【科學：從撥出的空氣中嗅出肺癌和爆炸物】

一旦在人體上得到驗證，早期檢測的臨床應用將成為可能

印度理工學院（IIT）孟買分校的研究人員已經為在大約一分鐘內從撥出的空氣中嗅出早期肺癌打下了基礎。由該研究所化學系的Chandramouli Subramaniam領導的兩名成員團隊開發了一個平臺，可以在單個分子水平的氣相檢測苯、丙酮、苯甲醛和乙醇等揮發性有機化合物。這些有機化合物在呼氣是臨床建立的早期肺癌的生物標誌物。同樣的平臺也可用於監測空氣汙染水平或檢測TNT（三硝基甲苯）等爆炸物。

這些揮發性化合物已經透過實驗室樣本進行了檢測，一旦在人類受試者身上得到驗證，檢測早期肺癌的臨床應用將成為可能。研究結果發表在ACS可持續化學與工程雜誌上。

拉曼散射

由於拉曼散射是一種固有的弱現象，研究人員轉向表面增強拉曼散射，以顯著提高平臺的靈敏度，使其能夠利用少量樣本檢測極低濃度的分子。“在我們的研究中，我們能夠可靠地實現對幾十個分子水平的敏感性，”他說。“我們把感興趣的分子放在一個金或銀奈米粒子上，然後記錄拉曼光譜。當我們用鐳射照射樣品（分子和奈米顆粒）時，分子的拉曼光譜就會增強。拉曼光譜的強度增強主要是透過奈米顆粒表面區域性電磁場與分子振動模的相互作用實現的。

拉曼光譜強度極大地增加——10000萬倍——這允許在極低濃度下檢測分子。迄今為止，世界各地的科學家都未能成功地應用表面增強拉曼散射來可靠地檢測氣相或氣相中的分子。在液相中存在分子的情況下，向奈米顆粒中新增液體可以使分子吸附在奈米顆粒上。一旦被吸附，拉曼光譜就會增強。但當分子處於氣相時，捕獲分子並將其吸附在奈米顆粒上已被證明是困難的。

“這就是我們使用out技術解決的問題，”他說。透過設計像籠一樣的奈米顆粒從氣相捕獲分子來克服這一挑戰。當含有奈米顆粒的液體受到熱梯度（一端保持熱，另一端保持冷）時，奈米顆粒傾向於從熱端遷移到冷端。結果，奈米顆粒在冷端的濃度增加。當奈米顆粒在冷端濃度增加時，它們會自行組裝形成籠。然後籠子就會把分子困住，不管它是液態還是氣態。Subramaniam教授解釋說：“一旦分子被捕獲，隨著籠由奈米粒子組成，拉曼光譜就會增強。”

“由於我們不使用任何化學或光刻技術將奈米粒子聚集在一起，因此對訊號的干擾很小。”因此，我們能夠檢測到分析物（感興趣的化學物質），即使只有很少的分子存在。

驗證平臺

由於在人類受試者身上測試早期肺癌檢測技術充滿了倫理和臨床方面的挑戰，研究人員著眼於容易實現的目標。該平臺特別適合檢測塑膠炸藥，如TNT和RDX。為了檢測爆炸物的存在，含有這些分子的空氣樣本被強制放入含有奈米粒子籠的水中，分子被困在籠子裡。透過鐳射照射和拉曼光譜檢測分子的存在。樣本採集和訊號採集的整個過程大約需要2-3分鐘。Subramaniam教授說：“由於每個分子都有一個特徵特徵，我們可以透過尋找特定的特徵來確定樣品中存在的分子。”“與早期肺癌不同，爆炸物和空氣質量監測的驗證很容易，因為不需要倫理審查。”

研究人員正在考慮將資料分析整合到平臺中，使系統能夠自動讀取簽名。他們還試圖縮小平臺的尺寸，使其便攜。