呼氣分析（Breath Analysis）作為一個始于中醫“聞”診和古希臘的領域，以其無創、便捷和快速的優勢，得到了越來越多的關注。自1971年兩屆諾貝爾獎得主Linus?Pauling開創現代呼氣分析領域至今，已發現人的呼出氣體中含有2000多種揮發性有機物（VOCs），與疾病及代謝異常密切相關，并有碳-13同位素、一氧化氮、甲烷以及氫氣等呼氣標記物的檢測，通過美國FDA認證并應用于臨床。但是，相比目前已確定的2000多種VOCs，大量的呼氣標記物與疾病及健康狀態缺乏相關性研究，是呼氣分析進入臨床應用的重大挑戰。而創新檢測技術，實現呼氣標記物高靈敏、高精準、快速在線的高效數據獲取，是應對這一重大挑戰的最有效方法。

近日，蘇州醫工所姜琛昱研究員等，系統深入分析了光腔衰蕩光譜技術（Cavity Ringdown Spectroscopy,CRDS）在呼氣標記物高效數據獲取的影響因素，聚焦重要的呼氣標記物之一丙酮，將自主設計的輕量壓控諧振腔與新型多孔碳材料相結合，解決了呼氣標記物檢測中水蒸氣干擾和譜線展寬的兩大關鍵問題，研制出的CRDS呼出丙酮檢測系統。該系統衰蕩信號測量的相對標準偏差0.12%，響應時間1s，丙酮的檢測極限144 ppb，檢測線性度0.99921,在與檢測“金標準”GC-MS的對比測試中，相關系數1.0025，儀器總質量小于5.0 Kg，各性能指標顯著優于前期研究工作，并在運動管理、I型糖尿病監測和酮癥診斷等臨床代謝的相關應用中，完成了2000余例呼氣樣本高靈敏、高精準、實時在線檢測，不但為糖尿病的動態監測與管理提供了新思路，也為呼氣分析領域“探索新方法，開發新技術，研制新儀器，催生新應用”提供了可行的解決方案。

圖1 新型輕量壓控諧振腔與多孔碳材料

圖2 光譜式呼出丙酮分析儀的性能

圖3?光譜式呼出丙酮分析儀的應用

相關研究成果以“Real-time accurate detection and analysis of breath acetone using CRDS: Toward metabolic dynamic monitoring and potential application”為題，發表于Sensors and Actuators B: Chemical期刊（中國科學院一區）。博士生孫靖為論文第一作者，姜琛昱研究員為論文通訊作者。本研究得到國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金重大科研儀器研制項目的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2025.137422