基于可穿戴硅胶采样器与二维气相色谱-飞行时间质谱联用技术的皮肤挥发性有机物作为疟疾感染标志物的研究

为解决疟疾诊断中侵入性采血的局限性，研究人员通过可穿戴PDMS采样器收集皮肤VOCs/SVOCs，结合TD-GC×GC-TOFMS技术分析，发现(E)-2-辛烯-1-醇等化合物与疟疾感染相关，为无创诊断和潜在无症状感染者筛查提供了新思路。

　　

疟疾是全球公共卫生的重大威胁，尤其在非洲地区，每年导致数十万人死亡。传统的疟疾诊断依赖血液检测，存在侵入性强、操作复杂且可能遗漏潜伏感染的局限。近年来，研究者发现疟原虫感染会改变宿主的挥发性有机化合物（VOCs）谱，这为开发非侵入性诊断方法提供了可能。然而，现有采样技术如呼气分析易受交叉感染影响，而皮肤VOCs采样又面临方法繁琐、设备笨重等问题。在此背景下，南非比勒陀利亚大学的研究团队创新性地采用可穿戴硅橡胶（PDMS）采样器结合二维气相色谱-飞行时间质谱（TD-GC×GC-TOFMS）技术，探索皮肤VOCs作为疟疾标志物的可行性，相关成果发表于《Journal of Chromatography Open》。

研究团队在方法学上实现了三大突破：首先，开发了轻量化PDMS腕带采样器，通过30分钟表皮接触即可富集VOCs/SVOCs；其次，采用热脱附-全二维气相色谱-高分辨质谱（TD-GC×GC-TOFMS）对复杂化合物进行精准分离鉴定；最后，运用机器学习算法（弹性网络回归、随机森林和支持向量机）对3166种化合物进行特征筛选。样本来自南非林波普省两家诊所的25名参与者（3例疟疾阳性），通过快速诊断测试（RDT）和显微镜检测确认感染状态。

3.1 疟疾感染状态的确定
通过RDT和显微镜双重检测，3例阳性病例中包括1例疑似潜伏感染（RDT阳性但镜检阴性），提示传统血液检测可能存在漏诊。

3.2 非靶向分析
GC×GC-TOFMS揭示了表皮化合物的惊人多样性（C₃
-C₃₀
）。机器学习筛选出23种特征化合物，其中(E)-2-辛烯-1-醇（(E)-2-octen-1-ol）在全部算法中均被列为顶级标志物。该C₈
不饱和醇此前未被报道与疟疾相关，但在两例P. falciparum感染者中显著富集，且对按蚊具有已知吸引作用。

3.3 特征化合物的相对丰度
热图分析显示，疟疾阳性个体中9-十六碳烯酸、癸酸等具有腐臭气味的脂肪酸丰度升高，这些物质已被证实可增强按蚊宿主吸引力。值得注意的是，(E)-2-辛烯-1-醇在2例阴性参与者中也被检出，研究者推测可能与P. vivax在脾脏/骨髓中的潜伏感染有关，凸显了皮肤采样超越血液检测的独特优势。

3.4 靶向分析
针对文献报道的6种疟疾相关醛酮化合物（如庚醛、2-辛酮），研究发现其在感染组与对照组间无显著差异，表明这些化合物可能反映非特异性炎症而非疟疾特异性反应。方法验证显示LOD低至0.4 pg（2-辛酮），回收率77.8%-118.9%，证实技术的可靠性。

这项研究开创性地证实了皮肤VOCs作为疟疾生物标志物的潜力，其核心价值体现在三方面：PDMS采样器具有操作简便、生物安全性高的特点，特别适用于资源有限地区；发现(E)-2-辛烯-1-醇等新型候选标志物，为潜伏感染检测提供了新靶点；通过全二维色谱的高分辨能力，揭示了疟疾代谢重编程的复杂化学图谱。研究者特别强调，在包含合并症患者的真实世界队列中，化合物特异性评估至关重要——这对未来感染性疾病标志物研究具有普遍指导意义。随着采样策略优化和大规模验证的开展，这种"腕带诊断"技术或将成为疟疾防控体系中的重要工具。