Napas dahsyat anda cuba memberitahu anda sesuatu-dan bukan hanya bahawa ia adalah masa untuk retak membuka botol Listerine. Di dalam awan bawang dan bau ikan tuna basi adalah beratus-ratus sebatian kimia, yang menggabungkan di mulut anda untuk membuat nisbah yang unik sebagai cap jari. Dengan menganalisis nisbah itu, penyelidik telah menghasilkan cara baru yang kuat untuk mengesan tanda tangan pelbagai penyakit, dari kanser prostat hingga Parkinson.
Kandungan Terkait
- Sejarah dan Sains Dibalik Nafas Teruk Anda
- Bagaimana Halitosis Menjadi Keadaan Perubatan Dengan "Penyembuhan"
Hari ini dalam jurnal American Chemical Society Nano, penyelidik memperkenalkan pelbagai sensor yang mengenal pasti dan menangkap "pernafasan" yang unik dari 17 penyakit yang berlainan. Para penyelidik berharap bahawa pelbagai mereka, yang menggunakan kecerdasan buatan untuk menyesuaikan dengan pelbagai peringkat dan nisbah 13 sebatian kimia utama yang terdapat dalam nafas manusia kepada penyakit yang berbeza, akan membuka jalan untuk alat diagnostik perubatan serba boleh. Selepas mengamuk nafas lebih daripada 1, 400 orang, mereka mendapati bahawa teknik mereka dapat mendiskriminasikan penyakit dengan ketepatan 86 peratus.
Ilmu sains di belakang aroma nafas seseorang terletak di dalam rangkaian sebatian kimia organik yang kita secara rutin mengusir ke udara dengan setiap ketawa, menjerit atau mengeluh. Senyawa-senyawa ini sering ditandai dengan tanda-tanda perubahan biokimia yang dilakukan oleh penyakit-fenomena tertentu yang membentuk asas diagnostik nafas moden. Masalahnya ialah, terdapat banyak bunyi latar belakang untuk dihidupkan: Dalam awan nafas yang melegakan, biasanya anda akan melihat beratus-ratus sebatian ini.
Pakar-pakar kuno sejak tahun 400 SM tahu ada sesuatu yang dapat dikumpulkan dari menghidupkan nafas orang sakit. Doktor Yunani yang terkenal, Hippocrates, antara lain, digunakan untuk mencium nafas pesakitnya untuk mengetahui apa yang merosakkannya. (Lebih buruk lagi, sesetengah doktor telah mencium air kencing atau najis pesakit mereka.) Kami telah mendapat sedikit lebih canggih sejak itu; analisis nafas telah berjaya digunakan untuk mendiagnosis sirosis hati, kencing manis dan kanser kolorektal. Malah ada Penyelidikan Nafas Penyelidikan Nafas .
Tetapi sebelum ini, usaha sedemikian telah digunakan untuk mengesan penyakit tunggal. Dalam kajian baru ini, pakar teknologi nanotek Hossam Haick, Hossam Haick, dan beberapa kolaborator antarabangsa yang berjenjang bertujuan untuk meletakkan asas untuk alat diagnostik umum untuk mengenalpasti tandatangan napas banyak penyakit, termasuk kegagalan buah pinggang, kanser paru-paru, Penyakit Crohn, MS, prostat dan kanser ovari, dan banyak lagi. Susunan mereka mula-mula menilai setiap kelebihan relatif kompaun dalam nafas seseorang, dan kemudian membandingkan tandatangan penyakit terhadap individu yang sihat.
"Kami mempunyai campuran sebatian yang mencirikan penyakit tertentu, dan gambar ini berbeza dari satu penyakit ke penyakit lain, " jelas Haick. Menggunakan analisis spektrometri massa, kumpulan pertama mengenal pasti tandatangan kompaun spesifik untuk 17 jenis penyakit. Mereka kemudian mencuba nafas lebih daripada 1, 400 orang, menggunakan pelbagai deria nanotube karbon dan zarah emas untuk mendaftarkan campuran sebatian yang mereka nafas. Satu set algoritma komputer menguraikan apa data yang memberitahu mereka mengenai kehadiran atau ketiadaan setiap penyakit.
Itulah ketika kecerdasan buatan datang. "Kita boleh mengajar sistem bahawa pernafasan boleh dikaitkan dengan penyakit tertentu, " kata Haick, yang bersama-sama mengetuai kajian itu. "Ia berfungsi dengan cara yang sama kita akan menggunakan anjing untuk mengesan sebatian tertentu. Kami membawa sesuatu ke hidung anjing, dan anjing itu akan memindahkan campuran kimiawi itu ke tandatangan elektrik dan memberikannya kepada otak, dan kemudian menghafalnya di kawasan tertentu otak ... Inilah yang kami lakukan. Kami membiarkannya bau penyakit yang diberikan tetapi bukan hidung yang kita gunakan sensor kimia, dan bukan otak kita menggunakan algoritma. Kemudian pada masa akan datang, ia dapat mengiktiraf penyakit ini kerana anjing mungkin mengenali aroma. "
Jonathan Beauchamp, seorang ahli fizik alam sekitar di Fraunhofer-Institute for Process Engineering and Packaging di Jerman, berkata teknologi itu memberikan cara yang menjanjikan untuk mengatasi halangan utama dalam analisis nafas. "VOC yang sama (sebatian organik yang tidak menentu) sering menyala sebagai penanda bagi pelbagai penyakit, " katanya. "Memang, kini diterima secara meluas dalam komuniti penyelidikan nafas bahawa VOC unik untuk penyakit tertentu tidak mungkin wujud."
Oleh itu, mencari kepekatan pelbagai VOC berhubung satu sama lain, seperti Haick dan rakan sekerja, boleh membuktikan kaedah diagnostik yang lebih tepat, tambahnya. "Hasil ini menunjukkan ketepatan yang tinggi dalam mendiskriminasikan satu penyakit tertentu terhadap yang lain ... Kajian semasa jelas menunjukkan kekuatan dan janji teknik array nanopartikel emas, " katanya.
Kajian ini melibatkan berpuluh-puluh sarjana berdasarkan 14 institusi penyelidikan di lima negara yang berlainan. Para peserta adalah sama rata: Umur minima ialah 55; kira-kira separuh lelaki dan separuh perempuan; dan kira-kira satu pertiga adalah perokok aktif. Para peserta telah direkrut di seluruh dunia di Amerika Syarikat, Israel, Perancis, Latvia dan China. "Banyak subjek yang bervariasi di kawasan geografi adalah satu kekuatan utama kajian ini, " kata Cristina Davis, seorang jurutera bioperubatan yang mengetuai makmal bioinstrumentasi di University of California di Davis.
"Ujian klinikal yang lebih besar seperti ini akan membantu memajukan batas-batas analisis nafas ke depan, dan harus membantu membawa alat-alat perubatan yang menjanjikan untuk amalan klinikal, " tambah Davis, yang tidak terlibat dalam kajian itu. "Mereka telah mengambil pengetahuan spektrometri jisim baru dan ditambah pula dengan output sensor baru mereka."
Haick berharap ujian pengujian pasukannya akan membawa kepada penggunaan nanosystem yang meluas. Beliau mengatakan bahawa kerana ia berpatutan, tidak invasif dan mudah alih, ia boleh digunakan untuk menyaring secara meluas untuk penyakit. Dengan menyaring walaupun mereka yang tidak mempunyai gejala, alat seperti ini boleh membolehkan jenis campur tangan awal yang membawa kepada hasil yang lebih baik.
Tetapi hidung "AI" ini mungkin juga mempunyai aplikasi yang jauh melebihi diagnostik perubatan. Beberapa syarikat telah melesenkannya untuk aplikasi lain, kata Haick. Di antara banyak kegunaan yang berpotensi, beliau berkata bahawa array boleh digunakan untuk mengawal kualiti dengan mengesan kerosakan makanan. Ia juga boleh digunakan untuk keselamatan di lapangan terbang, dengan mengesan tanda tangan kimia alat peledak.
"Sistem ini sangat sensitif, dan anda hanya perlu melatihnya ke pelbagai jenis aplikasi, " katanya.
