- AI 集成微型傳感器實現呼出氣體全成分分析，疾病篩查進入 “呼吸檢測時代”
- 來源：賽斯維傳感器網 發表于 2025/8/7
瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）生物電子研究所研發的微型氣體傳感器陣列，結合深度學習算法，實現了對呼出氣體中 500 種揮發性有機物（VOCs）的同時檢測，對肺癌、糖尿病等 12 種疾病的綜合檢出率達 94%。相關成果發表于《分析化學》，標志著 “呼吸檢測” 有望成為繼血液、影像之后的第三大臨床診斷支柱。
這款傳感器芯片尺寸僅 1.5×1.5 厘米，厚度 2 毫米，集成了 16 種不同納米材料的傳感單元：包括碳納米管、金屬有機框架（MOFs）和過渡金屬氧化物等，每種材料對特定類別 VOCs 具有選擇性吸附能力，吸附后會引起材料電導率變化。通過 16 通道同步采集的信號圖譜，經訓練后的卷積神經網絡（CNN）可識別出特征 “呼吸指紋”。
“我們的 AI 模型使用 3200 名志愿者（包括健康人和 12 種疾病患者）的 10 萬份呼吸樣本進行訓練，其中肺癌患者的呼出氣體中，2 - 丁酮和苯乙烯的濃度比健康人分別高出 3.2 倍和 2.7 倍。” 研究人員塞巴斯蒂安・豪爾教授展示的臨床數據顯示，該系統對 Ⅰ 期肺癌的檢出靈敏度達 91%，而傳統低劑量 CT 檢查僅為 73%；對 2 型糖尿病的檢測準確率達 93%，且無需空腹。
技術突破體現在三個方面：一是采用微機電系統（MEMS）工藝批量制備傳感單元，使單個芯片成本從原型機的 200 美元降至 15 美元；二是開發恒溫控制模塊，將環境溫度波動（15-35℃）對檢測結果的影響控制在 1% 以內；三是設計低功耗讀取電路，使整個系統功耗僅 12 毫瓦，可由紐扣電池供電工作 6 個月。
該技術已通過歐盟 CE 認證，瑞士羅氏集團以 8500 萬歐元收購了相關專利，計劃分兩階段推進商業化：2026 年首先在歐洲醫院推出桌面式檢測設備，用于肺癌篩查和糖尿病監測；2028 年集成到智能手環等可穿戴設備中，實現每秒 1 次的實時呼吸監測，用戶可通過手機 APP 查看代謝指標變化。蘇黎世大學醫院的初步臨床應用顯示，該技術使體檢中心的疾病篩查效率提升 4 倍，患者等待時間從 2 小時縮短至 15 分鐘。
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