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English| 發(fā)布日期：2024-05-31 |
前言
黃芪是中藥中最常用的草藥之一(如腎虛化瘀方)?，F(xiàn)代藥理研究和臨床報(bào)道表明，黃芪具有免疫調(diào)節(jié)、抗糖尿病、抗腫瘤、抗病毒等生理活性。然而，它的臨床應(yīng)用受到許多因素的影響，如收獲時(shí)間、氣候和土壤。由于生長地點(diǎn)的溫度、濕度和營養(yǎng)供應(yīng)，地理來源也是影響草藥治療效力的關(guān)鍵因素，雖然黃芪的地理來源可以由經(jīng)驗(yàn)豐富的農(nóng)民和專家辨別，但這種方法耗時(shí)，費(fèi)力，有時(shí)不可靠，因此，找到一種快速分析黃芪的方法是非常必要的。
圖1 黃芪圖片
上海中醫(yī)藥大學(xué)的研究人員制備了產(chǎn)地不同的經(jīng)認(rèn)證及偽造的黃芪樣本使用如海拉曼設(shè)備實(shí)現(xiàn)了黃芪的認(rèn)證和假冒分類以及地理來源的確定。
實(shí)驗(yàn)方法
從甘肅、山西、四川、陜西、吉林、云南、廣東等省和內(nèi)蒙古自治區(qū)8個(gè)不同地理位置采集黃芪已切片樣品100份。每個(gè)樣品的厚度約為3mm。由于切片方法不同，每個(gè)位置的黃芪形狀略有不同。商品規(guī)格根據(jù)宏觀特性和根的不同部位進(jìn)行分級(jí)。
圖2 黃芪樣本
采用最大輸出功率為500mW的1064nmNd:YVO4固體激光器作為激發(fā)源，采用電荷耦合裝置，熱電冷卻溫度為25℃。此外，還使用上海如海光電科技有限公司便攜式785nm拉曼光譜儀進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。
圖3 1064nm激發(fā)下的拉曼測量原理圖設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
為了確定分析黃芪最合適的波長，在785nm和1064nm的激發(fā)下采集了一些樣品的拉曼信號(hào)。便攜式785nm拉曼光譜儀的熒光干擾非常嚴(yán)重。使用1064nm激發(fā)時(shí)，樣品的熒光光譜在拉曼光譜中產(chǎn)生平坦的背景和可識(shí)別的黃芪特征峰。主特征峰集中在1074cm-1和1268cm-1附近，它們被分配給纖維素C=C和C=O拉伸，木質(zhì)素芳香骨架振動(dòng)和甲氧基振動(dòng)。結(jié)果表明，在1064nm激發(fā)下，黃芪樣品具有低背景的拉曼光譜。與拉曼成像顯微鏡相比，1064nm便攜式拉曼分光光度計(jì)的成本效益和便利性使其在實(shí)驗(yàn)室以外的現(xiàn)場檢測中更具通用性。
圖4 785 nm和1064 nm激發(fā)下的拉曼光譜
采用基于模型的分類算法來說明1064nm拉曼光譜儀在測定草藥樣品時(shí)的區(qū)分能力。PCA和PLS-DA是通用的算法，PLS-DA分類方法可以提取出pc，部分消除共線性的影響。它通過將原始變量投影到新的正交變量(稱為pc)中，這些正交變量可以進(jìn)一步用于樣本的定性識(shí)別和聚類。紅芪、苦參等是與黃芪相似的主要藥材，因此在商業(yè)市場上被用作黃芪的仿冒品，牟取非法利潤。
在贗品中檢測到的“指紋”拉曼峰(1147cm-1，1460cm-1)，以及它們與正品黃祁共有的峰。詳細(xì)地說，仿冒品在770cm-1和1353cm-1處表現(xiàn)出額外的峰。這意味著認(rèn)證和假冒草藥樣品中所有成分的分布和含量有很大不同。偽造樣品(760-820cm-1)中各種成分的含量可能高于認(rèn)證樣品，這與PCA分類的結(jié)果幾乎一致。
圖5 認(rèn)證黃芪和假冒黃芪
采用定性鑒定、主成分分析、PLS-DA等方法構(gòu)建分類模型，對(duì)黃芪藥材產(chǎn)地進(jìn)行分類。利用主成分分析法形成評(píng)分圖像，初步進(jìn)行定性識(shí)別。顯示了使用具有主要木質(zhì)素和纖維素峰的光譜區(qū)域并使用所有光譜的PCA分析示例，結(jié)果顯示，不同產(chǎn)地的黃芪由于其主要化學(xué)成分相似，具有較高的相似性，盡管在波段類型、波段位置和峰強(qiáng)度上存在一些小差異，乍一看幾乎無法分辨。
圖6 不同產(chǎn)地黃芪
由于不同地區(qū)藥材與正宗山西藥材在成分上存在明顯的相似性，其PCA評(píng)分圖往往呈混合聚類。因此，需要進(jìn)一步的建模和研究來支持這一初步結(jié)論。采用PLS-DA法測定各樣品中各組分的含量。通過對(duì)黃芪的光譜集進(jìn)行比較，便于對(duì)黃芪的地理來源進(jìn)行識(shí)別，預(yù)測準(zhǔn)確率從67.2%到86.6%不等。
不同地理來源樣品之間的光譜差異可能是由環(huán)境因素、收獲條件和加工行為造成的。如果市場行為沒有標(biāo)準(zhǔn)化，它將繼續(xù)造成對(duì)草藥樣品質(zhì)量的混淆。因此，利用拉曼光譜鑒定黃芪的地理來源可以為藥品管理部門的監(jiān)管提供一種補(bǔ)充的監(jiān)管手段，以規(guī)范藥品生產(chǎn)活動(dòng)。
圖7 數(shù)據(jù)融合前PLS-DA分類圖
總結(jié)
地理來源是黃芪質(zhì)量控制的一個(gè)重要方面，傳統(tǒng)的顯微檢查和基于色譜的指紋圖譜技術(shù)不能很好地解決這一問題。1064nm激發(fā)的拉曼光譜具有較低的光譜背景噪聲，逐點(diǎn)光譜掃描模式提供了草藥樣品的全景原位表征。此后，通過PCA和PLS-DA實(shí)現(xiàn)了黃芪認(rèn)證和假冒的分類和地理來源的確定，并通過數(shù)據(jù)融合策略進(jìn)一步改進(jìn)。本研究驗(yàn)證了所提出的快速分析方法的優(yōu)越性，為其他藥用植物和中草藥樣品的相關(guān)研究提供了實(shí)用參考。
文獻(xiàn)來源
產(chǎn)品推薦
Portman1064便攜式拉曼光譜儀
Portman1064是一款便攜式高靈敏度高信噪比制冷的拉曼光譜儀，其內(nèi)部采用色散型的光學(xué)設(shè)計(jì)，提高了探測器的靈敏度，讓儀器具備了捕捉微弱拉曼信號(hào)的能力。
相比于785 nm、532 nm拉曼光譜儀，1064 nm對(duì)于組織等生物樣品的破壞性更小，避開了玻璃、生物組織等很多物質(zhì)的熒光發(fā)射區(qū)域，對(duì)于很多被測物質(zhì)具備低熒光背景優(yōu)勢。1064 nm相對(duì)于可見段的532 nm、785 nm具備更好的穿透性，可以穿透棕色玻璃瓶、白色塑料包裝以及紙等包裝材料。適用于對(duì)原材料的篩選、現(xiàn)場檢測、石墨烯合成反應(yīng)、生物醫(yī)療、體外診斷及物質(zhì)分析鑒定等場景；使用方便，操作簡單。檢測結(jié)果客觀準(zhǔn)確。
? ?高穩(wěn)定性：峰值波動(dòng)RMS<1% @2hrs；
? ?良好的穿透性：可以穿透棕色玻璃、白色塑料、包裝紙；
? ?高分辨：相對(duì)于同類產(chǎn)品，優(yōu)化的光路設(shè)計(jì)和512pixels可以提供15-18cm-1 的分辨率。
