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基于大鼠呼出气标志物的空气污染健康效应实时监测研究

大鼠,空气污染,健康效应,呼出气标志物

传统的针对空气污染健康影响的研究多采用离线技术，而无法实现原位实时监测。本研究开发了一种集成式呼出气阵列传感器（IEBAS），用于实时在线分析大鼠呼出气中的多种气体生物标志物，包括总挥发性有机化合物（TVOC）、CO₂、CO、NO、H₂S、H₂O₂、O₂和NH₃，并结合气相色谱-离子迁移谱（GC-IMS）对特定挥发性有机化合物（VOCs）进行分析。研究结果表明，在真实环境空气污染暴露（2小时）后，PM_2.5和O₃浓度显著影响了大鼠呼出气中多种气体生物标志物的相对水平。其中，11种生物标志物（尤其是NO、H₂S和1-丙醇）与PM_2.5浓度显著相关，而庚醛与O₃浓度显著相关。此外，在实验室控制的O₃暴露（浓度分别为150、300和1000 μg/m³，持续2小时）条件下，大鼠呼出气中的多种生物标志物也发生了显著变化。值得注意的是，庚醛被实验证实为O₃暴露的可靠生物标志物，并表现出显著的剂量-反应关系。相比之下，传统的大鼠血清炎症和氧化应激生物标志物在2小时的暴露窗口内未表现出显著差异。研究结果表明，呼出气中的气体生物标志物可作为空气污染暴露的早期敏感指标。本研究开创了空气污染健康效应在线监测的新研究范式，并为PM_2.5和O₃暴露提供了重要的候选生物标志物信息。目前该技术已升级集成为一套空气毒性活体监测系统，并部署至全国13座大型城市开展24小时全天候在线监测，实现了对不同地区、不同时间段空气污染健康效应的高分辨率识别和差异性研究。