Vergleich von vier baugleichen elektronischen Nasen und drei Messaufbauten

 

 Permissions and Reprints

Zusammenfassung

Hintergrund: Volatile organische Komponenten (VOCs) agieren als Biomarker in der Ausatemluft und können mithilfe sog. elektronischer Nasen (eNose) detektiert werden. Die VOC-Profile können bioinformatisch miteinander verglichen werden. Jedoch ist nicht eruiert, inwieweit Sensoren von Geräten gleichen Typs identisch messen und unterschiedliche Messaufbauten sowie die Feuchtigkeit der Luft das VOC-Profil beeinflussen. Angesichts des großen Interesses an eNose-Verfahren sind dies wichtige Vorinformationen für eine eventuelle Anwendung.

Methodik: Mit drei typischen, unterschiedlichen Messaufbauten wurden jeweils drei Probanden mit insgesamt vier Geräten gleichen Typs (Cyranose 320, Smiths Detection) gemessen. Die Ausatemluft wurde ungefiltert in einem Sammelbeutel aufgenommen. Als Referenzluft wurde zum einen unbehandelte Raumluft und in zwei Aufbauten zu 100 % befeuchtete Luft verwendet. In einem der letztgenannten Aufbauten atmeten die Probanden vor der Messung Raumluft, in dem anderen hochreine Luft. Die Daten wurden sowohl mittels der Originalzeitsignale als auch der vom Gerät gelieferten Widerstandsänderungen ausgewertet.

Ergebnisse: Es zeigten sich unterschiedliche Ergebnisse, je nach Aufbau. Das Anfeuchten der Referenzluft konnte die Varianz zwischen den Geräten reduzieren, doch hing das Ergebnis vom Auswerteverfahren ab. Beim Vergleich der Probanden ergab sich, dass Aufbauten mit Befeuchtung die Probanden ähnlich abbildeten, hingegen bei Verwendung von Raumluft als Referenz die Signale, aber auch die Streuung größer waren.

Schlussfolgerungen: Die Messung mittels eNose ist bislang nicht vereinheitlicht, und der Aufbau beeinflusst die Ergebnisse erheblich. Da andere Untersucher noch weitere Verfahren einsetzen, sind zurzeit keine allgemeingültigen Schlüsse möglich. Es bedarf systematischer Tests, um den sensitivsten, zuverlässigsten und zugleich noch praktikablen Aufbau zu finden und so die Vergleichbarkeit zu erreichen.

Abstract

Background: Volatile organic compounds (VOCs) can be used as biomarkers in exhaled air. VOC profiles can be detected by an array of nanosensors of an electronic nose. These profiles can be analysed using bioinformatics. It is, however, not known whether different devices of the same model measure identically and to which extent different set-ups and the humidity of the inhaled air influence the VOC profile.

Methods: Three different measuring set-ups were designed and three healthy control subjects were measured with each of them, using four devices of the same model (Cyranose 320™, Smiths Detection). The exhaled air was collected in a plastic bag. Either ambient air was used as reference (set-up Leipzig), or the reference air was humidified (100 % relative humidity) (set-up Marburg and set-up Munich). In the set-up Marburg the subjects inhaled standardised medical air (Aer medicinalis Linde, AGA AB) out of a compressed air bottle through a demand valve; this air (after humidification) was also used as reference. In the set-up Leipzig the subjects inhaled VOC-filtered ambient air, in the set-up Munich unfiltered room air. The data were evaluated using either the real-time data or the changes in resistance as calculated by the device.

Results: The results were clearly dependent on the set-up. Apparently, humidification of the reference air could reduce the variance between devices, but this result was also dependent on the evaluation method used. When comparing the three subjects, the set-ups Munich and Marburg mapped these in a similar way, whereas not only the signals but also the variance of the set-up Leipzig were larger.

Conclusion: Measuring VOCs with an electronic nose has not yet been standardised and the set-up significantly affects the results. As other researchers use further methods, it is currently not possible to draw generally accepted conclusions. More systematic tests are required to find the most sensitive and reliable but still feasible set-up so that comparability is improved.

Literatur

• 1 Dragonieri S, Schot R, Mertens B J et al. An electronic nose in the discrimination of patients with asthma and controls.  J Allergy Clin Immunol. 2007;  120 856
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 2 Dragonieri S, Annema J T, Schot R et al. An electronic nose in the discrimination of patients with non-small cell lung cancer and COPD.  Lung Cancer. 2009;  64 166
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 3 Fens N, Zwinderman A H, van der Schee M P et al. Exhaled breath profiling enables discrimination of chronic obstructive pulmonary disease and asthma.  Am J Respir Crit Care Med. 2009;  180 1076
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 4 Dressel H, Hofbauer J, Schierl R et al. Measurement of exhaled breath samples using an electronic nose: methodological issues.  ERJ. 2009;  Poster No 3951
  PubMedGoogle Scholar

1 Die Autoren H. Wirtz und R. A. Jörres waren gleichmäßig beteiligt.

Dr. A. R. Koczulla

Universitätsklinikum Gießen und Marburg
Abteilung für Pulmonologie
Standort Marburg

Baldingerstraße 1
35042 Marburg

Email: koczulla@med.uni-marburg.de