《纽约时报》于7月11日发布报道，介绍了一种依靠分析呼吸内的化学成分来探测新冠病毒的新技术。该技术一旦成熟，不仅可以快速探测各种疾病，甚至还能够预测疾病未来的走向，亦可能成为大型场馆内排查新冠感染的新利器。

5月，来自几十个国家的音乐家来到荷兰鹿特丹，参加欧洲电视歌唱大赛。在比赛过程中，表演者们身着亮片礼服，戴着华丽的皇冠，某一位甚至戴着一对巨大的天使翅膀，为争夺冠军的机会而大声歌唱，尽力比赛。

但在他们被允许上台之前，他们必须通过另一项测试：呼吸测试。

当他们到达会场时，音乐家们被要求向一个名为SpiroNose的水瓶大小的装置吹气，该装置分析他们呼吸中的化学成分，以检测新冠病毒感染的特征。如果结果为阴性，表演者就可以参加比赛。

由荷兰公司Breathomix制造的SpiroNose，只是全世界正在开发中的多种基于呼吸的新冠测试之一。今年5月，新加坡卫生机构对国内公司Breathonix和Silver Factory Technology制造的两种此类测试进行了临时授权。而俄亥俄州立大学的研究人员说，他们已经向美国食品和药物管理局申请了他们的新冠病毒呼气检测仪的紧急授权。

英国拉夫堡大学的化学家保罗·托马斯（Paul Thomas）说：“我认为，现在已经很清楚，你是可以用呼气测试来检测这种疾病的。这并不是科幻小说。”

科学家们长期以来一直对创造便携式设备感兴趣，这些设备可以仅仅通过闻一闻一个人的呼吸就能快速和无痛地筛查出疾病。但事实证明，实现这一梦想是个挑战。不同的疾病可能导致相似的呼吸变化。饮食会影响一个人呼出的化学物质，吸烟和饮酒也是如此，它们都有可能使疾病检测复杂化。

然而，科学家们说，传感器技术和机器学习的进步，再加上被新冠所刺激的新研究和投资，意味着能探测疾病的呼吸检测器的时代可能终于到来了。

加州大学戴维斯分校的工程师克里斯蒂娜·戴维斯（Cristina Davis）说：“我在呼吸研究领域已经工作了近20年。在这段时间里，我们看到它从一个新生阶段发展到我认为接近到能被应用的东西。”

人类的呼吸是复杂的。每当我们呼气时，我们会释放出数百种被称为挥发性有机化合物的气体，即V.O.C.，它们是呼吸、消化、细胞代谢和其他生理过程的副产品。疾病会扰乱这些过程，改变身体排放的V.O.C.的组合。

例如，糖尿病患者可能会呼出带果味或甜味的呼吸。这种气味是由酮体引起的，当身体开始燃烧脂肪而不是葡萄糖作为能量时产生的化学物质，这种代谢状态被称为酮症。

戴维斯说：“呼出的气体可能具有诊断潜力的想法已经存在了一段时间。在古希腊和中国古代医学培训文献中都有报告提到医生使用嗅觉来帮助引导他们的临床实践。”

现代技术可以检测到更细微的化学变化，机器学习算法可以识别患有某些疾病的人的呼吸样本中的模式。近年来，科学家们已经使用这些方法来识别肺癌、肝病、肺结核、哮喘、炎症性肠病等其他疾病的独特“呼吸印记”。戴维斯博士和她的同事甚至用V.O.C.谱系来区分感染了不同流感菌株的细胞。

在新冠出现之前，Breathomix公司一直在开发一种电子鼻来检测其他几种呼吸道疾病。该公司的首席技术和科学官里安·德·弗里斯（Rianne de Vries）说：“我们训练我们的系统去识别：‘这是哮喘的味道，这是肺癌的味道。’所以它正在建立一个大数据库，并在大数据中寻找模式。”

去年，该公司，以及该领域的许多其他研究人员，转向并开始尝试识别新冠病毒的呼吸指纹。例如，在2020年春季疫情最初爆发期间，英国和德国的研究人员从98名出现在医院的呼吸道症状的人身上收集了呼吸样本。参与者被要求向一个一次性管子呼气；然后研究人员用一个注射器提取他们的呼吸样本。

研究人员报告说，其中31名患者被证实患有新冠，而其余的人有各种诊断疾病，包括哮喘、细菌性肺炎或心力衰竭。患有新冠的人的呼吸样本，具有更高的醛类化合物水平，这些化合物在细胞或组织被炎症破坏时产生，以及酮类化合物，这与研究发现病毒可能破坏胰腺并导致酮症的结果相吻合。

新冠患者的甲醇水平也较低，这可能是病毒使胃肠系统发炎，或杀死生活在那里产生甲醇的细菌的一个迹象。这些呼吸变化结合起来“给了我们一个感染新冠的信号”，研究的共同作者托马斯说。

其他一些研究也在新冠患者的呼吸中检测到独特的化学模式，一些设备声称取得了令人印象深刻的结果。一项使用SpiroNose的研究包括了4510名参与者，一个荷兰研究小组报告说，设备至少能正确识别98%的病毒感染者，甚至在一组没有症状的参与者中也是如此。（该研究包括来自Breathomix公司的研究人员，尚未经过同行评议）。

但研究同时发现，SpiroNose的假阳性率相对较高。由于这个问题，设备不能为消费者提供明确的诊断；结果要么是阴性，要么是不确定，而在这种情况下，需要进行标准的P.C.R.测试。

德·弗里斯说，荷兰的几十个测试点现在都在使用这台机器，但也出现了一些小问题。5月，《科学》杂志报道，阿姆斯特丹的公共卫生部门在出现25次假阴性后暂停使用了SpiroNose。但德·弗里斯说，官员们后来确定，主要原因是使用错误，SpiroNose筛查已经恢复了。

其他团体也在研究他们自己的呼吸分析器。费城儿童医院的研究人员已经确定了儿童新冠患者的呼吸印记，现在正试图确定一种罕见但危险的疾病并发症的呼吸标志物，即儿童多系统炎症综合症（MIS-C）。

领导这项研究的费城儿童医院传染病专家奥黛丽·奥多姆·约翰（Audrey Odom John）说：“对第一线的临床医生来说，他们真的很难确定最需要担心的是哪些儿童。”

除了研究新冠患者发出的V.O.C.之外，戴维斯博士和她的同事们还在分析所谓的呼气凝结物，这是呼吸中存在的微小液滴或气溶胶的浓缩溶液。这些气溶胶内含有各种复杂的生物分子，包括蛋白质、肽、抗体和炎症标志物。

他们希望找到生物标志物来帮助医生预测，哪些新冠患者最有可能成为重病患者。她说：“我认为这将成为有力的临床诊断用具一部分，那里的临床医生不仅能做快速诊断，也可以去尝试了解那个特定病人的轨迹是什么。”

其他团队正在努力创建能寻找病毒本身的呼吸测试。例如，圣路易斯华盛顿大学的研究人员正在开发一种生物传感器，它涂有与SARS-CoV-2结合的微小抗体片段或纳米抗体。如果有人呼出病毒颗粒，会附着在纳米抗体上，激活传感器。

人们对这项技术的兴趣非常浓厚。俄亥俄州的材料科学家佩雷娜·古马（Perena Gouma）已经为她的新冠呼吸探测器申请了联邦药品管理局的授权，她说她已经接到大学、剧院、体育联盟、旅游当局等其他都想要获得该设备的人的联系。

她说：“我认为所有受到疫情影响的人都会对拥有呼吸测试的前景感到兴奋。”

但是这种方法仍然需要在更大型的研究中得到验证，而且基本的科学问题仍然没有得到解答。

西英格兰大学的分析化学家奥利弗·古尔德（Oliver Gould）说：“如果我们以血液测试为例，比方说，血红蛋白水平或白细胞计数，都已经确定有一个正常范围值。因此，就很容易看到什么时候出现了异常。” 

他指出，这些参考范围在呼吸方面还不存在。

研究人员说，他们并不期望基于呼吸的测试能完全取代其他诊断测试。约翰说：“我认为呼气式检测仪会被用在你儿科医生的办公室里吗？可能不会。我认为呼吸测试真正有用的地方是在需要快速筛查一大批人的地方。你能在周一对学校的每个孩子进行筛查吗？能在人们进入商场或蹦床屋之前进行检查吗？”

一旦该技术得到开发和验证，理论上它可以被用于筛查各种不同的疾病。托马斯说：“呼吸测试的特点是，一旦技术到位了，你就可以非常快地了解一种新疾病的信号。”

因此，现在所做的研究可能会带来长期红利。

罗格斯大学的工程师爱德华·德马罗（Edward DeMauro）说：“我们正在开发必要的工具，希望能帮助我们对抗下一种疾病。”

他正在研究新冠呼气检测仪，“这有非常大的价值，即使疫情已经结束，也不能坐视不理。那不该是我们放松的时候。”