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- AI 集成微型傳感器實(shí)現(xiàn)呼出氣體全成分分析，疾病篩查進(jìn)入 “呼吸檢測(cè)時(shí)代”
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2025/8/7
瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）生物電子研究所研發(fā)的微型氣體傳感器陣列，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)呼出氣體中 500 種揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的同時(shí)檢測(cè)，對(duì)肺癌、糖尿病等 12 種疾病的綜合檢出率達(dá) 94%。相關(guān)成果發(fā)表于《分析化學(xué)》，標(biāo)志著 “呼吸檢測(cè)” 有望成為繼血液、影像之后的第三大臨床診斷支柱。
這款傳感器芯片尺寸僅 1.5×1.5 厘米，厚度 2 毫米，集成了 16 種不同納米材料的傳感單元：包括碳納米管、金屬有機(jī)框架（MOFs）和過渡金屬氧化物等，每種材料對(duì)特定類別 VOCs 具有選擇性吸附能力，吸附后會(huì)引起材料電導(dǎo)率變化。通過 16 通道同步采集的信號(hào)圖譜，經(jīng)訓(xùn)練后的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）可識(shí)別出特征 “呼吸指紋”。
“我們的 AI 模型使用 3200 名志愿者（包括健康人和 12 種疾病患者）的 10 萬份呼吸樣本進(jìn)行訓(xùn)練，其中肺癌患者的呼出氣體中，2 - 丁酮和苯乙烯的濃度比健康人分別高出 3.2 倍和 2.7 倍�！� 研究人員塞巴斯蒂安・豪爾教授展示的臨床數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)對(duì) Ⅰ 期肺癌的檢出靈敏度達(dá) 91%，而傳統(tǒng)低劑量 CT 檢查僅為 73%；對(duì) 2 型糖尿病的檢測(cè)準(zhǔn)確率達(dá) 93%，且無需空腹。
技術(shù)突破體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是采用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）工藝批量制備傳感單元，使單個(gè)芯片成本從原型機(jī)的 200 美元降至 15 美元；二是開發(fā)恒溫控制模塊，將環(huán)境溫度波動(dòng)（15-35℃）對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響控制在 1% 以內(nèi)；三是設(shè)計(jì)低功耗讀取電路，使整個(gè)系統(tǒng)功耗僅 12 毫瓦，可由紐扣電池供電工作 6 個(gè)月。
該技術(shù)已通過歐盟 CE 認(rèn)證，瑞士羅氏集團(tuán)以 8500 萬歐元收購了相關(guān)專利，計(jì)劃分兩階段推進(jìn)商業(yè)化：2026 年首先在歐洲醫(yī)院推出桌面式檢測(cè)設(shè)備，用于肺癌篩查和糖尿病監(jiān)測(cè)；2028 年集成到智能手環(huán)等可穿戴設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)每秒 1 次的實(shí)時(shí)呼吸監(jiān)測(cè)，用戶可通過手機(jī) APP 查看代謝指標(biāo)變化。蘇黎世大學(xué)醫(yī)院的初步臨床應(yīng)用顯示，該技術(shù)使體檢中心的疾病篩查效率提升 4 倍，患者等待時(shí)間從 2 小時(shí)縮短至 15 分鐘。
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