科技創新

呼氣檢測器

呼一口氣,就知道自己得了什麼病!這種神奇的儀器出爐啦!

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呼氣檢測器

呼一口氣,就知道自己得了什麼病!這種神奇的儀器出爐啦!

1971年,鮑林(Linus Pauling)發表了一篇文章,其中分析了人類呼氣的組成。鮑林的研究顯示,人的一口氣當中含有約200種不同的物質,比之前科學家所猜想的多了許多。1970年代中期,年方30出頭,來自澳洲西部的菲力普斯(Michael Phillips)讀了該篇文章,馬上就被吸引了。當時,菲力普斯在美國加州大學舊金山分校接受專科醫師訓練,正在尋找某個可以讓他投入的研究領域;他說:「鮑林開啟了一個科學研究的新領域。當時我想:如果一口氣裡真有那麼多物質,它們必定傳達了某些訊息。這個想法引起了我的興趣,從那時起,我就一直追著這個問題不放。」


近四分之一世紀後,菲力普斯研發的裝置取得美國食品及藥物管理局(FDA)的初步核准,可用於心臟移植的病人,在手術後一年內分析其呼氣,以檢測器官排斥的情形,做為例行活體組織取樣檢查的補充資料。繼2002年取得FDA的同意之後,菲力普斯希望很快就能得到該機構的進一步認可,開始以這項檢查收費。檢查呼氣很可能比活體組織取樣檢查或其他偵測疾病的做法,來得更快速、簡單、便宜且侵入性低。菲力普斯的小公司「孟三那研究」(Menssana Research)計畫發展中的呼氣分析,所針對的毛病從肺癌到生物老化的標誌不等。同時,菲力普斯仍得持續對抗來自科學社群的懷疑:孟三那試圖發展的診斷用呼氣分析儀是否可行?


利用呼氣檢驗來做診斷的想法,與醫學的歷史一樣古老。希波克拉底就曾觀察到,病人呼氣中的氣味,可提供疾病的線索。今日,檢驗呼氣中的酒精,或是讓病人服用某些物質再檢驗其分解產物,已是例行公事;後一種做法可確認是否有幽門螺旋桿菌一類的病菌存在,而做為胃潰瘍及其他疾病的指標。


不同的是,菲力普斯與鮑林一樣,想檢測的物質不只一種。成立於1990年代,總部設在美國新澤西州李堡的孟三那公司,著手檢測的是完整系列的有機物質,其含量的增加或減少可做為疾病的指標。他們早期的做法,是以液態氮先行將揮發性有機物質冷凍,再利用氣相層析儀辨識其中個別成份;只不過該種收集裝置只能使用一回,因為受試者吹氣的管子內會形成冰栓。


1980年代末,菲力普斯於美國紐約斯塔田島的貝里賽頓醫院建立實驗室時,獲得了一筆小額計畫補助,讓他能夠採用不同的技術來進行採樣。他使用一種活性碳吸附閥來捕捉揮發性有機物,再以加熱的脫附裝置將這些成份烘烤出來並予以濃縮;那些裝置原本是為了進行環境檢測而發展出來的。這些化學物質以氣相層析儀分離後,再以質譜儀鑑定;接著,使用某種統計分析法來尋找揮發性有機物的特定「指紋」,並與健康人士的數據比較,視其異同,而定出像是心臟移植排斥或肺部出現腫瘤的指紋特性。呼氣檢測的理論基礎,源自於許多疾病當中,攜帶不成對電子的分子(稱為自由基)數量有所增加。自由基會破壞某些脂肪組織,造成揮發性有機物的產量增加。


身兼美國紐約醫學院臨床教授的菲力普斯,公認是將呼氣檢測這個新生領域引起大眾注意的人,他發表在1992年7月號Scientific American的文章〈呼氣檢測的醫學應用〉(Breath Tests in Medicine)至今仍有人引用,甚至包括貶抑者在內。不過,在發展這項檢驗法的過程中,他也曾採取過特別冒險的做法。1990年代初期,他最早進行的一些實驗當中,有一項是以呼氣分析儀檢測出高量的戊烷及另一種有機分子,來做為精神分裂症的診斷。這項結果似乎驗證了俄國研究者的發現:精神分裂者發病過程中,戊烷這種碳氫化合物的量會有所增加。菲力普斯承認那是個差勁的初選,因為精神分裂的生物學還不清楚。他說:「回頭來看,那並不是聰明的做法。」經過無數次的退稿與挑剔,根據該項研究寫成的報告終於在1993年發表於《臨床病理期刊》。




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