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呼吸组学是生物科技的一个新兴领域。依靠分析人类呼吸中挥发性有机物(VOC)的组成模式可以诊断一系列疾病。呼吸诊断疾病的方法有着安全无创、简单便捷、患者接受度高的特点，有望用于癌症筛查与辅助诊断。为癌症早发现、早治疗、提高治愈率、降低死亡率提供新的检查手段。然而这些VOCs通常是ppbv或pptv量级，且大部分疾病相关VOCs的代谢来源还没有被阐述。所以发展呼出VOCs高灵敏实时检测技术有着重要意义。本论文介绍了对自主研发的低压光电离质谱(LPPI-MS)的性能研究，并以此质谱仪搭建分析诊断平台，对癌细胞代谢VOCs、人体呼出VOCs、细胞与药物作用产生VOCs进行高灵敏在线检测。主要研究成果和创新性如下: (1)对仪器进样速率、电离器气压、信号采集频率、电场设置等仪器参数进行了全面的优化，从而使得飞行时间质量分析器与低压光电离源得到了良好的协调匹配。不仅保持了较高分辨率，更减少了离子的额外损失。此外，该低压光电离质谱有着95％-105％的准确度，3％-30％的精确度，以及12小时内标准差仅为0.025 ppbv的稳定度（检测1ppbv BTE）。低压光电离质谱对几种苯系物的灵敏度达到了4-7 counts/pptv，检测限约为0.5-0.8 pptv(S/N=2)。这些性能使该仪器达到了国际同类仪器的领先水平。空气中的水分是最主要的干扰因素，且会导致背景值的显著增高。在相对湿度90％时，仪器对BTE的检测限依然能够达到1-2pptv。说明这台高灵敏且可靠的低压光电离质谱仪可以投入到有着较高工作湿度的呼出气体检测中。 (2)利用低压光电离质谱仪顶空实时检测了四种癌细胞和一种非癌细胞（HeLa，A549，HepG-2，MGC-803和293T）呼出的VOCs组成模式。通过比较20个VOC标志物峰，可以显著区分癌细胞和正常细胞。继而使用低压光电离质谱分别对乳腺癌、肺癌、肝癌的三个可能的VOC标志物（即:二甲基三硫醚、甲硫醚、2-丁酮）在上述不同种类癌细胞中的代谢情况进行了评估。低压光电离质谱对这三种VOCs的检测限分别达到了3.1，3.9和23.2 pptv;2-丁酮作为肺癌VOC标志物之一，在肺癌细胞A549中的释放最多;甲硫醚作为肝功能障碍的VOC标志物之一，在肝癌细胞HepG-2的检测中最多。 (3)应用CH2Cl2对极性VOCs的质子化增强效应，对呼吸中的四种极性肺癌VOC标志物（即:正丙醇、正戊醛、丙酮、乙酸丁酯）进行了检测。在烟雾箱模拟环境下，低压光电离质谱对上述四种VOCs的信号响应可以分别提升了53，18，16，和43倍。CH2Cl2的加入不仅可以增强母离子峰，更可以对碎片峰起到抑制或降低的作用。在20％的相对湿度以及582 ppmv CH2Cl2增强下，低压光电离质谱对正丙醇、正戊醛、丙酮、乙酸丁酯的灵敏度达到了116-452 counts/ppbv。然而过多的水分（50％，90％相对湿度）会作为干扰因素抑制质子转移反应和光电离效率。在对人体呼气和标记呼气样本的实验中，正丙醇、正戊醛、丙酮、乙酸丁酯的信号有效的提升了约8倍。 (4)二甲基亚砜不仅在生物实验中有着广泛地应用，而且在临床医学上也被证明有着重要价值，但是二甲基亚砜被生物代谢产生的臭味气体（二甲基硫醚）却限制了其作为药物的广泛应用。该部分研究利用低压光电离质谱实时检测了人体细胞(HeLa，293T)在不同浓度紫杉醇和二甲基亚砜条件下，鉴别了痕量级别VOC的代谢情况。实验说明，DMSO与低浓度(5-10nM)紫杉醇联用可在维持较高细胞活性的前提下显著降低DMS的产生;然而更高浓度紫杉醇（＞50nM）的胁迫则会诱发广泛的细胞凋亡，伴随蛋氨酸的分解，更多的二甲基硫醚将被产生。 以上低压光电离质谱的初步研究工作，说明低压光电离技术有着高灵敏、稳定可靠的特点，并可以应用于人体和细胞呼吸检测。凭借该仪器的优越性能，有望通过实时检测发现更多的疾病相关VOC标志物。