未來，這台機器能聞出你有沒有得病

還在研發中的嗅病機器只要聞一聞你呼出的氣體、體液或者血漿的氣味，就能準確判斷你有沒有生病。

編者注：你知道嗎？疾病其實是有「氣味」的。最近幾年，狗通過氣味聞出癌症引起了科學家的注意，但這其中有太多不確定性因素。各國科學家們現在正在研究一種能「聞出」疾病的嗅病機器。只要讓這台機器聞一聞你身上的氣味，它就能判斷你有沒有病。

本文編譯自The New York Times（https://www.nytimes.com/2017/05/01/health/artificial-nose-scent-disease.html?_r=0），原文標題 One Day, a Machine Will Smell Whether You』re Sick。

蒙上眼睛，你能分別聞出媽媽、愛人、同事身上的氣味嗎？我指的並不是他們身上噴的香水味，也不是衣服上洗滌劑的味道，而是人體自然散發出來的氣味。

每個人都有自己獨特的「氣味痕迹」，它的獨特性類似於指紋、虹膜，這個「氣味痕迹」由成千上萬種有機化合物組成。這些分子形成的氣味能代表我們的身份，揭示我們的年齡、家鄉、遺傳特徵、生活方式，甚至還能顯示和健康息息相關的代謝過程。

古希臘的醫生和中國的中醫都利用了病人的氣味來診斷病症。而現代的醫學研究也表明，人的皮膚、呼吸氣體、體液的氣味都能顯示這個人是否患病。例如糖尿病人呼出的氣體有時候聞起來像腐爛的蘋果，傷寒病人的皮膚聞起來像烤麵包的味道。

但可惜，不是所有醫生的鼻子都是一台精密儀器。即使是擅長嗅出癌症的狗，注意力也會分散。因此研究人員努力了多年，試圖建造出一台價格不太高的氣味感測器，以便迅速、準確地診斷病情，但又不會對病人造成傷害。

很多國家的科研人員都在朝這個方向努力。終於，這一研究領域似乎馬上就能看到曙光了。

英國: SIM 卡大小的氣味感測器

Owlstone 是英國劍橋一家化學感測器製造商，其聯合創始人兼運營總監 Billy Boyle 說：「得益於多種科學技術的融合，我們現在能進行大範圍的臨床研究，用研究數據證明氣味分析是有實際作用的。」

Boyle 是一位電子工程師，他和兩個朋友在 2004 年成立了這家公司，專門研發能探測到化學武器和爆炸物的感測器，美國政府也是他們的客戶。但 2012 年時，Boyle 的女朋友（後來兩人結婚）Kate Gross 被診斷出結腸癌，此後 Boyle 把研究重心轉移到了醫療感測器上，並著重研究如何檢測癌症。

遺憾的是，Gross 還是在 2014 年底去世了。Boyle 對此十分痛心，稱如果 Gross 的病能早點發現，那她現在可能還活著。這個遺憾也成了 Boyle 繼續研究醫療感測器的動力。

後來，Owlstone 籌集了 2350 萬美元，用於氣味分析技術的臨床醫用。此外，英國國民保健署（Britain s National Health Service）正在資助一項包括 3000 名受試者的臨床試驗，目的是測試 Owlstone 感測器診斷肺癌的效果。

這個感測器使用了複合的電路板，上面集成了微型電極和晶元，看起來就像手機裡面插的 SIM 卡，但功能卻像化學過濾器（chemical filter）那麼強大。

首先，氣味樣品中的分子被離子化（讓它們帶上電荷），然後接上電流，這樣就能使和疾病相關的化學物質移動到晶元中專門的通道上，從而被檢測到。

Boyle 說：「你想讓感測器嗅出什麼疾病，只需要通過編製程序來改變軟體。例如我們做測試的時候用感測器檢測結直腸癌，而我們的合作方可以用它來檢測其他疾病，比如腸易激綜合征。」

Owlstone 還將和英國的華威大學合作，進行一項包括 1400 名受試者的試驗，試驗內容是從他們的尿樣本中檢測結腸癌，並探索晶元是否能通過分揀哮喘病人呼氣中的分子來決定最合適的治療藥物。

以色列：模仿大腦的嗅病機器

以色列化學工程師 Hossam Haick 也研究出了一項類似的診斷技術，而他之前也接觸過癌症。

這位化學工程師同時還是以色列理工學院的教授，他說：「我的大學室友得過白血病，這讓我想去試試，看能不能把感測器運用到醫學治療上。不過那時我也開始意識到，及早地診斷出疾病可能和治療一樣重要。」

Haick 研製的嗅病機器包含了大量由納米金（gold nanoparticle）和碳納米管（carbon nanotube）製造的感測器。這台嗅病機器外表覆蓋著分子接受器，這些分子接受器對呼出氣體中標記的某種疾病分子有著高親和性。

一旦這些生物標記物被分子接收器吸附，納米粒子和納米管就會膨脹或收縮，從而改變電荷通過它們所需的時間，這種傳導性的增強或減弱會被「翻譯」成檢測到疾病。

Haick 說：「我們把所有的信號都發送給電腦，電腦再把氣味轉換成識別標誌，這個識別標誌就代表著我們預先設定的疾病。」

他還說，隨著人工智慧的發展，機器在診斷疾病上越來越靈敏。Haick 的機器不是檢測和疾病相關的特定分子，而是通過「聞」氣味整體的特徵來判斷疾病。

這個過程類似於人聞一隻橙子。大腦不會弄清是哪些化學物質組成了橙子的香味，而是總體聞一下，就能分辨出這是一隻橙子。

去年 12 月，Haick 和他的同事在 ACS Nano （http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.6b04930）上發表了一篇論文，展示了他們利用人工智慧製造的納米陣列能區分出 17 種疾病，準確率高達 86%。

不過他們的試驗存在缺陷，雖然一共有 1404 名受試者，但平均到每一種疾病的樣本數量卻很少。而且，他們的嗅病機器在區分某幾種疾病時表現更好。

美國：聞血漿「氣味」的感測器

一組來自莫奈爾化學感官中心 (Monell Chemical Senses Center) 和賓夕法尼亞大學的研究人員今年 2 月得到了 Kleburg 基金會高達 81.5 萬美元的資助, 這筆資金將用於進一步研究利用血漿樣本檢測卵巢癌的氣味感測器。

研究人員之所以選擇血漿，是因為血漿不像呼吸氣體和體液那樣，容易受到其他複雜因素的影響，例如飲食習慣、環境化學物（包括清潔物和污染物）。

不過他們的感測器沒有用到分子接受器，而是利用了單鏈 DNA 的片段來吸附氣味里的粒子。

「我們正在嘗試讓這台感測器按照哺乳動物的嗅覺系統運作，其中 DNA 是感測器的亮點，」Charlie Johnson 說道。作為賓夕法尼亞大學 Nano/Bio Interface Center 的主任，他領導著該感測器的研發工作，

除了上面提到的這些團隊，奧地利、瑞士和日本也有研究人員在研發能診斷疾病的氣味感測器。

Cristina Davis 說：「可以看到，目前不管是在商業活動還是學科建設上，嗅病機器都很活躍，我覺得這些跡象表明我們離目標越來越近了。」她是加利福尼亞大學戴維斯分校的一位生物科學工程師兼教授，同時也在研發能診病的氣味感測器。她還補充說，估計只需要 3-5 年的時間，這些設備就能應用到臨床了。

研究人員之間的競爭可能會很激烈，但大家的目標都是一致的——挽救更多的生命。Charlie Johnson 說：「各國的研究團隊都付出了很多努力，現在就等著看誰會第一個攻克這個難關了。」

本文由極客公園原創

轉載聯繫 xiangyunqi@geekpark.net

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