呼气分析（Breath Analysis）作为一个始于中医“闻”诊和古希腊的领域，以其无创、便捷和快速的优势，得到了越来越多的关注。自1971年两届诺贝尔奖得主Linus Pauling开创现代呼气分析领域至今，已发现人的呼出气体中含有2000多种挥发性有机物（VOCs），与疾病及代谢异常密切相关，并有碳-13同位素、一氧化氮、甲烷以及氢气等呼气标记物的检测，通过美国FDA认证并应用于临床。但是，相比目前已确定的2000多种VOCs，大量的呼气标记物与疾病及健康状态缺乏相关性研究，是呼气分析进入临床应用的重大挑战。而创新检测技术，实现呼气标记物高灵敏、高精准、快速在线的高效数据获取，是应对这一重大挑战的最有效方法。
近日，苏州医工所姜琛昱研究员系统深入分析了光腔衰荡光谱技术（Cavity Ringdown Spectroscopy,CRDS）在呼气标记物高效数据获取的影响因素，聚焦重要的呼气标记物之一丙酮，将自主设计的轻量压控谐振腔与新型多孔碳材料相结合，解决了呼气标记物检测中水蒸气干扰和谱线展宽的两大关键问题，研制出的CRDS呼出丙酮检测系统。该系统衰荡信号测量的相对标准偏差0.12%，响应时间1s，丙酮的检测极限144 ppb，检测线性度0.99921,在与检测“金标准”GC-MS的对比测试中，相关系数1.0025，仪器总质量小于5.0 Kg，各性能指标显著优于前期研究工作，并在运动管理、I型糖尿病监测和酮症诊断等临床代谢的相关应用中，完成了2000余例呼气样本高灵敏、高精准、实时在线检测，不但为糖尿病的动态监测与管理提供了新思路，也为呼气分析领域“探索新方法，开发新技术，研制新仪器，催生新应用”提供了可行的解决方案。
图1 新型轻量压控谐振腔与多孔碳材料
图2 光谱式呼出丙酮分析仪的性能
图3 光谱式呼出丙酮分析仪的应用
相关研究成果以“Real-time accurate detection and analysis of breath acetone using CRDS: Toward metabolic dynamic monitoring and potential application”为题，发表于Sensors and Actuators B: Chemical期刊（中国科学院一区）。博士生孙靖为论文第一作者，姜琛昱研究员为论文通讯作者。本研究得到国家重点研发计划项目和国家自然科学基金重大科研仪器研制项目的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2025.137422
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