺阻塞与哮喘。
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|---|---|---|---|---|
| CN109668818A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-23 | 宁波大学 | 基于激光烧蚀的细胞分析装置及方法 |
| TWI664411B (zh) * | 2018-10-12 | 2019-07-01 | 國立交通大學 | 氣體感測系統 |
| WO2020049300A1 (en) * | 2018-09-04 | 2020-03-12 | Owlstone Medical Limited | Diagnosis of cancer |
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