巴黎——很快，一种像呼气测醉器一样快速和简单的机器就可以被用来从呼出的空气中检测出COVID-19。来自里昂催化与环境研究所(IRCELYON - Lyon Institute for research on catalyse and The Environment)的研究小组正在研究对呼出空气中挥发性有机化合物(VOCs)的分析，以检测COVID-19。
IRCELYON的副主任Christian George告诉《生物世界》:“我们应用了我们在大气化学和空气质量方面的专业知识来测试这个新方案，它通过分析患者呼出的空气来检测COVID-19病毒。”
原理和酒精测试相似
IRCELYON是法国国家科学研究中心和位于里昂的克劳德·伯纳德大学的联合研究项目，该大学专门研究大气和环境物理化学。多年来，他的团队一直在开发测量空气的新技术，“用从微米到纳米的超细颗粒的可再生量化，”George说。
这个想法并不新鲜:1954年，酒精测试仪可以分析血液中的酒精含量。从那以后，研究人员发现呼出的空气中含有数千种由我们的新陈代谢产生的分子，它们的组成根据我们的健康状况而变化。在感染过程中，我们的细胞被病毒控制并产生病毒蛋白，从而损害了它们的大部分正常活动。因此，感染者从肺部排出的颗粒可能与健康人的不同。
人类呼吸中挥发性有机化合物的分析一直是人们研究的课题。然而，大多数人都遇到了同样的障碍:可作为疾病标记的挥发性分子的浓度一直非常低，通常在万亿分之一到十亿分之一之间。“更糟糕的是，作为一个潮湿和炎热的环境，呼出的空气不适合测量，并挑战了结果的可靠性，”乔治说。这种方法在纸面上很有前景，但在实际应用中却花费了很长时间。
IRCELYON的物理化学家团队与另外两个研究团队，以及里昂一家医院的传染病专家和重症监护团队合作。因此，位于里昂的INSERM传染病研究中心(CIRI)、克罗伊斯-鲁兹医院重症监护室和感染疾病室一直在提供针对COVID-19的临床数据，并为COVID-19项目开展呼吸测试的临床方面的工作。
里昂分析科学研究所(ISA)研究了这种新诊断技术背后的统计模型，ISA是欧洲最大的研究中心之一，专门从事理论化学、建模、生物化学、分析化学和物理研究。里昂研究项目得到了Auvergne ronne - alpes地区、法国政府和欧洲区域发展基金(ERDF)提供的资助。
新一代挥发性有机化合物质谱仪
瑞士Tofwerk AG公司为这个研究项目提供了特别设计的尖端质谱仪。Tofwerk最近推出了Vocus PTR-TOF，这是新一代质子转移反应质谱仪，可以在工业和实验室中对VOCs进行灵敏、实时的检测。“我们的仪器通常用于大气科学分析清洁空气。Vocus trr - tof正在各种应用中进行试验，从检测钻井平台的排放到在实验室样本中识别芬太尼，”Tofwerk的首席执行官Marc Gonin告诉《生物世界》。
Tofwerk的Vocus PTR-TOF是一种敏感的在线VOC分析仪，可以同时检测数百种挥发性化学物质，含量为万亿分之几。气体样品直接分析，不需要任何准备，结果在极高的速度实时报告。在呼吸分析方面，Vocus PTR-TOF配备了一个加热的呼吸口和一次性的非再呼吸口器，以避免潜在感染患者之间的疾病传播风险。这个便携式系统大约有家用冰箱大小，重350磅，几乎可以安装在任何地方，包括临床检查室或筛查检查点。
George说:“Tofwerk公司生产的这种新设备符合我们的标准，检测阈值超低，灵敏度水平为千万亿分之一(1 ppq: 10-12)，而其他技术的平均灵敏度为十亿分之一(1 ppq: 10-9)。”此外，VOC的测量不受样品相对湿度的影响。该系统的质量分辨率可达1.5万，能够识别复杂化合物中的等压化合物，并且该系统具有用户友好的数据采集接口和用于分析高分辨率数据的后处理图形软件。
鉴定COVID-19挥发性有机化合物特征的临床试验
在过去的五个月里，里昂研究联盟一直在克罗伊斯-鲁兹医院的重症监护病房和传染病病房测试这种设备。乔治说:“当一个人向该设备呼气时，我们会记录呼出空气的化学成分。”他补充说，每次呼气每秒包含3万条信息。他的团队与ISA研究人员进行了统计处理，以找出是什么信息将COVID-19患者与健康人区分开来。最初的计算表明，它们确实可以区分感染的人和健康的人。
在数十人身上使用了三个月后，该设备进入了第二阶段的试验，其中20人感染了病毒，其他人没有。乔治说:“这是关于识别患者呼吸中COVID-19的特征，也就是说，在患者每秒钟呼出的空气中测量的3万个字节信息中，有数千个特定于COVID-19的挥发性有机化合物。”
由ISA领导的在医院收集的数据正在进行严格的数学分析，以确定COVID-19的潜在分子生物标记物。他说:“初步结果显示，我们的方向是正确的。然而，我们仍然保持谨慎，因为我们的目标是在年底之前提出精确和可重复的结果，”George说。克罗斯-鲁兹医院重症监护室主任让-克里斯托夫•理查德说:“这种快速检测意味着我们可以立即得到结果，然后将患者转移到医院的正确位置。因为我们有几种有效的治疗方法，我们可以越快的诊断，我们可以越快的治疗他们。”
同时对数百种挥发性有机化合物进行量化的能力为强大的呼吸指纹识别打开了大门，从而可以根据独特的新陈代谢和挥发性有机化合物标记检测出COVID-19或其他感染，如退伍人员疾病或癌症。与基于swb的COVID诊断方法相比，收集和分析每个样本需要几分钟到几小时的时间，Vocus pt - tof的实时特性显示了每分钟筛选一个或更多的人的潜力。问题将是，如何使这项技术更小，更便宜。这台新设备价值46万美元。
