[01140204]人体呼出气生命指示特征分析和设备研制

密闭空间如潜艇、水下工作船等,与外界无任何气体交换,人员在长期工作后易出现反应迟钝、目光呆滞、精神萎靡不振等现象,如何有效判断、实时监控密闭空间中人员身体健康及生存状态并及时作出反应是确保装备顺利运行的重要前提条件。人体呼吸气如NO、H2S携带大量的生理/病理信息,我们提出并鉴定出人体呼吸气可以作为人体生命指示的重要标志。然而呼出气中小分子物质在生物体内的浓度极低（nmol/L级）,密闭空间中呼出气体准确、实时检测仍面临巨大挑战。现有研究没有实现深海探测器等密闭空间生命探测研究,很少考虑其它成分的干扰问题,不具有特异性检测功能,目前设备体积较大,操作复杂,不适合有限的活动空间;密闭环境条件复杂,由于设备系统结构、数据采集、远程控制等方面与实际需要有差异,不能满足人体呼出气成分的测定要求。 针对上述问题,本项目聚焦人体呼吸气体为生命指示特征分析和设备研制,通过国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省产学研前瞻性联合研究项目以及多项企业合作课题等十余年持续研究,开展了一系列人体呼出气检测分析方法及其干扰因素消除研究,实现了人体呼出气生命指示气体准确、特异性检测及微型化传感设备研制。 主要技术内容包括：（1）建立了NO生命指示性气体实时、在线分析方法;项目研究发现NO气体从人体呼出后并不稳定而自然衰变,实时、在线监测NO含量,不仅能反映密闭空间中工作人员的存在和数量,还可判断出其生存状态。本项目通过前处理手段消除环境中干扰气体的影响,采用臭氧化物与NO反应化学发光反应实时、在线测定NO含量。（2）建立了H2S生命指示性气体特异性传感检测方法及传感材料;本项目发现并鉴定H2S和金属表面共价结合能力及强还原活性,构建了高选择性、准确光学分析和电化学分析等多种检测验证方法,制备了H2S传感检测材料。（3）微型化、高灵敏人体呼出气检测设备研制,建立在线、分析和消除一体化技术;创新性地采用臭氧化物与NO间气固反应,代替气气反应,无需臭氧发生器和尾气吸收装置,无需高温转换装置,简化结构,实现NO检测设备微型化且高灵敏检测应用,以经济可行的铜锰氧化物纳米材料,实现NO的有效吸附及硝酸盐的转化处理技术;研制了H2S比色传感试纸及便携式传感分析丝网印刷电极,以成本低廉的氧化亚铜纳米材料,实现H2S的吸附及稳定性铜硫化合物转化产物的消除技术。 项目已获授权核心发明专利15件,授权实用新型专利3件,形成了围绕人体呼出气特征分析、准确判断、微型化传感设备研制的技术链条,应用于潜艇、深海探测艇、水下工作船、井下避险设施等典型密闭空间生命体进行实时监测研究。国内外专业期刊发表论文76篇（SCI收录53篇）。 项目在国家从事系列救生通信设备研制的龙头企业苏州市江海通讯发展实业有限公司、无锡绿博士环境科技有限公司等企业进行产业化应用和市场推广,扭转了我国长期以来人体呼出气实时、在线、准确、灵敏分析技术难题和微型化且高灵敏设备不足的局面,2018年至2019年底,直接新增销售18415万元,新增利润4281万元。 项目从人体呼吸气体特征分析及设备研制出发,提出通过测定人体呼出气实现密闭空间人员身体健康及生存状态监测的创新理念,建立人体呼出气高灵敏、高选择性实时、在线分析方法及微型化设备研制,对保障科研或避险等非生产性功能的特殊空间环境下人员生命指示具有重大的现实意义和社会效益。