近日，浙江大学的研究团队开发出一种超灵敏的纳米级传感器，能够通过检测呼气中的化学物质，帮助医生早期诊断疾病，包括癌症。这项研究由刘平伟博士、王庆跃博士及其同事带领，团队在小规模测试中，利用这种传感器成功识别出了肺癌患者呼气中异戊二烯含量的显著变化。研究团队使用了基于三氧化二铟（In₂O₃）的Pt@InNiOx纳米片，检测出异戊二烯的最低浓度为2 ppb，这已是目前已知的最低检测限，为癌症筛查提供了新的可能。
该研究被认为是利用呼气分析进行低成本、无创癌症筛查的重大突破，并推动了前沿气体传感材料的设计进展。研究团队在《ACS Sensors》期刊上发表了这一成果，题为《用于肺癌诊断的超灵敏In₂O₃基纳米片及其光谱学机制研究》。文中指出，Pt@InNiOx纳米片具备快速、低成本的肺癌诊断潜力，意义深远，并有助于动态健康监测。
气体传感器在包括医疗保健在内的多个领域变得越来越重要，尤其是在人体呼气分析方面。人体呼气中包含多种内源性挥发性有机化合物（VOCs），可作为多种疾病的生物标志物。据研究，肺癌患者呼气中异戊二烯的含量相对较低，异戊二烯是一种反映异常胆固醇代谢的典型生物标志物，其浓度可用于诊断肺癌。
然而，呼气分析具有极高的技术要求，传感器需要具备极高的灵敏度，能够在十亿分之一（ppb）范围内检测异戊二烯，还需具备区分异戊二烯和其他呼气成分的能力，并适应呼气的湿度。此前的研究多聚焦于金属氧化物半导体（MOS）材料，包括三氧化二铟。然而，刘和王领导的团队进一步改进了基于三氧化二铟的传感器，使其能检测到呼气中自然存在的低浓度异戊二烯。实验表明，其中的Pt@InNiOx纳米片表现最佳，能灵敏检测到2 ppb的异戊二烯浓度，这一灵敏度远超以往传感器。此外，该传感器对异戊二烯的响应优于其他常见挥发性化合物，并在九次模拟测试中表现出一致的效果。
研究团队通过实时分析发现，均匀分布在纳米片上的Pt纳米簇可催化异戊二烯的活化，使传感器表现出超高灵敏度。研究指出，Pt@InNiOx纳米片的高灵敏度源于Pt纳米簇对异戊二烯的激活作用，以及纳米片形态增强了异戊二烯的吸附和电子相互作用。
为了展示这种传感器的医疗应用前景，研究人员将Pt@InNiOx纳米片集成到便携式检测设备中，通过采集的呼气样本直接读取异戊二烯浓度。在对13名受试者（其中5人为肺癌患者）的测试中，设备检测到癌症患者样本的异戊二烯浓度低于40 ppb，而健康个体的异戊二烯浓度高于60 ppb。“我们成功将这些超灵敏的Pt@InNiOx纳米片集成至便携式电子设备中，可区分出肺癌患者（呼气异戊二烯低于40 ppb）和健康人群（异戊二烯高于60 ppb），这为临床准确诊断提供了可能性，”研究团队表示。
研究人员认为，这一传感技术有望成为非侵入性肺癌筛查的突破，能改善患者预后，甚至拯救生命。“我们的研究验证了Pt@InNiOx传感器在现实场景中的有效性，显示出其快速、低成本诊断肺癌的潜力。”此外，他们指出，要将该技术商用化用于肺癌诊断，还需要进一步研究传感材料、数据分析、设备集成等方面，并深入研究呼气异戊二烯与肺癌的关系。“随着这些问题的解决和临床试验的完成，呼气异戊二烯传感技术有望成为无创肺癌检测的变革性工具，最终拯救生命，改善医疗保健。”
参考资料：https://www.genengnews.com/topics/cancer/evidence-of-lung-cancer-detected-in-breath-using-ultrasensitive-nanoflake-nanosensors/
编辑：王洪
排版：李丽
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