大氣顆粒物（PM）污染嚴(yán)重危害著人體健康，每年造成全世界幾百萬(wàn)人的死亡。活體中的一些蛋白分子常被用作來(lái)研究顆粒物健康效應(yīng)的生物標(biāo)志物。然而，目前生物標(biāo)志物采集分析大多是離線(xiàn)的，而且靈敏度低、有創(chuàng)如抽血等; 因而，在實(shí)時(shí)地檢測(cè)顆粒物暴露的一些早期/瞬時(shí)健康效應(yīng)存在巨大挑戰(zhàn)。

近日，北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院要茂盛教授與復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系鄭耿峰教授合作集成利用活體大鼠暴露，呼出氣采樣，微流控以及商業(yè)化硅納米線(xiàn)生物傳感器創(chuàng)建了dLABer（Detection of Living Animal’s Exhaled Breath Biomarker System）系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)活體呼出氣中的污染物暴露生物標(biāo)記物，可直接用于無(wú)創(chuàng)在線(xiàn)研究空氣污染所導(dǎo)致的健康效應(yīng)。

Detection of Living Animal’s Exhaled Breath Biomarker (dLABer) 系統(tǒng)示意圖

為了驗(yàn)證該系統(tǒng)，課題組首先給大鼠注射不同來(lái)源同質(zhì)量大氣顆粒物， 然后利用dLABer系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大鼠呼出氣中的炎癥因子白細(xì)胞介素-6（IL-6）水平。研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于不同來(lái)源的顆粒物暴露產(chǎn)生的IL-6水平有高達(dá)一千倍的差異，該結(jié)果與通過(guò)ELISA分析大鼠血液樣品中的IL-6水平趨勢(shì)相吻合。同時(shí)研究也發(fā)現(xiàn)通過(guò)利用傳統(tǒng)方法如二硫蘇糖醇（DTT）測(cè)定的不同來(lái)源PM毒性結(jié)果與dLABer所獲得的結(jié)果也一致。課題組發(fā)展的dLABer系統(tǒng)具有比酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定（ELISA）高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的信噪比，并且可以連續(xù)監(jiān)測(cè)活體動(dòng)物呼出的生物標(biāo)志物水平。

通過(guò)dLABer對(duì)呼出氣中生物標(biāo)記物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不僅幫助我們更直接了解大氣污染物對(duì)呼吸系統(tǒng)（呼吸道和肺）的損傷作用，也為我們了解與呼吸系統(tǒng)有關(guān)的病理生理過(guò)程提供有力的依據(jù)。該系統(tǒng)也可以為臨床早期疾病診斷、病情監(jiān)測(cè)及藥療評(píng)價(jià)提供前所未有的工具。dLABer系統(tǒng)有望革新現(xiàn)有空氣污染物健康影響研究方法與臨床疾病生理狀況的監(jiān)護(hù)手段。

研究成果以“Automated In Vivo Nano-sensing of Breath-borne Protein Biomarkers”為題發(fā)表在Nano Letters（IF：12.08）刊物上，并申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。論文的第一作者為北大環(huán)境學(xué)院研究生陳灝軒，北大要茂盛教授、復(fù)旦鄭耿峰教授為共同通訊作者。

參與該項(xiàng)工作的還包括北大環(huán)境學(xué)院研究生李菁、張翔宇、李心月。該項(xiàng)目主要得到國(guó)家自然科學(xué)基金委國(guó)家杰出青年科學(xué)基金（基金號(hào)21725701）與重大研究計(jì)劃培育項(xiàng)目（基金號(hào)： 91543126）的資助。