高通量快速检测技术在药品领域的研究进展

2023-02-02吴文慧耿响程一鑫寇欢

江西化工 2023年6期

吴文慧，耿响，程一鑫，寇欢

（1.江西省药品检查员中心〈江西省疫苗检查中心〉，江西南昌，330029；2.江西农业大学食品科学与工程学院，江西南昌，330045）

0 引言

《中华人民共和国药品管理法》将药品定义为一类旨在预防、治疗、诊断某些疾病，以达到调节身体生理机能并规定有适应症或者功能主治、用法和用量的物质，具体包括中药材、中药饮片、中成药、化学原料药及其制剂、抗生素、生化药品、放射性药品、血清、疫苗、血液制品和诊断药品等。药品质量可以被定义为一种特定的特征，它可以用于预防、治疗和诊断某些疾病，并且可以通过调整人体内部机制来达到这些目标。药物的质量应符合物理学、化学、生物药剂学、安全性、有效性、稳定性以及统一性7 个重要指标。本文探讨了QuEChERS 法、气相色谱-串联质谱法、高效液相色谱四极杆-飞行时间质谱联用仪、超高液相色谱-串联质谱法、试剂盒和试纸条法、拉曼光谱和红外光谱6 种快速、高效的检测技术，它们可以用于检测药品中的农药残留、违法添加、限量物质含量、产地鉴定以及药品生产过程的安全性，为药品安全监管提供了有力的支持。

2 QuEChERS 法结合气相色谱-串联质谱法

近年来，QuEChERS 法作为一种快速样品前处理技术［1］，在国际上受到越来越多的关注，它是由美国农业部（United States Department of Agriculture）的Anastassiades 教授等人于2003 年开发的，它利用吸附剂填料与基质中的杂质相互作用，与高效液相色谱（HPLC）和固相萃取相似，可以有效地检测农产品中的有害物质，具有良好的稳定性和可靠性，因此在农业检测中发挥着重要作用。这种方法通过吸附杂质达到净化的目的，具有出色的回收率、精确的测定结果、广泛的农药检测能力、快速的分析速度、低溶剂消耗及易于操作等优点。

贝母是一种非常有益的药物［2］，它能够帮助消除炎症和咳嗽。由于它的药理作用非常强大，因此在临床上的使用非常广泛。野生贝母已经不能满足实际需求［3，4］。而人工栽培过程中不可避免要使用农药，因此贝母的农药残留成为需要重点关注的问题。耿昭等［5］通过对禁限用及常用农药进行分析，选择了53 种农药作为检测对象，采用 QuEChERS 法对193 批次贝母样品进行前处理，然后用气相色谱-质谱法进行测定，结果 53 种农药在一定含量范围内线性关系良好，r均大于0.997 8；各种农药检出限均小于0.01 mg/kg。经检测，193 批次的贝母类中药中检出了14 种农药，检出率高达 47.2%，而只有1 批次的检出结果超出了《中国药典》2020 年版的最高标准。本研究发现，该方法能够有效地检测特定农药，并且操作简单、快捷、可靠。该实验中采用的贝母样品种类繁多，而且收集到的农残数据也非常可靠，这些信息不仅可以为监管工作提供有力的依据，而且还可以为贝母类中药的生产、种植和流通提供重要的参考。

2012 年3 月12 日，一种先进的高效液相色谱四极杆-飞行时间质谱联用仪（UHPLC-Q-TOF-MS）正式投入使用，它不仅可以用于基础医学，还可以用于药物研究。这个系统旨在通过多种筛查流程，如多目标未知物筛查和完整未知物筛查，来发现和判断未知物的存在。它还能够用于药物代谢、代谢物判定和代谢组学研究，为科学家提供更多的信息和帮助。

在中成药中添加具有相同或类似治疗作用的化学物质以及在中药材中混入化工染料，是中成药主要的掺杂制假方法。由于未经过临床验证，如果患者长期服用这类化学物质，而且没有得到任何知情同意，将会严重损害人体健康。而进行补充检测可以确定某些药物存在掺杂或伪造的情况［6］。通过应用UHPLCQ-TOF-MS 技术，杨敏智等［7］准确地识别出百草糖中存在的违法成分，包括雷尼替丁和苯乙双胍；孟氏咳喘灵胶囊中存在违反法律规定的雷尼替丁、吡罗昔康和双氯芬酸钠成分。应用UHPLC-Q-TOF-MS 技术在1min 的时间里，即可快速、精准地识别出中药制剂中是否存在雷尼替丁、苯乙双胍、吡罗昔康、双氯芬酸钠等有害成分。刘晓等［8］以白术芍药散复方水提液为研究对象，利用UHPLC -Q-TOF-MS 法技术及多源数据处理方法，对比生品组及制品组种34 种差异成分的变化，分析了组分变化的原因。该研究对于中药临床应用安全具有重要意义。

3 超高效液相色谱－串联质谱法（UPLCMS /MS）

2010 年3 月19 日，超高效液相色谱仪-串联质谱仪正式投入使用，它不仅可以用于临床医学领域的分析，还可以用于药物的研究，如药物的代谢等。过度使用化学药物可能会对人类健康和生命构成严重的危害，但是截止到目前，尚无一种能够迅速、有效地检测出中药中是否含有违禁成分的方法，中药的质量监督和控制仍面临较多困难。超高效液相色谱串联质谱技术不仅能够弥补传统色谱法的不足，还能够有效地解决核磁共振波谱联用法的操作复杂、仪器普及率低等问题，具有定性定量的双重优势，其检测灵敏度极高，使用范围极广，已经成为当今分析技术的主流［9，10］。研究人员左甜甜等［11］对46 批活血化瘀中成药益心酮片进行了研究，共计78 个样品。为了提高测定精度，研究人员采用了先进的液相色谱仪和-串联质谱仪，以及UPLCHSS T3 C18 色谱柱（100 mm×2.1 mm，1.8μm），通过采用0.1% 甲酸-乙腈作为流动相，结合外标法和质谱条件优化，建立了一种快速、有效的检测益心酮片中37 种非法添加化合物的分析方法，其定量下限为3~10μg·L-1，为对中药中非法添加化合物的研究提供了重要的参考依据。许晓辉等人［12］对中药保健品中的阿托品、新乌头碱、次乌头碱、士的宁、东莨菪碱、麻黄碱6 种有毒生物碱进行了检测，以确定它们的含量情况，这些生物碱具有较高的生物活性，但大多数有毒，长期使用可能会对人体健康造成损害，因此，为了保护人们的健康，许晓辉等人采取了一系列措施，以确保中药保健品中的生物碱含量不会超出安全范围。他们通过将三重四极杆与超高液相色谱技术结合，建立了一种新的质谱分析方法。经过多次比较，最终选择了1%甲酸-乙腈作为提取溶剂，以获得更优质的提取效果。经过多种因素的综合考虑，包括线性关系、检出限、定量限、回收率和相对标准偏差，得出该方法的稳定性和准确性较高，且预处理简便。

4 试剂盒和试纸条快速检测技术

免疫胶体金技术（Immune Colloidal Gold Technique）是一种革命性的免疫标记技术，它利用胶体金作为示踪标志物，可以有效地检测抗原抗体，从而提高免疫反应的灵敏度和准确性。由氯金酸（HAuCl4）经过还原剂的作用，如白磷、抗坏血酸、枸橼酸钠和鞣酸等，形成一种特定大小的金颗粒，并且由于静电作用，呈现出稳定的胶体状态，这种物质就是胶体金。通过使用胶体金作为标记物，胶体金技术可以用于检测待测物质［13-15］，从而实现免疫检测。研究人员范妙璇等人［16］选用《中国药典》2020 年版中的24 种中药饮片，通过三线胶体金侧流向免疫色谱技术，对饮片中黄曲霉毒素B1、B2、G1 和G2 的含量进行了测定，通过比较得到胶体金方法的检测结果与液相色谱质谱联用方法的检测结果无显著差异，且该方法操作更加简单、快速。

二氧化硫具有活泼的化学性质，具有氧化性和还原性，因此被广泛用作保鲜剂和防腐剂，但是过量的二氧化硫残留会导致人体出现恶心、呕吐、眼睛、鼻子刺激等症状［17］。中药材中二氧化硫残留超标的现象频发，传统的检测方法对实验人员和实验条件的要求较高，检测周期也较长，而气体法［18，19］是一种利用硫化铅黑色示踪物对中药材和中药饮片中二氧化硫残留进行检测的有效方法，可以有效地检测出二氧化硫残留的含量，从而更好地保护人体健康。然而，实验所需的装置体积庞大，不易携带，而且醋酸铅的稳定性也不佳。赵彭花等人［20］研究了硅胶材质的专用瓶盖，将醋酸铅反应膜制成试纸条，从而改善了醋酸铅稳定性差和不易携带的缺点，同时，将实验条件进行优化，建立了结果较为稳定的二氧化硫快速检测试剂盒。

5 拉曼光谱技术

拉曼光谱法是一种用于研究分子或物质微观结构的有效技术，它利用光子与介质原子之间的非弹性碰撞产生的散射光谱来揭示物质的结构和性质。对光照射下的散射现象进行深入研究，可以探索出散射光与入射光能级差以及化合物振动、转动频率等特性之间的相互影响。拉曼光谱是一种振动光谱技术，拉曼效应与分子振动时的偶极矩变化有着密切的联系，但它的测量对象却是一种非弹性的散射辐，这种辐射的特征取决于分子的极化率。

拉曼光谱不仅仅局限于传统的方法，也存在一些独特的拉曼技术。这些方法包括共振拉曼、表面增强拉曼、拉曼旋光、相关-反斯托克拉曼、拉曼增益或减失光谱以及超拉曼等。使用共振拉曼光谱法和表面增强拉曼光谱法，可以更准确地进行药物分析。当激光的频率与分子的电子跃迁频率相匹配时，会产生强烈的吸收和共振效应，从而使得某些拉曼谱带的强度大幅提升数百万倍，这即是所谓的共振拉曼效应。SERS（表面增强拉曼光谱）是一种常见的光谱技术，它通过改变金属表面的电磁场来提高光谱的特征。由于金属表面粗糙度的不同，以及复杂的金属电介质对光波长的影响，拉曼效应的强度会有所差异。SERS 作为一种极具应用潜力的快速分析方法，在添加剂、农药、化肥等领域的检测和监控中发挥着重要作用［21-23］，可以说是一种强大的分析手段。金（Au）、银（Ag）、铜（Cu）等通常用作SERS 基底，Au 和Ag 的稳定性比Cu 高。程昊等人［27］利用种子介导技术制备了Ag@ Au 核-壳型双金属纳米粒子［24-26］，这种新型纳米粒子具有极高的化学稳定性，因此受到了广泛的关注。为了更好地检测阿莫西林，程昊等人将这种金属纳米粒子作为表面增强拉曼的基底，最终确定了1139cm-1峰作为阿莫西林定量检测的最佳波数。陈志杰［28］和其他研究人员制备了银溶胶，并对比了NaBr、NaCl 和KI 三种无机盐水溶液的促凝效果，结果发现NaBr 的效果最佳。随后，他们经过精心挑选，在1004cm-1处建立了一个舒芬太尼定量分析方程，以此来精确测定水溶液和人工尿液中舒芬太尼的含量。经过检测发现舒芬太尼在水溶液和尿液中的检出限分别为0.09μg /mL、1.55 μg /mL。刘绪平等人［29］采用显微拉曼技术，对盐酸金霉素眼膏的粒度进行研究，分析粒度超出国家药品标准的原因。最终发现，一些企业没能有效地控制粒度工艺，导致该眼膏的粒度超出了规范要求。该研究对盐酸金霉素眼膏生产工艺提高有一定的促进和指导作用。

6 近红外光谱技术

近红外光是介于可见光（Vis）和中红外（MIR）之间的电磁辐射波，美国材料检测协会（ASTM）将近红外光谱区定义为780~2526 nm 的区域，是人们在吸收光谱中发现的第一个非可见光区。近红外光谱技术（Near Infrared Spectroscopy，NIRS）是一种快速发展的光谱分析方法，它将光谱测量技术与化学计量学结合，并被誉为分析领域的巨人。该技术通过扫描样品的近红外光谱，获取样品中含氢基团的特征信息。这种技术方便快捷，准确性高，成本低廉，并且在分析样品时不会损坏样品、不需要消耗化学试剂、不会污染环境等，这项技术正受到越来越多人的青睐［30］。

七叶皂苷钠（Sodium Aescinate）是一种由四种不同的七叶皂苷组成的钠盐［31］，它们的酯键结构各不相同，其中A、B、C 和 D 四种皂苷可以起到抗炎、促进血液流动的功能［32］。王伯阳［33］和他的团队使用4 家药厂的55 批次注射用七叶皂苷钠作为检测样本，通过NIRS 技术，结合片最小二乘方法和因子化算法，建立了一个注射用七叶皂苷钠的定量和定性模型。研究表明，蛹虫草（Cordyceps Militaris），也被称为北蛹虫草，是一种真菌，与冬虫夏草属同属，但其活性物质的含量却远超过冬虫夏草［34］，它具有显著的降血脂、抗癌、抗衰老等功效［35］。为了解决传统方法测定蛹虫草中蛋白质、虫草酸、腺苷和多糖四种成分时耗时长、操作复杂等问题，马健等人［36］提出了一种新的近红外测定模型，通过内部交互验证和外部验证，该模型的准确性和稳定性得到了显著改善，大大提升了测定蛹虫草中四种有效成分的速度和效率。

西洋参被誉为一种珍贵的中草药，其中人参皂苷的含量被视为衡量其品质的关键指标，并被列入《中国药典》。然而，目前市场上有一些商家以国产西洋参来谋取非法利益，而这些西洋参的品质因为加工方法、产地、生长时间和采摘时间的不同而有很大的差异［37-40］。唐艳等人［41］以122 批次西洋参样品为研究对象，建立了西洋参中水分、人参皂苷总量的近红外定量分析模型。在建模过程中，通过异常样品判定方法剔除所有不符合要求的样本，并使用最佳的建模波段建立了偏最小判别分析模型（Orthogonal Partial Least Squares Discriminant Analysis，OPLS-DA）来进行定性判别分析，以便快速确定西洋参的来源和种类，并且可以用来识别西洋参与其他药材之间的差异，从而为西洋参的质量监测提供一种有效的方法。

在制药行业，由于生产过程中涉及的参数众多，因此，在进行药品质量检测时，除随机抽样检测外，还需要采取有效的措施来确保产品的质量，特别是在生产过程中，应该加强对产品质量的实时监测，以确保最终的药品质量。近红外技术在生物制药、中药和西药生产中的应用很好地解决了药品质量无法实时监测的难题，很好地保证了产品的质量。对于药物混合过程终点的实时检测，Scheibel- hofer等人［42］在混合装置的不同位置安装了近红外探头，当不同位置的检测结果趋于一致时，可以判定为达到混合终点。近红外光谱仪还可以实时监测药物的制粒和干燥过程，因为它们对水分非常敏感。例如，Debeer 等人［43］使用光纤来分析药物冷冻干燥过程，从而快速确定最终的成药质量。压片作为固体片剂制备的关键步骤，其质量要求十分严格，成分的均匀性、硬度的恰当性以及崩解的速率都要达到规定的标准。Pestieau［44］通过近红外光谱技术结合偏最小二乘法，构建了一个精确的模型来评估压片过程中的片剂含量、硬度和脆碎度，从而有效地控制并优化了整个生产流程。夏春燕等人［45］利用近红外光谱技术，研究了不同包衣时间下天舒片的薄膜厚度变化，建立了一个快速、准确的定量模型，以此来评估其在不同时间下包衣的增重情况。