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互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)，生命傳感器的跨界應(yīng)用

【發(fā)布時(shí)間：2018-02-05 11:09:39】

2015年初，美國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)了一只可以聞出甲狀腺癌的德國(guó)牧羊犬。這只名叫弗朗姬的牧羊犬被訓(xùn)練成聞到甲狀腺樣本時(shí)會(huì)躺下，而當(dāng)樣本正常時(shí)則會(huì)走開，研究人員對(duì)34名患者進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，成功率達(dá)到了88%。

88%的成功率，這是一個(gè)什么概念？通常甲狀腺癌的檢測(cè)和診斷需要專業(yè)的儀器和復(fù)雜的生化檢驗(yàn)過程，目前是通過檢測(cè)人體血液中的激素水平和提取細(xì)胞來進(jìn)行診斷，檢測(cè)周期至少需要一天，若需要細(xì)胞培養(yǎng)或者通過DNA測(cè)序進(jìn)行診斷的，則需要長(zhǎng)達(dá)數(shù)周的時(shí)間。

多年前曾有這樣一本英文書，書名叫《我在雨中等你》，是美國(guó)作家加思·斯坦創(chuàng)作的一本通俗小說。書里講述了一只擁有人類靈魂的狗狗和他賽車手主人的故事。書里的狗聞到了男主人老婆的腦瘤疾病，而書里描述的醫(yī)院和醫(yī)生都無法提前診斷出女主人的毛病。由此看來，狗能聞出癌癥的故事都已經(jīng)是文學(xué)作品里的素材了。除了甲狀腺癌和腦癌，狗還能聞出哪些癌癥呢？

1989年，英國(guó)倫敦的兩位皮膚病學(xué)家在著名的醫(yī)學(xué)雜志《柳葉刀》上描述過，一名44歲女性患者的狗狗發(fā)現(xiàn)了女主人腿上的一顆痣是惡性黑色素瘤（一種致命性的皮膚癌），原因是她的狗總是湊到她的腿上聞這顆痣并試圖咬掉它。直到這位女主人不勝其煩找到皮膚科大夫?qū)⑦@顆痣切除以后才檢查出來這是一顆惡性腫瘤。

2003年，研究人員發(fā)現(xiàn)狗可以從患者的呼吸中聞出腫瘤和乳腺癌。2004年，英國(guó)白金漢郡醫(yī)院使用生物檢測(cè)手段發(fā)現(xiàn)狗可以從患者的尿液中聞出膀胱癌。2011年，《英國(guó)腸胃病學(xué)會(huì)志》上刊登的一篇研究文章表明，一只經(jīng)過特殊訓(xùn)練的8歲大拉布拉多尋回犬可以從人的呼吸中聞出人類是否患有結(jié)腸直腸癌，成功率達(dá)到91%。

德國(guó)的研究人員在《歐洲呼吸雜志》上發(fā)表報(bào)告說，嗅癌犬能辨別肺癌，準(zhǔn)確率超過70%。這里提到的“嗅癌犬”，包括德國(guó)牧羊犬、澳大利亞牧羊犬和拉布拉多犬。顯然，狗不僅能夠聞出甲狀腺癌，還能聞出皮膚癌、乳腺癌、結(jié)腸直腸癌等其他的癌癥疾病。很遺憾的是，狗不能告訴我們癌癥究竟是什么味道的。

除了狗能夠聞出疾病，還有其他的動(dòng)物有這樣的能力嗎？

在費(fèi)城，科學(xué)家們訓(xùn)練出一批老鼠來識(shí)別肺癌的味道，原理和哺乳動(dòng)物靈敏的嗅覺有關(guān)。昆蟲也可以聞出疾病，世界上只有四個(gè)實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行昆蟲診斷疾病的實(shí)驗(yàn)。

蜜蜂可以聞到房間里極其微弱的氣味，科學(xué)家已經(jīng)證實(shí)蜜蜂的這種能力可以用來診斷肺結(jié)核和糖尿病等多種疾病。英國(guó)產(chǎn)品設(shè)計(jì)師Suana Soares設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的用蜜蜂來診斷疾病的裝備，稱為Bee’s。這些疾病包括像肺癌和卵巢癌這樣的癌癥。這種設(shè)備的原理是在一個(gè)大的容器中間有一個(gè)相互連接的大小容器，病人向容器中吹氣，里面的蜜蜂會(huì)根據(jù)病人呼出的氣體發(fā)出某種警告。蜜蜂已經(jīng)經(jīng)過訓(xùn)練能將糖和疾病相關(guān)的化學(xué)氣味聯(lián)系起來并發(fā)出警告信號(hào)。最終這種Bee’s設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中只能測(cè)出糖尿病。

通過訓(xùn)練動(dòng)物和昆蟲來診斷疾病的臨床應(yīng)用，這里有兩個(gè)門檻：一個(gè)是準(zhǔn)確率，另一個(gè)是訓(xùn)練成本和周期。為了解決這兩個(gè)門檻，科學(xué)家們開始了“電子鼻”的研究。

早在二十世紀(jì)六十年代，Wilkens和Hatman兩位科學(xué)家已經(jīng)開始利用氣體在電極上的氧化還原反應(yīng)原理開始了“電子鼻”的研究。1965年，Dravieks等利用接觸電勢(shì)的變化實(shí)現(xiàn)了“電子鼻”對(duì)氣體的測(cè)量。1987年，Gardner等研發(fā)了能測(cè)量氣體的傳感器，提出了“模式識(shí)別”的概念，為“電子鼻”奠定了理論基礎(chǔ)。1993年，Pearce等人把傳感器應(yīng)用在啤酒檢測(cè)上。1994年，Gardner等發(fā)表了關(guān)于“電子鼻”的綜述性文章，正式提出“電子鼻”的概念。2005年，英國(guó)的科學(xué)家發(fā)明了一種能夠聞出感染了抗藥性極強(qiáng)的“超級(jí)細(xì)菌”患者的“電子鼻”。這種電子鼻的體積大約有兩臺(tái)電腦顯示器大小，售價(jià)估計(jì)在６萬英鎊左右。2010年，以色列科學(xué)家研發(fā)出“電子鼻”，只要通過簡(jiǎn)單的呼吸測(cè)試，就可以查出肺癌、乳腺癌、腸癌和前列腺癌。

目前“電子鼻”已經(jīng)廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)部門，如煙草業(yè)、化妝品、食品工業(yè)、石油化工、糧食貯存與加工、酒類和飲料、環(huán)保監(jiān)測(cè)、臨床診斷。此外，“電子鼻”還用于商檢、微生物鑒別、藥物分類與辨別、宇航等部門，以及檢查爆炸物品、槍支彈藥、毒品與其他違禁物品等。