不用“捅喉嚨”“戳鼻孔”，也不用等待24小時，只需在小袋子里呼氣30秒，就可以在5—10分鐘內(nèi)得到新冠檢測結(jié)果——憑借中國科學(xué)家的努力，這樣的技術(shù)已經(jīng)不是夢想。
近日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)刊物《呼吸研究雜志》的一篇論文表明，北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院要茂盛教授團(tuán)隊(duì)與北京市朝陽區(qū)疾病預(yù)防與控制中心等團(tuán)隊(duì)合作，集成呼出氣采樣、氣相色譜-離子遷移譜檢測和機(jī)器學(xué)習(xí)模型，研發(fā)出了新冠感染的無創(chuàng)呼出氣揮發(fā)性有機(jī)物組合指紋篩查系統(tǒng)，該系統(tǒng)已經(jīng)申請了國家發(fā)明專利。
要茂盛向科技日報(bào)記者解釋了該技術(shù)背后的原理：由于能量消耗方式的變化，新冠感染者呼出氣體的化學(xué)成分會出現(xiàn)不同。實(shí)驗(yàn)表明，新冠患者和其他呼吸系統(tǒng)疾病患者呼出氣中丙醇水平相比健康受試者顯著升高，而新冠患者呼出氣中丙酮水平相比其他呼吸系統(tǒng)感染患者和健康受試者顯著降低。研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合不同對照組的呼出氣樣品及其背景環(huán)境空氣進(jìn)行分析，識別出了12種關(guān)鍵內(nèi)源性VOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）標(biāo)志物。這些標(biāo)志物就是篩查識別新冠感染者獨(dú)一無二的“指紋”，使其區(qū)別于健康人以及其他呼吸系統(tǒng)疾病的患者。
檢測中無需任何檢測試劑，被試者使用一次性呼吸袋，只要呼氣30秒便可完成樣品采集。獲得呼出氣樣本后，系統(tǒng)結(jié)合支持向量、梯度加速和隨機(jī)森林三種機(jī)器學(xué)習(xí)算法對12種關(guān)鍵VOCs標(biāo)志物進(jìn)行建模，最快能在5—10分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)新冠患者快速篩查。基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)模型，檢測的特異性和靈敏度達(dá)到了95%以上。相比核酸檢測，這種方法不僅簡便省時，還十分經(jīng)濟(jì)。
“實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明這種方法有效。檢測不但快，而且足夠靈敏。”要茂盛介紹說，“從實(shí)驗(yàn)到臨床，需要的是更多的樣本量。”此前參與研究的包括74例新冠患者，30例非新冠呼吸系統(tǒng)感染患者，以及87位醫(yī)務(wù)工作人員和健康受試者。目前，新冠感染的無創(chuàng)呼出氣篩查系統(tǒng)正計(jì)劃擴(kuò)大樣本量，開展進(jìn)一步優(yōu)化與測試，以實(shí)現(xiàn)推廣應(yīng)用。
要茂盛補(bǔ)充說，新冠核酸檢測有時會出現(xiàn)“假陰性”的問題。在疫情防控工作當(dāng)中，假陰性（即實(shí)際感染新冠但檢測為陰性）會帶來巨大隱患，特別是在核酸假陰性條件下解除隔離的漏檢風(fēng)險(xiǎn)。許多場所和場景都需要快速篩查，例如高層會議、海關(guān)入境、特殊航班、隔離酒店、收治醫(yī)院等。在這些地方，無創(chuàng)呼出氣篩查系統(tǒng)有望發(fā)揮額外輔助作用，填補(bǔ)核酸檢測在時間和靈敏度方面的不足，做到“雙保險(xiǎn)”，降低新冠肺炎傳播風(fēng)險(xiǎn)。
據(jù)國際媒體報(bào)道，2020年以來，新加坡、日本、印度尼西亞等國科研人員都曾開發(fā)“呼氣測新冠”技術(shù)。對此，要茂盛指出，中國研究團(tuán)隊(duì)是最早取得此項(xiàng)成果的。
“新冠疫情暴發(fā)之初，我們就在開發(fā)這種技術(shù)。2020年6月，我們就以預(yù)印版的形式發(fā)表了研究成果，在國際范圍內(nèi)是最早的。”要茂盛強(qiáng)調(diào)說。（實(shí)習(xí)記者 孫明源）
