呼出气微生物采集技术及其应用研究进展

呼出气检测在肺癌诊断上的应用现状和展望呼出气检测是指通过检测呼出气中的挥发性有机化合物（V olatile Organic Compounds，VOCs），对疾病作出判断的方法。

相比健康人群，肺癌患者呼出气中VOCs的成分存在着显著差异，通过检测VOCs诊断肺癌是一种新的诊断方法，具有无创、安全、敏感性和特异性较高、价格相对低廉的优势，有良好的应用前景。

标签：呼出气；检测；挥发性；有机化合物；肺癌通过对呼出气的检测，人们可以获得更多信息。

呼出气体检测通过检测人体呼出气体内相关的成分，从而对疾病的情况作出判断。

肺癌患者的呼出气也有一些特征性的改变，对呼出气进行检测，有可能成为一种新型、无创、简便、经济、敏感的肺癌诊断方法。

1.呼出气中挥发性有机化合物的定义呼气中的主要成分为N2、O2、CO2、水蒸气和惰性气体，另外还有一些含量很低的被称为挥发性有机化合物（V olatile Organic Compounds，VOCs）的成分。

其成分复杂，主要组分包括烃类、氧烃类、含卤烃类、氮烃类及硫烃类等。

2.呼出气体中的VOCs的产生机制人类呼出气体中已知存在的VOCs有500余种，它们可被分为外源性和内源性两类：内源性VOCs来源于人体血液中经由肺排出的代谢产物。

其中具有诊断意义的内源性VOCs主要包括：饱和烃类（如乙烷，戊烷）、不饱和烃类、含氧有机化合物、含硫有机化合物和含氮有机化合物。

动物实验及临床试验已证实呼出气体中的乙烷、戊烷的含量与脂质过氧化反应的活性之间存在着紧密联系，并可作为脂质过氧化反应的标志物。

饱和烃类在血液中的溶解度较低，因此易挥发并由呼吸从肺部排出。

呼吸气体中的不饱和烃类的代表主要是异戊二烯。

动物实验发现其产生与肺泡表面活性物质的氧化损伤有关。

呼吸气体中的VOCs产生与肺癌之間的关联尚不十分明确。

目前初步认为细胞癌变过程中增加了氧自由基的活动，这些氧自由基可引起蛋白质、多不饱和脂肪酸及DNA等的过氧化损伤，而细胞膜上的多种不饱和脂肪酸，通过脂质的过氧化反应，可转化为易挥发的烷烃类，如乙烷，戊烷等，这些烷烃类物质易通过呼吸气体排出。

40卷1期 2021年2月中国生物医学工程学报Chinese Journal o f Biomedical EngineeringVol. 40 No. 1February 2021呼气分析技术及其在临床诊断中的应用研究进展朱星卓赵董步甲郑懿烜宁炫苑昊吴春生*(西安交通大学基础医学院生物物理学系医学工程研究所，西安710061)摘要：呼气分析技术是一种通过检测呼出气体中特征性成分的变化，从而为临床诊断提供辅助信息的检査方法。

与传统方法相比，该技术具有无创伤、简捷、易实现等优点，在疾病的早期诊断与筛査过程中具有巨大潜力，但 在临床医学实际应用中尚存在一些问题亟待解决。

阐述呼气分析技术中呼气采集、检测方法以及在疾病诊断中的应用等三方面内容，对国内外呼吸诊断技术的发展和应用进行讨论，并对该技术目前存在的局限性和应用前景进行评述。

关键词：呼气分析；挥发性有机化合物；无创；早期诊断；筛査中图分类号：R318 文献标志码：A 文章编号：0258-8021(2021) 01-0107-11Advances in Exhaled Breath Analysis：A Potential Screening Tool and its Application in Clinical DiagnosisZhu Xingzhuo Zhao Dongbujia Zheng Yixuan Ning Xuan Yuan Hao Wu Chunsheng(Institute o f Medical Engineering, Department o f Biophysics t School o f Basic Medical Sciences,X i'an Jiaotong University,X i'an710061, China)Abstract：Exhaled breath analysis is a diagnostic tool that provides useful information for early clinical diagnosis by detecting the changes of characteristic com ponents in hum an breath. Compared with traditional m ethods, exhaled breath analysis provides a non-invasive, rapid and easy screening tool that has prom ising potential applications in early diagnosis and screening of diseases. H ow ever, there are still some problem s in the clinical applications of this technique. This review sum marized three a sp e c ts, including exhaled breath collection, m ultiple detection methods and the application of this technology in the diagnosis of various diseases. At last, we discussed the lim itations and prospects of exhaled breath analysis.Key words ：exhaled breath analysis ；volatile organic com pounds ；non-invasive ；early diagnosis；screening引言呼气分析技术是一种无创诊断技术，具有快速、易于被患者接受等优势，有着广阔的应用前景和商业化价值，已经成为一个热点研究领域，在世 界各国正越来越被重视。

利用微生物制药生产新型呼吸系统药物的研究进展近年来，呼吸系统疾病正日益成为全球公共健康问题，而寻求新型呼吸系统药物的研发及生产方式也成为生物医学领域的研究热点之一。

微生物制药作为一种新兴的制药技术，具备高效、环境友好等优势，正在成为研究呼吸系统药物的关键手段。

本文将着重介绍利用微生物制药生产新型呼吸系统药物的研究进展。

一、微生物制药在呼吸系统药物领域的优势微生物制药利用微生物进行大规模合成活性成分，具有以下几个优势，适用于呼吸系统药物的研发和生产。

首先，微生物制药技术能够高效合成多种呼吸系统疾病药物的前体。

通过基因工程技术和合成生物学手段，可将目标蛋白的编码基因导入微生物体内，利用微生物的代谢途径，合成目标化合物的前体。

这种方法能够大幅提高合成效率，降低生产成本，为新型药物的研发奠定基础。

其次，微生物制药具有优良的可控性。

通过对微生物的发酵条件进行优化调控，如微生物的培养温度、培养基组分等，可以调整活性成分的产量和纯度，确保产品质量的标准化。

最后，微生物制药具备环境友好性。

相对于传统的合成药物方法，微生物制药过程中不需要大量有机溶剂和高温高压反应，减少了对环境的污染，符合可持续发展的要求。

二、2.1 抗感染药物呼吸系统感染是导致呼吸系统疾病的一个重要因素。

目前，利用微生物制药技术研发抗感染药物已有一定突破。

以肺结核为例，利用大肠杆菌等常见微生物表达肺结核菌特异蛋白，可以高效合成肺结核疫苗并提高疫苗的免疫原性，减少疫苗副作用。

此外，通过筛选和改造微生物菌株，可合成具有抗菌活性的新型抗生素，如抗炎维拉菌素和抗菌青霉素等，用于治疗呼吸系统感染。

2.2 抗炎药物呼吸系统疾病中，炎症反应是导致疾病进展的一个主要机制。

利用微生物制药技术，可以生产具有抗炎活性的药物。

通过基因工程技术，将目标蛋白的基因导入大肠杆菌等微生物体内，并利用微生物的代谢途径合成抗炎蛋白。

这种方法具有高效合成的优势，可生产抗炎细胞因子、抗炎抗体等药物，用于治疗呼吸系统炎症相关疾病。

微生物气溶胶采集技术是一种用于采集空气中微生物气溶胶的技术，其特点和应用如下：
特点：
1.高效采集：微生物气溶胶采集技术能够高效地采集空气中的微生物气溶胶，包括细菌、真菌、病毒等微生物颗粒。

2.精准分析：采集到的微生物气溶胶可以进行后续的分析，包括微生物种类鉴定、数量测定等，从而对空气中微生物的分布和污染情况进行精准评估。

3.高灵敏度：采集技术能够对空气中微生物气溶胶进行高灵敏度的采集，能够捕获到微生物气溶胶中的微小颗粒。

应用：
1.环境监测：微生物气溶胶采集技术可以用于环境监测，对空气中微生物的种类和数量进行监测，评估环境中微生物的分布和污染情况。

2.疾病防控：在疾病防控领域，微生物气溶胶采集技术可以用于监测空气中的病原微生物，帮助及早发现和预防传染病的传播。

3.生物防护：在生物防护领域，微生物气溶胶采集技术可以用于评估空气中的微生物污染情况，指导生物防护设施的建设和管理。

总之，微生物气溶胶采集技术具有高效采集、精准分析和高灵敏度的特点，可以在环境监测、疾病防控和生物防护等领域发挥重要作用。

新型微生物检测技术的研究及应用探索近年来，随着生物学、化学、医学等领域技术的不断发展，新型微生物检测技术也随之不断更新和升级。

这些新技术已被广泛应用于食品安全、公共卫生、环境监测等领域，并为人类的健康保驾护航。

本文将深入探讨新型微生物检测技术的研究进展及应用探索。

一、PCR技术PCR技术是近年来最常用的微生物检测技术之一。

该技术通过特异性引物和逆转录酶，将DNA反转录成cDNA，并不断复制使其达到可检测的浓度，并通过标记和杂交基准序列，检测目的物。

该技术拥有操作简单、准确灵敏、检测结果迅速等优点，性价比较高，是目前最为广泛应用的技术之一。

二、NGS技术NGS (Next Generation Sequencing) 技术又称下一代测序技术，是现代微生物学研究中的一项革命性技术，可快速测序目标DNA或RNA，并产生大量序列信息。

NGS技术在微生物检测中广泛应用，尤其是在分子流行病学中具有很大潜力。

通过分析微生物遗传信息的变异，该技术可以快速鉴定、分类和定量目标微生物，甚至是获得新物种的信息。

三、微流控芯片技术微流控芯片技术 (Microfluidic Chip Technology) 是一种高度微型化的综合技术，可以将操作和分析过程集成在一个芯片中进行。

该技术主要通过微管道、阀门、泵等微结构实现微小液滴的移动和合并，从而逐渐完成一系列的检测工作。

微流控芯片技术在微生物检测中应用广泛，可以快速检测微生物数量、鉴别不同的微生物、检测细胞的表型、功能以及微生物群落的结构等。

四、质谱技术质谱技术是一种现代分析技术，可以通过质量测量和分析，将物质分子与碎片分子通过质谱仪进行分离，获得目标物质的分子信息。

该技术在微生物检测领域广泛应用，可以提供微生物分子特征的定性和定量信息、测量生物分子的相对丰度、结构、分子量等。

五、生物芯片技术生物芯片技术又称 microarray 技术，是一种用来检测RNA、DNA、蛋白质及代谢产物等的先进技术。

微生物处理技术在环境工程中的应用研究【摘要】微生物处理技术在环境工程中的应用是当前环境保护领域的热点之一。

本文首先介绍了微生物处理技术在废水处理、土壤污染修复、大气污染控制、垃圾处理和环境监测等方面的应用情况，重点分析了微生物处理技术在不同环境问题中的优势和局限性。

对微生物处理技术在环境工程中的应用前景进行了展望，提出了未来的研究方向。

通过本文的研究，可以更好地了解微生物处理技术在环境工程中的作用，促进环境保护领域的技术创新和发展。

【关键词】关键词：微生物处理技术，环境工程，废水处理，土壤污染修复，大气污染控制，垃圾处理，环境监测，应用研究，前景展望，未来研究方向。

1. 引言1.1 研究背景微生物处理技术在环境工程中的应用研究引言：随着工业化进程的不断加快和城市化进程的蓬勃发展，环境污染已经成为全球性难题。

废水处理、土壤污染修复、大气污染控制、垃圾处理等环境问题已经日益凸显，给人类生存和发展带来了严重威胁。

传统的环境治理方法往往成本高昂、效果不佳，而微生物处理技术由于其独特的优势正逐渐受到人们的关注。

微生物处理技术是利用生物制剂、微生物及其代谢产物等对环境中的有害物质进行去除或降解的技术。

与传统的化学方法相比，微生物处理技术具有操作简便、成本低廉、无二次污染等优点，被认为是一种环保、可持续的环境治理方法。

目前微生物处理技术在环境工程中的应用还存在一些问题和挑战，如微生物的抗逆性、对环境变化的适应能力等需要进一步研究。

本文旨在系统总结微生物处理技术在环境工程中的应用研究现状，探讨其未来发展方向，为环境问题的有效治理提供参考。

1.2 研究意义微生物处理技术在环境工程中的应用研究具有重要的意义。

微生物处理技术可以有效地降解废水中的有机污染物，减少水体污染，保护水资源，维护生态平衡。

微生物处理技术可以促进土壤污染的修复，减少土壤污染对农作物生长和人体健康的危害，提高土壤质量，保护农田生态系统。

微生物处理技术在大气污染控制、垃圾处理和环境监测中的应用也能够有效地减少环境污染物的排放，改善空气质量，维护城市环境卫生。

生物气体处理技术的研究及应用生物气体处理技术是一种利用生物学方法处理废气、排气和废水中的有机物，包括细菌、真菌、植物等的技术。

这种技术能够高效地转化有机物为无害的物质，满足环境保护和可持续发展的要求。

本文将探讨生物气体处理技术的研究进展及其在实际应用中的潜力。

首先，研究生物气体处理技术的基本原理和机制。

生物气体处理技术是利用微生物代谢能力和酶系统将有机物转化为无害物质的过程。

研究者通过对微生物菌株的鉴定和分离培养，分析微生物代谢途径和酶系统的组成及功能，揭示生物气体处理技术的基本原理和机制。

其次，研究生物气体处理技术的工艺参数和操作条件。

生物气体处理技术的效果受到很多因素的影响，包括菌种选择、温度、pH值、废气浓度、营养物浓度等。

研究者通过调整这些因素，优化生物气体处理技术的工艺参数和操作条件，提高处理效率和稳定性。

再次，研究生物气体处理技术的工程应用。

生物气体处理技术已经在多个领域得到了应用，包括废气处理、有机废水处理、垃圾处理等。

研究者通过建立实验室和中试装置，研究生物气体处理技术在不同条件下的应用效果，为其工程化应用提供理论和实验依据。

生物气体处理技术的应用潜力巨大。

首先，生物气体处理技术可以有效地将废气中的有机物转化为无害物质，减少对大气环境的污染。

例如，生物气体处理技术可以将废气中的甲醛、苯等有机物转化为二氧化碳和水，减少有害气体的排放。

其次，生物气体处理技术可以有效地处理有机废水，实现资源的回收利用。

例如，植物菌根系统可以吸收废水中的重金属等有害物质，同时将废水中的有机物转化为植物可利用的养分，实现废水的净化和资源的回收利用。

再次，生物气体处理技术可以实现垃圾的无害化处理和资源化利用。

例如，生物气体处理技术可以通过微生物代谢将垃圾中的有机物转化为沼气，既减少了垃圾的体积，又可以作为能源供给使用。

同时，生物气体处理技术也可以将垃圾中的重金属等有害物质转化为无害物质，减轻对环境的影响。

总之，随着环境保护意识的提高和对可持续发展的追求，生物气体处理技术在废气处理、有机废水处理、垃圾处理等方面发展前景广阔。

空气微生物采样及发展趋势李涛(成都市疾病预防控制中心，四川610021)空气中微生物主要来源于土壤、水体表面、动植物、人体及生产活动、污水污物处理等⋯，其组成浓度不稳定，种类多样，有细菌、真菌、病毒、噬菌体等【3 J。

空气中微生物以气溶胶形式存在，气溶胶即固态或液态微粒悬浮在气体介质中的分散体系。

空气中悬浮的带有微生物的尘埃、颗粒物或液体小滴，就是微生物气溶胶⋯I。

空气中微生物的多少是空气质量的重要标准之一。

要了解空气中微生物的含量、种类、成分就必须将稀疏地散布的微生物气溶胶粒子采集到局限性的表面和小体积的介质中，以便观察和分析，这就需要特殊设计的空气微生物采样器。

自1679年荷兰人列文虎克发明了显微镜以来，两个世纪后的1861年法国科学家巴斯德第一次从空气中采到了微生物，从此开辟了空气微生物采样的新领域【4J。

100多年来，设计了多种多样的采样器，归纳起来可分为五类，即惯性撞击类、过滤阻留类、静电沉着类、温差迫降类和生物采样类。

本文仅就医疗卫生方面采用的型别予以简要介绍。

1 惯性撞击类1．1 自然沉降法自然沉降法是德国细菌学家K0dl早在1881年建立的。

它是利用空气微生物粒子的重力作用，在一定的时间内，让所处区域的空气中微生物颗粒逐步沉降到带有培养介质的平皿内的一种采样方法。

本法虽然古老，但由于其所需设备简单，方法易行，能对空气污染情况作初步了解，因此在相当长的时期内是空气微生物检测的一种最常用的方法，在我国广大基层医疗卫生部门仍被广泛利用。

其主要缺点是：(1)由于地心吸引弱，小粒子很难在短时间内采集到，特别是对呼吸道感染有重要意义的1—5tan微粒，在空气中沉降速度慢、悬浮时间长，沉降法对其捕获率低。

(2)容易受外界气流影响。

(3)我国较普遍使用奥姆斯基公式将平板上长出的菌落数，换算成一定体积空气中的微生物含量。

奥姆斯基根据经验设定：营养琼脂上暴露5m．m后生长的菌落相当于10L空气中的微生物颗粒。

生物气息识别技术及其应用研究生物气息识别技术是一种新兴的生物识别技术，它是根据人和动物的气息特征进行身份认证和识别的技术。

这种技术长期以来一直备受关注，目前研究的前景十分广阔，具有很大的应用潜力。

本文将介绍生物气息识别技术的原理、特点以及应用研究进展。

一、生物气息识别技术原理生物气息识别技术是一种非接触性、无线电、无线光、智能化的身份识别和安全控制技术，其原理是海面气体湍流传输、分散和稀释。

身体代谢产生的有机物在人体内部分解为二氧化碳和水，其中部分的二氧化碳被通透性强的皮肤、肺道、口腔等部位排放出来，形成人和动物的气息。

每个人和动物的呼出的空气成分、含量和比例都是不同的，被称为生物气息。

生物气息含有大量的化学物质，如胆固醇、游离脂肪酸、酮体、氨基酸等，这些化学物质在人和动物体内各自产生，由其个体性决定，这就成为生物气息识别技术的基础。

二、生物气息识别技术特点生物气息识别技术相比其他生物识别技术具有以下特点：1、非接触性：生物气息识别技术不需要直接接触人体或动物就能进行识别，对于无法接触的物品或生物也能进行识别；2、高嗅辨性：生物气息识别技术能够精准地识别人和动物身上散发的气味，因为每个人和动物的气味都是独特的；3、高安全性：生物气息识别技术的身份识别准确性高，易于识别和记录，是一种安全可靠的识别方式；4、便捷性：生物气息识别技术采用非接触式技术，不会影响个体正常的生活工作，使用也比较简单，操作也比较容易上手。

三、生物气息识别技术应用生物气息识别技术可以应用于许多领域，如：1、安全保障领域：生物气息识别技术能够进行身份识别，可以被应用于高档住宅、政府机关、大型企事业单位等进行安全控制。

2、医学诊断领域：生物气息识别技术可以通过监测身体内部有机物的变化，达到判别疾病、监测疾病进程、评估疗效等效果。

3、机器人交互领域：生物气息识别技术可以用来改善机器人的人机交互，提高机器人的拟人化效果。

4、保健品领域：生物气息识别技术可以用于保健品的筛选和开发。

大气微生物研究及其在环境变化监测中的应用随着工业化和城市化的快速发展，大气环境污染已经成为现代社会所面临的重要问题之一。

其中，大气微生物是一个非常重要的环境因子，它们不仅影响着空气质量，而且还能够影响全球气候变化。

因此，研究大气微生物及其在环境变化监测中的应用是非常必要和紧迫的。

一、大气微生物的种类和分布大气微生物是指在大气层中存在并参与大气化学和生态循环的微生物类型，包括细菌、真菌、病毒和其他微生物。

它们主要存在于大气边界层、云雾水滴、降水、土壤、植被表面等。

这些微生物借助空气流动和水分的传递进行迁移和传播。

大气微生物的种类和分布与环境因素密切相关。

在大气层中，细菌是数量最多的微生物种类，其中典型的空气细菌包括 Bacillus、Staphylococcus、Streptococcus和Pseudomonas等。

真菌在大气中的数量相对较少，主要包括未解析的微型真菌和霉菌等。

病毒是最小的微生物类型，主要存在于降水和云雾水滴中。

此外，大气微生物的分布还与温度、湿度、静电场、风力等多种环境因素有关。

二、大气微生物的环境效应大气微生物对环境和人类健康产生着重要的影响。

首先，大气微生物对全球气候变化产生着影响。

例如，云雾水滴中存在的大气微生物可以影响云雾形成和降水的分布，从而对全球气候产生影响。

此外，大气微生物还可以吸附和转化空气中的气体，如二氧化碳、甲烷等，从而影响大气化学反应和气候变化。

其次，大气微生物对生态系统具有重要的作用。

例如，微生物可以降解空气中的有害物质，去除大气中的污染物。

同时，微生物还可参与土壤养分循环和生物通量等重要生态过程。

最后，大气微生物对人类健康也会产生影响。

例如，大气中存在的细菌、霉菌等微生物可能对人体呼吸系统产生直接影响，引发呼吸道疾病等健康问题。

此外，大气中存在的病毒也会对人类健康产生影响，如人类呼吸道合胞病毒等。

三、大气微生物在环境变化监测中的应用大气微生物在环境变化监测中具有重要的应用价值。

呼出气二氧化碳监测仪的研究进展及其在非气管插管患者中的应用张小青(综述);李民(审校)【摘要】[Summary] Alveolar hypoventilation and respiratory depression occur frequently in a variety of clinical settings where patients receive sedatives or opioids .Current clinical guidelines recommend capnography as one of the best non -invasive methods , which should be routinely used for non-intubated patients with high respiratory depression risk .This article reviewed the current evidences for the application of capnography in non-intubated patients and summarized the outcomes in recent clinical trials .The clinical studies support the use of this non-invasive technique .Clinicians should not solely rely on pulse oximetry in assessing patients with high risk of respiratory depression .%肺泡通气不足和呼吸抑制常见于接受镇静药物或阿片类药物的患者。

目前的临床指南均推荐将无创的呼出气二氧化碳监测仪作为有呼吸抑制风险的非插管患者的常规监测方法。

呼气试验的临床应用一定义任何呼出气成分测定均可称为呼气试验。

有关消化系统的呼气试验最多，如尿素呼气试验（UBT）、呼气氢试验（BHT）、碳标记脂肪酸、辛酸呼吸试验等。

重水呼气试验（快速判断人体水分含量）、NO测定分析气道顺应性、结核脂肪酸诊断肺结核、检测呼气冷凝液中Ca2+、K-ras基因及VOS诊断肺癌目前在临床应用最多最广泛的是UBT和BHT。

二两种呼气试验的原理UBT：Hp检测分为有创和无创两种。

有创检查包括胃黏膜活检病理检查和快速尿素酶试验，无创检查包括血清Hp抗体检测及UBT。

UBT创建于1988年，1995年国内徐采朴、陈洁平等人结合国人的特点进行了改进为低剂量胶囊微量法14C-UBT，使得Hp感染的检测更准确、简便、快速、安全(14C-尿素的量为国外的1/4-1/2，有文献报道2天的自然源射线就超过1次14C-UBT射线，故14C-UBT产生的射线对人体的影响是很低的。

)和经济。

Hp非常顽固，一旦受感染，如非正规治疗，将终身受累，其治愈率接近零，且Hp根除后血清中相应抗体水平虽会下降，但仍可维持在阳性以上超过半年，故血清学结果难以明确病人Hp感染的时间及现时有否Hp感染。

经与细菌学培养及病理组织学对比结果认为该检查可作为诊断Hp感染的金标准。

呼气试验反映Hp现时感染。

纤维蛋白原是发生冠心病的非常重要的因素，C反应蛋白是冠心病的危险因素之一。

胃炎及消化性溃疡：一是漏屋假说：毒素、毒性酶及致炎作用（自身激活巨噬细胞释放IL-8及抗原体反应形成免疫复合物，吸收中性粒细胞细胞引起炎性反应，引起胃黏膜屏障的破坏，酸腐蚀发生胃炎或溃疡。

）二是胃泌素联系学说：胃窦部Hp感染增加此部位的胃泌素释放，引起循环的胃泌素水平升高，引起高胃酸致胃黏膜损害。

胃恶性肿瘤血清回顾性调查发现Hp感染阳性者发生胃癌的危险是阴性者的8倍。

目前认为胃黏膜发生癌变的过程如下：慢性活动性胃炎✦慢性萎缩性胃炎✦肠化生✦不典型增生✦癌变。