http://www.physorg.com/news122544593.html
February 18, 2008
藉由以雷射光轟炸一個人的呼氣，來自於 NIST 與 Colorado 大學 Boulder 分校的科學家證明，他們能夠偵測或許是來自於疾病，如氣喘或癌症的分子。
根據來自於 JILA（NIST 與 CU-Boulder 的聯合單位）的研究團隊表示，雖然這種新技術尚未在臨床上測試過，但有朝一日醫師只要對人們的呼吸採樣，就能夠篩選出某種疾病的患者。"這種技術只要呼一口氣，就能賦予各種不同的分子更寬廣的景象，" Jun Ye 說，JILA 與 NIST 的職員，他領導此研究。
CU-Boulder 畢業研究助理 Michael Thorpe、Ye、CU-Boulder 博士生 Matthew Kirchner 與前 CU 畢業生 David Balslev-Clausen 在一篇出現在 2/18 Optics Express 線上版的期刊中描述這項研究。稱為光頻梳光譜學（optical frequency comb spectroscopy），這種技術強大到足以將所有人類呼吸中的分子進行分類，而且敏感到足以分辨罕見的分子，那或許是特定疾病的生物標記，Ye 說。
當呼吸時，人們會吸入複雜的氣體混合物，包括氮、氧、二氧化碳、水蒸汽與其他微量氣體，如一氧化碳、氧化亞氮（譯註：笑氣）以及甲烷（譯註：放出來的屁），Ye 說，CU-Boulder 物理系一位兼職輔導教授（adjoint professor）。呼出時則包含少數的氧、更多二氧化碳與超過 1000 種以上各種豐富類型的其他分子，它們的數量大部分都相當稀少。
只有不好的氣息能指出牙齒的問題，過量的甲胺可能是肝、腎疾病的訊號，氨或許是腎衰竭，丙酮升高可指出糖尿病而一氧化氮濃度則能夠用來診斷氣喘，Ye 說。
當許多呼吸分子被同時偵測時，能收集高可靠度、特定疾病的資訊，Ye 說。以氣喘為例，當羰基硫化物（carbonyl sulfide）、一氧化碳與過氧化氫（譯註：雙氧水）同時與一氧化氮被偵測到時，可以更確實地被偵測到。
雖然當前的呼吸分析所使用的生物標記是種非侵入性且低成本的程序，不過這些方法卻有所限制，不是設備沒有足夠的選擇性以偵測不同組的罕見生物標記，就是不夠敏感，無法偵測人類呼氣中的特定微量分子，Ye 說。
"此新技術有潛力能成為低成本、快速且可靠，而且靈敏度足以在一口氣之內為各種不同的疾病，偵測更廣泛的一系列生物標記，" 他說。
光頻梳是種十分精確的雷射，用來測量不同色彩（或頻率）的光，Ye 說。一種梳狀線（comb line）或「齒」，均調整至特定分子的明確振動頻率或旋轉（rotation，旋光性），而整個光梳涵括廣闊的光譜範圍 -- 很像彩虹的顏色 -- 那能夠偵測幾千種不同的分子。
雷射光能偵測與區分特定分子是因為不同的分子會在某一特定共振頻率下振動或旋轉，那依賴它們的組成與結構，他說。他將此概念連結到不同的廣播電台會在特定頻率上播放。
光頻梳是在 1990 年代由 Ye 的 JILA、NIST 與 CU-Boulder 同事 John L. "Jan" Hall 與德國 Max-Planck 研究所的 Theodor W. Hansch 所開發的，他在 2005 年與 Roy J. Glauber 因他們的研究而獲頒諾貝爾物理獎。
Ye 的小組是頻梳到光譜學（分析物質所吸收或發射的光）應用的先鋒。此技術能讓許多氣體的偵測一次就搞定，且透過它們與來自於此「梳子」的光的互動，而具有高度的靈敏性，這在 2006 年由 Thorpe, Ye 等人在 Science 上證明。
為了測試此技術，Ye 的團隊有數位 CU-Boulder 志願學生將氣呼進一個光學腔 -- 二個曲面鏡之間的空間 -- 接著將一組超快雷射脈衝導入此空腔幾十萬次，研究者測定何種頻率的光線被吸收，這指出是何種分子 -- 以及它們的量 -- 以有多少數量的光線被它們吸收來呈現。
Ye 等人從自願者的樣本中追蹤氣體的微量特徵。在某次測量中，他們偵測到有抽菸學生的一氧化碳含量是未抽菸者的五倍，Ye 說。
※ 相關報導：
＊ Cavity-enhanced optical frequency comb spectroscopy: application to human breath analysis
http://www.opticsexpress.org/abstract.cfm?id=152241
Michael J. Thorpe, David Balslev-Clausen, Matthew S. Kirchner,
and Jun Ye
Optics Express, Vol. 16, Issue 4, pp. 2387-2397
＊ Broadband Cavity Ringdown Spectroscopy for Sensitive and Rapid Molecular Detection
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/311/5767/1595
Michael J. Thorpe, Kevin D. Moll, R. Jason Jones,＊ 發現太空光頻梳 李志豪領先
Benjamin Safdi, Jun Ye
Science 17 March 2006: Vol. 311. no. 5767, pp. 1595 - 1599
DOI: 10.1126/science.1123921
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