| 發布日期：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)。現代藥理研究和臨床報道表明，黃芪具有免疫調節、抗糖尿病、抗腫瘤、抗病毒等生理活性。然而，它的臨床應用受到許多因素的影響，如收獲時間、氣候和土壤。由于生長地點的溫度、濕度和營養供應，地理來源也是影響草藥治療效力的關鍵因素，雖然黃芪的地理來源可以由經驗豐富的農民和專家辨別，但這種方法耗時，費力，有時不可靠，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
上海中醫藥大學的研究人員制備了產地不同的經認證及偽造的黃芪樣本使用如海拉曼設備實現了黃芪的認證和假冒分類以及地理來源的確定。
實驗方法
從甘肅、山西、四川、陜西、吉林、云南、廣東等省和內蒙古自治區8個不同地理位置采集黃芪已切片樣品100份。每個樣品的厚度約為3mm。由于切片方法不同，每個位置的黃芪形狀略有不同。商品規格根據宏觀特性和根的不同部位進行分級。
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拉曼光譜儀進行驗證實驗。
圖3 1064nm激發下的拉曼測量原理圖設計
實驗結果
為了確定分析黃芪最合適的波長，在785nm和1064nm的激發下采集了一些樣品的拉曼信號。便攜式785nm拉曼光譜儀的熒光干擾非常嚴重。使用1064nm激發時，樣品的熒光光譜在拉曼光譜中產生平坦的背景和可識別的黃芪特征峰。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，木質素芳香骨架振動和甲氧基振動。結果表明，在1064nm激發下，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的成本效益和便利性使其在實驗室以外的現場檢測中更具通用性。
圖4 785 nm和1064 nm激發下的拉曼光譜
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的區分能力。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一步用于樣本的定性識別和聚類。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。詳細地說，仿冒品在770cm-1和1353cm-1處表現出額外的峰。這意味著認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證樣品，這與PCA分類的結果幾乎一致。
圖5 認證黃芪和假冒黃芪
采用定性鑒定、主成分分析、PLS-DA等方法構建分類模型，對黃芪藥材產地進行分類。利用主成分分析法形成評分圖像，初步進行定性識別。顯示了使用具有主要木質素和纖維素峰的光譜區域并使用所有光譜的PCA分析示例，結果顯示，不同產地的黃芪由于其主要化學成分相似，具有較高的相似性，盡管在波段類型、波段位置和峰強度上存在一些小差異，乍一看幾乎無法分辨。
圖6 不同產地黃芪
由于不同地區藥材與正宗山西藥材在成分上存在明顯的相似性，其PCA評分圖往往呈混合聚類。因此，需要進一步的建模和研究來支持這一初步結論。采用PLS-DA法測定各樣品中各組分的含量。通過對黃芪的光譜集進行比較，便于對黃芪的地理來源進行識別，預測準確率從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境因素、收獲條件和加工行為造成的。如果市場行為沒有標準化，它將繼續造成對草藥樣品質量的混淆。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管提供一種補充的監管手段，以規范藥品生產活動。
圖7 數據融合前PLS-DA分類圖
總結
地理來源是黃芪質量控制的一個重要方面，傳統的顯微檢查和基于色譜的指紋圖譜技術不能很好地解決這一問題。1064nm激發的拉曼光譜具有較低的光譜背景噪聲，逐點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實現了黃芪認證和假冒的分類和地理來源的確定，并通過數據融合策略進一步改進。本研究驗證了所提出的快速分析方法的優越性，為其他藥用植物和中草藥樣品的相關研究提供了實用參考。
文獻來源
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