本文首发于公众号「呼气试验」，此处为归档版本。
一、呼气分析的发展与挑战
呼气分析作为一种无创检测手段，自中医“闻”诊和古希腊医学实践以来持续发展。1971年，诺贝尔奖得主Linus Pauling通过现代技术首次证实人类呼出气体中存在2000多种挥发性有机物（VOCs），其中碳-13同位素、一氧化氮、甲烷及氢气等部分标志物已通过FDA认证并用于临床。然而，目前多数VOCs与疾病的具体关联仍不明确，且检测技术的灵敏度、精准度及抗干扰能力不足，成为制约其临床转化的核心问题。
二、技术创新：CRDS呼出丙酮检测系统的研发
中国科学院苏州医工所姜琛昱团队联合多家机构，成功研制基于光腔衰荡光谱技术（CRDS）的呼出丙酮分析仪。该系统通过两项关键技术突破，解决了呼气检测中的水蒸气干扰和谱线展宽难题：
1.多孔碳材料吸附技术：通过调控柔性多孔碳膜的孔径分布与表面官能团，选择性吸附呼气中99.8%的水分，显著降低水蒸气对检测信号的干扰。
2.轻量压控谐振腔设计：采用内嵌式压控腔结构，在保证衰荡信号稳定输出的同时，将系统总重量控制在5.0 kg以下，便于临床场景应用。
该系统性能指标显著提升：检测极限达144 ppb（较2015年同类设备提高3倍以上），响应时间缩短至1秒，衰荡信号相对标准偏差仅0.12%。在与气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）的对比测试中，相关系数达1.0025，验证了其检测精度。
三、临床验证与应用探索
研究团队在运动管理、糖尿病监测及酮症诊断三大场景中完成2000余例样本检测，取得以下成果：
1. 运动代谢动态监测
通过采集不同运动状态下的呼气样本，发现受试者呼出丙酮浓度在运动后20-30分钟达到最低值，随后逐渐回升。该趋势与“运动初期消耗糖原、后期分解脂肪”的理论模型一致，证实呼气丙酮可作为脂代谢动态监测的可靠指标。
2. I型糖尿病监测
长期追踪显示，I型糖尿病患者注射胰岛素1小时后，呼出丙酮浓度从治疗前的2.5 ppm以上降至1 ppm（健康人群范围为0.5-2 ppm）。该结果提示，CRDS系统有望为糖尿病患者提供无创、实时的代谢状态监测手段。
3. 酮症诊断优化
对比传统尿酮试纸法，CRDS系统在生酮饮食受试者的连续30天监测中表现出显著优势：
·抗干扰性：不受尿液pH值波动影响
·实时性：检测耗时从数小时缩短至秒级
·定量分析：可精准检测ppb级浓度变化
四、研究支持与成果转化
该研究由博士研究生孙靖与于小琳作为第一作者完成，姜琛昱研究员担任通讯作者，成果发表于传感器领域权威期刊《Sensors and Actuators B: Chemical》（中科院一区）。项目获得国家重点研发计划及国家自然科学基金重大科研仪器研制项目资助，相关仪器已通过II类创新医疗器械审批，为后续临床应用奠定基础。
结语
呼气分析技术正从实验室走向临床，CRDS系统的突破为代谢疾病的无创监测提供了新工具。随着技术迭代与临床数据积累，未来有望在糖尿病管理、肥胖干预及感染性疾病诊疗中发挥更大作用，推动精准医疗迈向新阶段。