Analiza możliwości wykrywania biomarkerów w wydychanym powietrzu

• Autorzy: Bielecki Z. , Stacewicz T. , Wojtas J. , Mikołajczyk J. , Nowakowski M. , Szabra D. , Garlińska M. , Mędrzycki R. , Prokopiuk A. , Rutecka B.

Warianty tytułu

EN

Performances analyses of biomarkers detection in human breath

• Konferencja: Sympozjum "Fotowoltaika i Transparentna Elektronika : Perspektywy Rozwoju" (4 ; 09-12.05.2013 ; Świeradów Zdrój ; Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono analizę i stan prac dotyczących możliwości wykrywania biomarkerów w wydychanym powietrzu. Podano biomarkery wybranych schorzeń, typowe stężenia tych markerów u ludzi zdrowych, oraz metody ich wykrywania. Przedstawiono system pomiarowy składający się z układu pobierania próbek, trzech torów wykrywania biomarkerów, oraz układu przetwarzania sygnału. Opracowano model laboratoryjny sensora do wykrywania tlenku azotu. Zastosowano w nim metodę zw. spektroskopią strat we wnęce optycznej i uzyskano czułość graniczną na poziomie 70 ppb.

EN

The paper presents a research concerning disease biomarkers detection in human breath. The change of concentration of certain molecules in the exhaled air can be used for monitoring of specific diseases. Selected biomarkers and related detection methods are described. Optoelectronic system for detection of nitric oxide as biomarker of respiratory inflammation or asthma is presented. A system consists of sampling module, three biomarker detection modules and signal-processing module. Preliminary tests showed that sensor provides opportunity to detect 70 ppb of nitric oxide. Such systems enable detection of pathogenic changes at the molecular level. Due to non-invasive operation, easy maintenance, the ability for immediate reusing, the measurement in real time and minimal nuisance of the patients, the system might be very useful tool for the health monitoring.

Słowa kluczowe

PL

markery chorobowe; sensory CEAS; układy spektroskopii absorpcyjnej

EN

disease biomarkers; CEAS sensors; laser absorption spectroscopy

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 54, nr 7
• Strony: 7--10
• Opis fizyczny: Bibliogr. 38 poz., tab.

Twórcy

autor

Bielecki Z.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Stacewicz T.

• Uniwersytet Warszawski, Instytut Fizyki Doświadczalnej, Wydział Fizyki

autor

Wojtas J.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Mikołajczyk J.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Nowakowski M.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Szabra D.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Garlińska M.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Mędrzycki R.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Prokopiuk A.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

autor

Rutecka B.

• Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa

Bibliografia

• [1] Ligor T.: Analityka wydychanego powietrza z zastosowaniem sprzężonych technik chromatograficznych z przeznaczeniem do badań przesiewowych chorób płuc, 2011.
• [2] Wojtas J. i in.: Ultrasensitive laser spectroscopy for breath analysis; Opto-Electron. Reviev, 20, 1, 2012, s. 77-90.
• [3] Menzel L. i in.: Spectroscopic detection of biological NO with a quantum cascade laser; Appl. Phys. B, 72, 2001, s. 859-863.
• [4] Kosterev A. i in.: Cavity ringdown spectroscopic detection of nitric oxide with a continuous-wave quantum-cascade laser; Appl. Opt., 40, 2001, s. 5522-5529.
• [5] Roller C. i in.: Nitric oxide breath testing by tunable-diode laser absorption spectroscopy: application in monitoring respiratory inflammation; Appl. Opt., 41, 2002, s. 6018-6029.
• [6] Bakhirkin Y. i in.: Mid-infrared quantum cascade laser based off-axis integrated cavity output spectroscopy for biogenic nitric oxide detection; Appl. Opt., 43, 2004, s. 2257-2266.
• [7] Togores B. i in.: The measurement of exhaled carbon monoxide is influenced by airway obstruction; Eur. Resp. J., 15, 2000, s. 177-180.
• [8] Wysocki G. i in.: Pulsed quantum-cascade laser-based sensor for trace-gas detection of carbonyl sulfide; Appl. Opt., 43, 2004, s. 6040-6046.
• [9] Szulejko J. i in.: Evidence for Cancer Biomarkers in Exhaled Breath; IEEE Sensors Journal, 10, 1, 2010, s. 185-210.
• [10] McCurdy M. i in.: Performance of an exhaled nitric oxide and carbon dioxide sensor using quantum cascade laser-based integrated cavity output spectroscopy; J. Biomed. Opt., 12, 2007 s. 034034; 1-034034:9.
• [11] Miller, J. i in.: Detection of formaldehyde using off-axis integrated cavity output spectroscopy with an interband cascade laser; Appl. Phys. B: Laser Opt., 85, 2006, s. 391-396.
• [12] Dahnke H. i in.: Rapid formaldehyde monitoring in ambient air by means of mid-infrared cavity leak-out spectroscopy; Appl. Phys. B: Lasers Opt., 75, 2002, s. 311-316.
• [13] Rehle D. i in.: Ambient formaldehyde detection with a laser spectrometer based on difference-frequency generation in PPLN; Appl. Phys. B: Laser Opt., 72, 2001, s. 947-952.
• [14] Angelmahr M. i in.: Photoacoustic spectroscopy of formaldehyde with tunable laser radiation at the parts per billion level; Appl. Phys. B: Lasers Opt., 85, 2006, s. 285-288.
• [15] Narasimhan L. i in.: C. K. N. Correlation of breath ammonia with blood urea nitrogen and creatinine during hemodialysis; Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98, 2001, s. 4617-4621.
• [16] Manne J. i in.: Pulsed quantum cascade laser-based cavity ring-down spectroscopy for ammonia detection in breath; Appl. Opt., 45, 2006, s. 9230-9237.
• [17] Thorpe M. i in.: Cavity-enhanced optical frequency comb spectroscopy: application to human breath analysis; Opt. Express, 16, 2008, s. 2387-2397.
• [18] Moskalenko K. i in.: Human breath trace gas content study by tunable diode laser spectroscopy technique; Infrared Phys. Tech., 37, 1996, s. 181-192.
• [19] Roller C. i in.: Carbonyls sulphide detection with a thermoelectrically cooled midinfrared quantum cascade laser; Opt. Lett., 28, 2003, s. 2052-2054.
• [20] Halmer D. i in.: Mid-infrared cavity leak-out spectroscopy for ultrasensitive detection of carbonyl sulfide; Opt. Lett., 30, 2005, 2314-2316.
• [21] Fried A i in.: Versatile integrated tunable diode laser system for high precision: application for ambient measurements of OCS; Appl. Opt., 30, 1991, 1916-32.
• [22] Parameswaran K. i in.: Off-axis integrated cavity output spectroscopy with a mid-infrared interband cascade laser for real-time breath ethane measurements; Appl. Opt., 48, 2009, s. B73-B79.
• [23] Skeldon K. i in.: Application of laser spectroscopy for measurement of exhaled ethane in patients with lung cancer; Respir. Med., 100, 2006, s. 300-306.
• [24] Dahnke H. i in.: Isotopic ratio measurement of methane in ambient air using mid-infrared cavity leak-out spectroscopy; Appl. Phys. B: Lasers Opt., 72, 2001, s. 121-125.
• [25] Skeldon K. i in.: The potential offered by real-time, high-sensitivity monitoring of ethane in breath and some pilot studies using optical spectroscopy; J. Opt. A: Pure Appl. Opt., 7, 2005, s. S376-S384.
• [26] Buszewski B. i in.: Identification of volatile organic compounds secreted from cancer tissues and bacterial cultures; J. Chromatography B, 868, 2008, s. 88-94.
• [27] www.rp.pl/artykul/782629.html.
• [28] Dobek R.: Elektroniczny nos: czy dowiemy się jak pachnie astma?; Alergia, 4, 2011, s. 46-47.
• [29] Nieradka K. i in.: A novel method for simultaneous readout of static bending and multimode resonance-frequency of microcantilever-based biochemical sensors; Proceedia Engineering, 5, 2010, s. 910-913.
• [30] Brudzewski K. i in.: An effective method for analysis of dynamic electronic nose responses; Sensors and Actuators B: Chemical, 140, 1, s. 43-50.
• [31] Wilson A.: Future Applications of Electronic-Nose Technologies in Healthcare and Biomedicine. Industrial Engineering and Management. Wide Spectra of Quality Control; 2011.
• [32] Rodríguez-Gamboa J. i in.: Quality Control Through Electronic Nose System. Industrial Engineering and Management. Modem Approaches To Quality Control; 2011.
• [33] Demtroeder W.: Spektroskopia laserowa; 1993.
• [34] Bielecki Z. i in.: Optoelektroniczny sensor ditlenku azotu - analiza wymagania konstrukcyjne; 2011.
• [35] Bielecki Z. i in.: Zastosowanie technik spektroskopowych w medycynie, ochronie środowiska i bezpieczeństwie państwa. Metrologia w medycynie; 2011, s. 35-57.
• [36] Rogalski A.: Infrared Detectors, second edition; 2011.
• [37] Martyniuk P. i in.: HOT infrared detectors; Opto-Electron. Rev., 21, 2, 2013, 239-257.
• [38] Lyons R.: Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów; 1999.