熒光交叉響應傳感器是由一次性材料製成，上有35個化學反應點均勻地分布在圓盤的邊沿。

2015年2月17日華盛頓—中國重慶大學的研究者們研發出了一種基於熒光效應的高敏感呼吸分析儀，它可以迅速地從人體呼吸氣體中識別出與癌症相關的揮發性有機化合物—這種生物標記隻有在罹患肺癌的病人呼出氣體中才能存在。

研究者們的這項工作於本周發表在由美國物理聯合會出版的《科學儀器評論》中，研究證明了該儀器可用於肺癌早期篩查的潛力，並有望成為一種安全有效的方法挽救更多人的生命。

據研究者們所說，實驗結果是很令人振奮的， 但該儀器要被推廣成為診斷工具，仍需經過臨床實驗證實其有效性。

"結果表明該儀器可以用來分辨與癌症有關的揮發性有機化合物的種類和濃度，準確率近100%,"雷靳燦說，他是重慶大學光電工程學院的一名博士後，同時也是該研究的主要研究者。"這也是一種非常快捷的方法，實驗表明整個檢測過程隻需20分鍾。"

該儀器是由一種小巧的圓盤狀熒光交叉響應探測器陣列，一個特殊設計的旋轉式反應氣室和一套數據搜集處理係統組成，它可以在很低濃度的狀態(低於50ppb)下探測到與肺癌相關的氣體， 由此顯示出其具有早期診斷癌症的能力，雷博士說。ppb是一個用來描述超低濃度汙染物的科學單位，1ppb可以想象成將一小撮鹽放入10噸薯片中的濃度。

“如果有了與肺癌相關聯的所有氣體的熒光譜圖數據庫，那麼通過對比，該儀器可以用來識別和量化人體呼出氣體中的肺癌標誌性氣體成分。”該研究組的帶頭人侯長軍說，他同時也是重慶大學生物工程學院的教授。“這樣就可能製作出一個簡單，快捷的呼氣分析器用來進行肺癌的早期診斷。”

根據世界衛生組織的報道，肺癌是全世界最普遍的癌症之一，2012年世界範圍內有180萬新增病例和160萬死亡率。據美國疾病預防控製中心的數據表明，在過去的15年內美國每年的肺癌死亡人數已穩定上升到2014年的159，260人，並且女性的死亡率還在持續上升。部分原因是因為肺癌是一種致死的癌症，因此即使每年有更多的美國人被診斷出乳腺癌或者前列腺癌，但肺癌的死亡率要遠高於其他兩類。(這裏能否加入一些中國的數據，因為主要麵向國內讀者)

避免癌症死亡的重要的方法是癌症篩查，在病情還可治療的時候及早發現及早就醫。目前已經有一些癌症篩查技術，但仍然需要更安全有效的方法來挽救更多人的生命。

目前醫生用CT掃描來早期診斷肺癌，該方法的確降低了有長期吸煙史的肺癌病人的死亡率。但對於還處於早期萌芽狀態的肺癌，並沒有一種簡單，有效且安全的方法進行癌症篩查，雷博士說。

據雷博士所述，大量的研究表明罹患肺癌的病人的呼出氣體中存在一些具揮發性的有機化合物，這些化合物源於不飽和脂肪酸在癌症發生過程中的氧化，因此可以被用來當作生物標記來識別癌症。

據此，侯教授的研究團隊設計和製造了這種探測癌症氣體的儀器，其核心部分是一個直徑約50毫米的圓盤，被稱為熒光交叉響應傳感器陣列。這種圓盤是由一次性材料製成，上有35個化學反應點均勻地分布在圓盤的邊沿。這些反應點內放置了七種實驗室合成的敏感物質(卟啉及其衍生物)作為傳感元素。

當傳感器接觸到被分析物或揮發性有機化合物時，傳感元素會與它們發生化學反應，其熒光效應也會發生變化。通過收集和對比反應前後傳感器的熒光光譜，研究者們最終可獲得每種分析物的特征響應光譜。

侯教授說該係統的工作原理是基於熒光交叉響應機製，也就是說實驗得到的熒光光譜所反映的不是某一個傳感元素和被分析物的相互作用，而是整個傳感盤與被分析物綜合的相互作用，這樣的綜合熒光光譜就像是被分析物的特征“指紋”，能夠對被分析物起到很好的識別作用。

在研究人員的實驗中， 雷博士和他的同事選擇了四種和肺癌有關的有機揮發物，包括對二甲苯，苯乙烯，異戊二烯和己醛， 並將它們通入特製的旋轉式氣體反應室以均勻地和傳感元素接觸。然後再用包含三種不同激光波長的光源照射傳感器激發熒光效應，最後數據處理器生成每種氣體的特征響應譜圖。通過提取譜圖中的特征矩陣並和已有的熒光譜數據庫對比，研究者們便可識別並量化特定的氣體。

“實驗表明熒光交錯反應傳感器能精確地分辨出與癌症相關的氣體，可分辨的氣體濃度範圍從50ppb到500ppb。”雷博士說，這也意味著該方法或可用來分期癌症。

研究人員接下來打算對該技術做進一步的改善，並計劃建立一套完整的與肺癌相關的氣體熒光譜庫。