劉海青 黎春紅

摘 要：由于中藥種類繁多，成分復雜，目前中藥仍然缺乏準確的鑒別和質(zhì)量控制的手段。本文總結(jié)了構(gòu)建三維熒光指紋圖譜方法，在驗證國家標準中藥材三維熒光光譜的基礎(chǔ)上對藥材進行篩選，并結(jié)合Visual Basic6.0和Microsoft Access2003軟件構(gòu)建中藥三維熒光指紋圖譜。對數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)和中藥三維熒光光譜數(shù)據(jù)庫的相關(guān)分析表明，該操作系統(tǒng)可以為中藥的檢驗、驗證和質(zhì)量控制提供方便的渠道。

關(guān)鍵詞：中藥;三維熒光光譜;指紋圖譜數(shù)據(jù)庫

1 介紹

中藥作為中國傳承數(shù)千年的文化瑰寶，在當今社會仍占有舉足輕重的地位，蘊含著豐富的科技和文化，在慢性疾病中發(fā)揮著無法被西藥替代的作用。然而，即使在如此先進的信息技術(shù)背景下，中藥的復雜成分和藥物特性也無法得到充分和清晰的辨識。張、陶等人建立了三七及其根的固態(tài)三維熒光指紋圖譜，通過實驗獲得了相應(yīng)的固態(tài)三維熒光譜圖，在檢測中選擇兩個或兩個以上熒光峰作為特征熒光峰，以鑒別三七及其根，該方法迅速而有效[1]。

徐、李等應(yīng)用統(tǒng)計模式識別方法，設(shè)計了中藥注射劑三維熒光指紋圖譜識別程序，并對五加、紅花、三七皂苷、丹參四種注射劑進行了鑒別。研究表明，該程序分辨率高，易于自動化，可用于中藥注射劑的真?zhèn)舞b別和質(zhì)量控制[2]。姚、魏等人建立了一種基于三維熒光指紋圖譜的厚樸藥材鑒別新方法，結(jié)果表明，真、假厚樸藥材的三維熒光指紋圖譜在熒光峰強度、熒光峰位置、紅外光譜等方面存在顯著差異[3]。王、龐等人利用液晶光譜儀對黃柏、人參的熒光光譜圖像進行光譜成像檢測，其最終實驗結(jié)果也表明，該圖像檢測可以為中藥指紋圖譜的構(gòu)建提供有效的采樣點[4]。張、閻等學者對不同地區(qū)的山茶花的吸收光譜和三維熒光光譜進行了測定，發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)山茶花的吸收光譜有顯著差異[5]。

隨著我國國際影響力的不斷增強，中藥逐漸得到世界各國專家的認可，世界各國了開展了相關(guān)研究。然而，中藥品種的復雜及其成分的多樣性增加了鑒別的難度[6]。以白芨為例，其花和葉可用于分離50多種活性成分，包括二苯乙烯、菲和嘧啶，這些化合物的結(jié)構(gòu)也需要鑒定。與此同時，大多數(shù)中草藥都具有熒光特性[7]。在這種情況下，熒光效應(yīng)為中醫(yī)藥的深入研究提供了多種途徑。在這方面，中草藥的研究一般可以從微觀和宏觀兩個方面進行。從微觀角度研究，可以從中藥成分分子的角度研究藥物性質(zhì)和藥理作用;從宏觀上研究，中藥可以作為一個整體，通過指紋對中藥成分進行準確的鑒別和質(zhì)量控制[8]。本文以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用三維熒光技術(shù)，構(gòu)建了各種類型的中藥及其成分的標準指紋圖譜，進一步實現(xiàn)了中藥成分的準確比對、檢索和驗證，為中藥鑒定提供了現(xiàn)實的依據(jù)。

2 三維熒光指紋圖譜綜述

三維熒光光譜可以反映發(fā)射光波長變化時光強的變化，比常規(guī)或同步熒光光譜更能清楚地反映完整的光譜信息[9]。具體地說，它的兩種形式是等高光譜圖和等角三維投影圖。一般來說，三維熒光光譜可以更生動地顯示相對熒光強度和最大發(fā)射或激發(fā)強度等信息。目前，三維熒光光譜在中藥提取物的研究和測定中起到了特殊的作用。正常情況下，中藥吸收紫外線等能量后，中藥分子中的電子及其他小分子從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)，釋放吸收的能量從而發(fā)出熒光。三維熒光光譜可以反映物質(zhì)的熒光信息，由于熒光信息具有廣度、深度和高靈敏度等特點，使光譜能夠更好地顯示豐富的中藥數(shù)據(jù)[10]。

3 中藥三維熒光光譜的獲取與繪制

一般來說，在繪制標準的中藥對照圖時，應(yīng)保證光譜的準確性和重現(xiàn)性。熒光法是一種高靈敏度的分析測量方法，但其重復性和準確度較低。因此，本文將國家藥品研究所銷售的標準中藥材用于藥品和生物制品的標測，并通過掃描放置在相同儀器參數(shù)下的中藥圖譜得到標準圖譜。

（1）中藥的預處理。首先，稱取0.04g標準參比藥物，并將其置于裝有8ml蒸餾水的試管中。然后，將試管放入沸水中加熱10分鐘，然后放入冷水冷卻至室溫。重復之前操作，將冷卻至室溫的藥材與液體分離。將上清液部分置于25ml容量瓶中并稀釋至刻度。搖勻后，獲得0.1mg/ml藥品溶液。最后，根據(jù)儀器三維熒光圖譜的規(guī)定參數(shù)進行掃描。

（2）中藥數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)開發(fā)工具介紹。本文以Visual Basic 6.0和Microsoft Access 2003軟件為開發(fā)工具，開發(fā)了中醫(yī)藥數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)。這些軟件具有操作簡便、功能強大的優(yōu)點，因其廣泛的實用性為數(shù)據(jù)庫的開發(fā)提供了一個可行的通道。因此，這些工具的應(yīng)用可以保證中醫(yī)藥數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)的普適性。同時，該系統(tǒng)采用Visual Basic 6.0作為鏈接，與其他工具相比，具有靈活性高、易于保存的優(yōu)點。

4 中藥三維熒光指紋數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)的構(gòu)建

本文所研究的中藥數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)和中藥三維熒光光譜數(shù)據(jù)庫兩部分。表1展示了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，操作者可以隨時刪除和添加光譜數(shù)據(jù)，在中藥數(shù)據(jù)庫中搜索或查找藥品名稱。下圖說明了詳細信息。

中藥三維熒光指紋數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)原理圖

該檢索系統(tǒng)的最終功能是檢索和搜索中藥。本文對復雜的算法進行了簡化。我們從F-4500熒光分光光度計直接導出光譜文件，對光譜文件的相關(guān)數(shù)據(jù)進行處理，形成矩陣，便于數(shù)據(jù)處理，排除了環(huán)境對散射光的影響。因此，在Ex：（200nm～400nm）和Em：（250nm～600nm）范圍內(nèi)，會出現(xiàn)一階、二階和三階散射。如表2所示，i和j分別表示水平和垂直坐標;Ex和Em表示中藥三維熒光指紋的水平和垂直坐標。

根據(jù)表2，可以推導出以下函數(shù)關(guān)系：

Ex=250+5i（0≤j≤70） Em=195+5j（1≤j≤41），

其中一階散射條件是Ex=Em，所以250+5i=195+5j，j-i=11。

排除相同部分：5nm：8

同樣，二階和三階散射條件為：

Em=2Ex，so250+5i=2（195+5j），j-0.5i=-14

排除相同部分：5nm：-17

Em=3Ex，so250+5i=3（195+5j），j-0.33i=-22

排除相同部分：5nm：-19

根據(jù)中藥三維熒光指紋數(shù)據(jù)庫的檢索系統(tǒng)，可以準確識別出常見的中藥。此外，中藥由于其天然的、復雜和不同的藥用特性，受到自然氣候和環(huán)境的影響。該操作系統(tǒng)可以通過不同的散射條件對中藥進行進一步的檢索，提高搜索結(jié)果的準確性。

5 總結(jié)

總的來說，本文構(gòu)建的中藥三維熒光指紋數(shù)據(jù)庫檢索系統(tǒng)可以實現(xiàn)對大多數(shù)中藥成分、類別和質(zhì)量的嚴格識別。然而，由于產(chǎn)地、氣候環(huán)境和自然因素等因素影響，中藥的實際應(yīng)用價值也受到影響。此外，中藥中熒光的高度敏感性質(zhì)也會影響熒光光譜分析的再現(xiàn)性。因此，未來對中藥三維熒光指紋數(shù)據(jù)庫的改進，可以采用更加科學合理的統(tǒng)計方法對個體差異造成的誤差進行修正。另外，考慮到同一種藥材生長環(huán)境的差異，在三維熒光研究中，建議盡可能擴大熒光光譜，對不同生產(chǎn)習性的藥材進行更全面的實驗，以降低不確定性，并提高了光譜的重現(xiàn)性，從而為中藥三維熒光指紋圖譜數(shù)據(jù)庫提供更大的權(quán)威性。

參考文獻：

[1]Zhang，J.C.，Tao，R.T.（2014）：“Application of solid three dimensional fluorescence fingerprint in 37 quality identification，”Chinese medicinal materials，Vol.37，No.8，pp.1364-1368.

[2]Xu，Y.Q.，Li，X.W.（2007）：“Design and test of three dimensional fluorescence contour map recognition program for traditional Chinese medicine injection，”Journal of analysis and testing，Vol.26，No.4，pp.484-487.

[3]Yao，J.，Wei，Y.J.（2013）：“Study on the identification of true and false Magnolia by three dimensional fluorescence fingerprint，”Chinese medicine and clinical，Vol.13，No.12，pp.1521-1522.

[4]Wang，L.，Pang，Q.C.（2011）：“A method for constructing spectral image of traditional Chinese medicine fluorescence fingerprint，”Photons of photons，Vol.40，No.6，pp.860-864.

[5]Zhang，J.C.，Yan，H.P.（2012）：“Study on the three-dimensional fluorescence characteristics of Camellia Camellia from different habitats，”Food industry science and technology，Vol.13，No.1，pp.98-99.

[6]Chen，L.W.，Qin，K.M.（2014）：“Research status and Prospect of fingerprint database of traditional Chinese Medicine，”Chinese herbal medicine，Vol.45，No.21，pp.3041-3047.

[7]Zhu，C.，Xie，X.（2017）：“Study on the characteristics of three dimensional synchronous fluorescence spectrum of six flavored Rehmannia pills，”Spectroscopy and Spectral Analysis，Vol.37，No.1，pp.141-145.

[8]Kou，Z.N.，Zhu，J.B.（2010）：“Fluorescence spectrum characteristics of water extract from Salvia miltiorrhiza，”Journal of Dalian Institute of Light Industry，Vol.29，No.2，pp.109-112.

[9]Tang，X.L.，Wu，X.J.（2009）：“Study on the application of three-dimensional fluorescence spectroscopy and principal component analysis in the quality identification of tea，”Journal of Hebei University of Science and Technology，Vol.30，No.4，pp.305-309.

[10]Guo，M.，Zhan，M.Z.（2014）：“The interaction mechanism of vanillic acid and polyphenol oxidase and the construction of new fingerprint spectrum，”Chinese Journal of Biochemistry and molecular biology，Vol.30，No.12，pp.1236-1243.

課題：海南省重點研發(fā)項目 憂遁草酵素保健及抗炎產(chǎn)品開發(fā)的中試研究（S100007043008）

作者簡介：劉海青（1971—），女，漢族，海南?？谌?，碩士，高級實驗師，研究方向：天然產(chǎn)物化學。

通訊作者：黎春紅（1969—），女，漢族，湖南資興人，碩士，高級實驗師，研究方向：海洋資源開發(fā)利用及天然產(chǎn)物活性。