基于整体膜萃取的人体呼出气体采样器的研制及其在肺癌气体代谢标志物分析中的应用研究

本项目提出采用整体膜吸附萃取－气相色谱－质谱联用体系进行人体呼出气体中挥发性有机物质（VOCs）研究的新思路，旨在探索一种安全、无损、在线、集成化的人体呼出气体采集器及其在肺癌气体代谢标志物检测中的应用新方法，初步构建肺癌气体代谢组学在临床早期诊断方面的应用新领域。选用大而薄的刚性多孔筛板作为支撑骨架，采用原位光引发聚合制备整体膜吸附材料，并结合唾液捕集肼、水蒸气捕集肼以及管壁去活化修饰等设计，构建人体呼出气体采集装置。根据人体呼出气体代谢标志物（如戊烷、 庚烷、 苯、庚醛、己醛和异丙醇）性质不同，设计具有特殊功能的有机聚合物整体柱材料，实现痕量代谢物的高选择性萃取；将样品的选择性萃取和在线衍生化相结合，提高分析灵敏度；采用氟化石墨改性的有机硅修饰采样管内壁以降低分析物的吸附损失，保证分析准确度。通过肺癌患者和健康对照组的比对，筛选出潜在的肺癌生物标志物，为肺癌的临床早期诊断提供辅助手段。

呼吸分析在临床无损诊断方面具有潜在意义。基于人体呼出气体的分析困难，本项目中我们合成了11种新型纳米材料（聚甲基丙烯酸-乙二醇二甲基丙烯酸酯整体材料、聚二甲基硅氧烷、石墨烯、TW-C8/Fe3O4 MNPs、Al2O3纳米阵列、石墨烯/聚苯胺、石墨烯/聚吡咯、聚苯乙烯/石墨烯、ZnO-PDMS复合纳米棒阵列、金属-有机骨架化合物MOF-199、Fe3O4/GO磁性纳米复合材料），采用了5种离线、在线样品前处理方法（基于整体筛板的薄膜萃取、固相微萃取、磁性固相萃取、基于静电纺丝的薄膜萃取、管内固相微萃取），并结合气相色谱/质谱和高效液相色谱/质谱，探索了多种安全、无损、在线、集成化的人体呼出气体采集及其肺癌气体代谢物检测的新方法。我们详细地考察了各材料的萃取性能，提高了材料的萃取选择性和萃取容量，扩大了VOCs检测范围。将建立的方法成功地用于健康志愿者和肺癌患者的呼吸气体分析，并采用t-检验和偏最小二乘法进行数据统计分析，筛选出几种具有显著性差异的挥发性呼出气体（苯、2-戊酮、戊醛、己醛、壬醛），有望作为潜在的生物标志物用于肺癌临床早期诊断。