电子鼻技术促进医药卫生事业发展★

王兴华，王光耀，盛 良，汪 宇，Te Kian Keong，Teh Siew Hoon，Ooi Ciat Hui

（1. 南京中医药大学基础医学院，江苏 南京 210023；2．Universiti Tunku Abdul Rahman，Malaysia）

电子鼻技术促进医药卫生事业发展★

王兴华1，2，王光耀1△，盛 良1，汪 宇1，Te Kian Keong2，Teh Siew Hoon2，Ooi Ciat Hui2

（1. 南京中医药大学基础医学院，江苏 南京 210023；2．Universiti Tunku Abdul Rahman，Malaysia）

电子鼻技术是一种人工嗅觉系统，在环境保护、火灾监控、食品安全、药物鉴别、疾病诊断等诸多领域中均有应用。所需耗材较少，检测速度较快，数据误差较小，灵敏度与精准度较高，重复性较好，样品无破坏性，费用也相对便宜。预测电子鼻技术将促进医药卫生事业进步，具有广阔的应用前景和发展潜能。

电子鼻技术；环境保护；火灾监控；食品安全；药物鉴别；疾病诊断

电子鼻技术是一种人工嗅觉系统，是模仿动物嗅觉对气体的感应，利用气体在电极上的吸附与反应，导致电子器件响应，实现实验数据可视，能用图形方式展现，适合挥发性成分的探测和识别。电子鼻由具有选择性的电化学传感器阵列组成，既能识别简单气味，也能识别复杂气味，所需耗材较少，检测速度较快，数据误差较小，灵敏度与精准度较高，重复性较好，样品无破坏性，费用也相对便宜。目前主要应用于以下领域。

1. 环境保护

环境污染影响健康，引发疾病，适时监测，非常重要。电子鼻技术可以用于污染气体排放源的直接检测、室外空气质量监测、室内空气质量监测以及污水、受污染土壤及固体废物的顶空气体分析。生活垃圾处理的主要方式是焚烧、填埋与堆肥，但在处理过程中会产生一定量的恶臭化合物，污染周边环境。电子鼻能够获取臭气浓度现场数值，是比较简便的检测方法，省去了采样步骤，能够直接反映恶臭污染强度的梯度变化。通过电子鼻检测，能够直观地了解恶臭污染分布及其浓度梯度下降趋势，找处主要的恶臭污染释放点源，进行改造纠正[1]。养殖场是农村或郊区的污染源，用电子鼻技术能精确检测，并连续监控。在制革厂、造纸厂、酿制厂、化肥厂、污水处理厂、垃圾站及填埋场等易发污染区域，也可应用。散发恶臭气味以及蕴含有毒有害物质成分的气体都是社会公害，影响人体健康，损坏仪器设备[2]。应用电子鼻技术监测，能精确识别。

2. 火灾监控

可燃性气体是燃气、石油、化工、消防、冶金、宾馆及采矿等行业中重点监测对象，电子鼻在此领域发挥着重要的作用。研究者使用电子鼻可以较准确地分析出可燃混合气体中不同气体的浓度，对甲烷、丙烷和丁烷的混合气体进行检测，可以有效识别三种组分，表明电子鼻技术可以应用于可燃气体泄露报警[3]。煤矿火灾是安全生产中的主要灾害之一，煤尘、瓦斯爆炸的发生常常互为因果，是酿成煤矿重大恶性事故的原因。为了防范事故的发生，必须采取有效措施。电子鼻可以对矿井等环境所产生的特征气味模式进行实时的分析检测。易燃物气体、温度、湿度等达到一定比例，就处于危险阶段，此时是事故的高发期。电子鼻具有很强的适应能力，能对气体成分进行辨识分析，当气体成分达到危险临界值时，就会自动发布检测报告并报警，能够有效地降低火灾事故的发生率，为煤矿井下的工作安全提供保障[4]。该方法同样也适用于其他危险环境下的气体分析和安全检测。

3. 食品安全

食品生产加工过程中掺杂使假、滥用添加剂、用工业原料和病死畜禽肉生产加工食品等违法犯罪活动时有显现，毒奶粉、瘦肉精、染色馒头、牛肉膏等食品安全事件频频曝光，严重地损害了消费者的健康，这些都可以用电子鼻检测监控。电子鼻能判断谷物在储藏过程中陈化、霉变的程度；可以区分不同饲养方式的猪肉，判断猪肉新鲜度；也可以用于乳制品成熟期和货架期的预测、乳中挥发性物质的分析、乳中微生物的分类、干酪种类的分类、乳制品产地的区分等；还能“嗅出”食品等级，成功区分类别与级别[5]；可以辨别油脂的酸败程度，检出地沟油[6]；能发现芝麻油中掺入的大豆油、玉米油、葵花籽油等[7]，鉴别掺伪成分。电子鼻还能检测到残存于蔬菜、水果等食物中的痕量农药。

4. 药物鉴别

传统中药的气味鉴定依靠人体嗅觉，需要有长期经验的积累，并存在一定的主观性，易发生误判或漏检。将电子鼻技术引入中药研究领域[8-10]，可用于不同药材的鉴别，如草果、草豆蔻、白豆蔻、砂仁、郁金、莪术、干姜、高良姜等常用中药材，均来源于姜科植物，其内在化学成分和外在感官气味都具有高度的相似性，人的嗅觉不易准确分辨，尤其是经过加工的粉末剂、浸泡提取剂，已经失去其原有的外部完整形态，识别起来就更加困难。研究者用电子鼻进行气味指纹分析。结果显示，电子鼻能很好地区分这些药材粉末，不再受样品失去外在形态的干扰，克服了人体嗅觉检测的主观性、模糊性和经验依赖性。可用于药材相同而品种不同的鉴别，如苍术来源于茅苍术或北苍术，市售品种混乱，甚至有用关苍术冒充。用电子鼻检测北苍术、茅苍术、关苍术等药材的粉末，能准确区分。对3种生长年限9批黄芪药材气味的响应值，发现相同生长年限黄芪样品的气味相似，与化学成分分析法分类结果一致，显示电子鼻可用于黄芪不同生长年限的鉴别[11]。与传统鉴别方法相比，电子鼻技术系统具有样品无损、用量很少、零有机溶剂等优点。

5. 疾病诊断

人体的气味与健康息息相关，将电子鼻技术引进医学领域，可以促进嗅诊的发展。例如，肺癌患者早期并没有明显的器质性病变，但病人呼出的气体中已具有肺癌特征的挥发性有机化合物，检测这种气体，并进行分析，就能做出早期肺癌的诊断。利用电子鼻分析患者呼气，对肺癌诊断的敏感性和特异性较高，且不受年龄、性别和组织学及吸烟史等因素的影响。对非小细胞肺癌患者的呼气中的VOCs进行检测，准确度达100%[12]。使用电子鼻技术系统对病原微生物金黄葡萄球菌、白喉杆菌的类型和生长阶段进行检测，结果对白喉杆菌的识别高达92%，对金黄葡萄球菌的识别高达100%。使用预先设计好的电子鼻技术系统，筛查社会人群，可以发现隐匿型糖尿病患者，并作出早期诊断，还具有快速、便捷、无创等优点。将电子鼻技术系统应用于检测疾病患者的寒热证型，发现在健康状态下，同一个人在不同时段的气味图谱特征几乎一致。而在相同时段、不同个人之间检测到的气味图谱则存在显著差异。同一个人在健康阶段和患病阶段检测到的气味图谱存在差异，显示电子鼻技术可以应用于疾病的诊断。同样是外感疾病，其寒证气味图谱与热证气味图谱也存在差异[13]。显示电子鼻技术可以应用于疾病不同证候的鉴别诊断。

6. 评价与展望

针对移动环境的检测需要，研究人员设计了基于GPRS的远程检测无线电子鼻系统，包括微处理器模块、信号调理模块、GPRS模块、气敏传感阵列和远程测控系统，对远程通信性能进行测试，发现电子鼻数据发送周期在400ms以上时，系统的传输速率、累计丢包率和通信时延都能满足无线电子鼻检测的要求，检测采摘后的芒果，得到的香气响应特性曲线清晰、稳定，试验组逐步回归模型、对照组基于线性判别的支持向量机模型和试验组模型对芒果贮藏天数都具有较好的预测效果[14]。电子鼻技术系统具有响应时间短、检测速度快等优点，能避免人为测定时的个体差异，得到误差小、重复性好、灵敏度高的数据。在有毒气体、刺激性气体的样品测定时，更具优越性，有广阔的应用前景，将给医药行业带来一次技术革命。目前该技术还处于发展阶段，研究样本不多，评价体系欠缺，灵敏度与稳定性有待提高，模式识别方法有待改进。研制体积小、价格低的便携式电子鼻技术系统，是未来发展的方向。

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[14] 陈新伟, 王俊, 沈睿谦. 基于GPRS的远程检测无线电子鼻系统[J]. 农业机械学报, 2015, 46(4): 238-245.

Electronic Nose Boosts the Development of Medical and Health Undertakings

WANG Xing-hua1,2, WANG Guang-yao1△, SHENG Liang1, WANG Yu1, Te Kian Keong2, Teh Siew Hoon2, Ooi Ciat Hui2
(1. Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210023, Jiangsu, China; 2. Universiti Tunku Abdul Rahman, Malaysia)

Electronic nose technology is a kind of artificial olfactory system, which has been applied in many fields such as environmental protection, fire monitoring, food safety, drug identification, disease diagnosis and so on.The material is less, the detection speed, data error is small, the sensitivity and accuracy is higher, the repeatability is good, the sample is not destroyed, the cost is relatively cheap.Prediction of electronic nose technology will promote the progress of medical and health services, has broad application prospects and development potential.

Electronic nose technology; Environmental protection; Fire monitor; Food safety; Drug identification; Disease diagnosis

江苏省科学技术厅基础研究计划（自然科学基金）资助项目(BK2012857)。国家中医药管理局重点学科，江苏省重点学科。

Centre for Research in Traditional Chinese Medicine，UTAR.

王兴华(1951-)，江苏邳州人，医学博士，资深教授，博士生导师，从事中医临床基础研究。通讯作者：王光耀(1986-)，男，江苏南京人，医学硕士，讲师，主治中医师，从事中医药基础理论与临床应用研究。