高通量快速檢測技術在藥品領域的研究進展

吳文慧，耿響，程一鑫，寇歡

（1.江西省藥品檢查員中心〈江西省疫苗檢查中心〉，江西南昌，330029；2.江西農業大學食品科學與工程學院，江西南昌，330045）

0 引言

《中華人民共和國藥品管理法》將藥品定義為一類旨在預防、治療、診斷某些疾病，以達到調節身體生理機能并規定有適應癥或者功能主治、用法和用量的物質，具體包括中藥材、中藥飲片、中成藥、化學原料藥及其制劑、抗生素、生化藥品、放射性藥品、血清、疫苗、血液制品和診斷藥品等。藥品質量可以被定義為一種特定的特征，它可以用于預防、治療和診斷某些疾病，并且可以通過調整人體內部機制來達到這些目標。藥物的質量應符合物理學、化學、生物藥劑學、安全性、有效性、穩定性以及統一性7 個重要指標。本文探討了QuEChERS 法、氣相色譜-串聯質譜法、高效液相色譜四極桿-飛行時間質譜聯用儀、超高液相色譜-串聯質譜法、試劑盒和試紙條法、拉曼光譜和紅外光譜6 種快速、高效的檢測技術，它們可以用于檢測藥品中的農藥殘留、違法添加、限量物質含量、產地鑒定以及藥品生產過程的安全性，為藥品安全監管提供了有力的支持。

2 QuEChERS 法結合氣相色譜-串聯質譜法

近年來，QuEChERS 法作為一種快速樣品前處理技術［1］，在國際上受到越來越多的關注，它是由美國農業部（United States Department of Agriculture）的Anastassiades 教授等人于2003 年開發的，它利用吸附劑填料與基質中的雜質相互作用，與高效液相色譜（HPLC）和固相萃取相似，可以有效地檢測農產品中的有害物質，具有良好的穩定性和可靠性，因此在農業檢測中發揮著重要作用。這種方法通過吸附雜質達到凈化的目的，具有出色的回收率、精確的測定結果、廣泛的農藥檢測能力、快速的分析速度、低溶劑消耗及易于操作等優點。

貝母是一種非常有益的藥物［2］，它能夠幫助消除炎癥和咳嗽。由于它的藥理作用非常強大，因此在臨床上的使用非常廣泛。野生貝母已經不能滿足實際需求［3，4］。而人工栽培過程中不可避免要使用農藥，因此貝母的農藥殘留成為需要重點關注的問題。耿昭等［5］通過對禁限用及常用農藥進行分析，選擇了53 種農藥作為檢測對象，采用 QuEChERS 法對193 批次貝母樣品進行前處理，然后用氣相色譜-質譜法進行測定，結果 53 種農藥在一定含量范圍內線性關系良好，r均大于0.997 8；各種農藥檢出限均小于0.01 mg/kg。經檢測，193 批次的貝母類中藥中檢出了14 種農藥，檢出率高達 47.2%，而只有1 批次的檢出結果超出了《中國藥典》2020 年版的最高標準。本研究發現，該方法能夠有效地檢測特定農藥，并且操作簡單、快捷、可靠。該實驗中采用的貝母樣品種類繁多，而且收集到的農殘數據也非?？煽?，這些信息不僅可以為監管工作提供有力的依據，而且還可以為貝母類中藥的生產、種植和流通提供重要的參考。

2012 年3 月12 日，一種先進的高效液相色譜四極桿-飛行時間質譜聯用儀（UHPLC-Q-TOF-MS）正式投入使用，它不僅可以用于基礎醫學，還可以用于藥物研究。這個系統旨在通過多種篩查流程，如多目標未知物篩查和完整未知物篩查，來發現和判斷未知物的存在。它還能夠用于藥物代謝、代謝物判定和代謝組學研究，為科學家提供更多的信息和幫助。

在中成藥中添加具有相同或類似治療作用的化學物質以及在中藥材中混入化工染料，是中成藥主要的摻雜制假方法。由于未經過臨床驗證，如果患者長期服用這類化學物質，而且沒有得到任何知情同意，將會嚴重損害人體健康。而進行補充檢測可以確定某些藥物存在摻雜或偽造的情況［6］。通過應用UHPLCQ-TOF-MS 技術，楊敏智等［7］準確地識別出百草糖中存在的違法成分，包括雷尼替丁和苯乙雙胍；孟氏咳喘靈膠囊中存在違反法律規定的雷尼替丁、吡羅昔康和雙氯芬酸鈉成分。應用UHPLC-Q-TOF-MS 技術在1min 的時間里，即可快速、精準地識別出中藥制劑中是否存在雷尼替丁、苯乙雙胍、吡羅昔康、雙氯芬酸鈉等有害成分。劉曉等［8］以白術芍藥散復方水提液為研究對象，利用UHPLC -Q-TOF-MS 法技術及多源數據處理方法，對比生品組及制品組種34 種差異成分的變化，分析了組分變化的原因。該研究對于中藥臨床應用安全具有重要意義。

3 超高效液相色譜－串聯質譜法（UPLCMS /MS）

2010 年3 月19 日，超高效液相色譜儀-串聯質譜儀正式投入使用，它不僅可以用于臨床醫學領域的分析，還可以用于藥物的研究，如藥物的代謝等。過度使用化學藥物可能會對人類健康和生命構成嚴重的危害，但是截止到目前，尚無一種能夠迅速、有效地檢測出中藥中是否含有違禁成分的方法，中藥的質量監督和控制仍面臨較多困難。超高效液相色譜串聯質譜技術不僅能夠彌補傳統色譜法的不足，還能夠有效地解決核磁共振波譜聯用法的操作復雜、儀器普及率低等問題，具有定性定量的雙重優勢，其檢測靈敏度極高，使用范圍極廣，已經成為當今分析技術的主流［9，10］。研究人員左甜甜等［11］對46 批活血化瘀中成藥益心酮片進行了研究，共計78 個樣品。為了提高測定精度，研究人員采用了先進的液相色譜儀和-串聯質譜儀，以及UPLCHSS T3 C18 色譜柱（100 mm×2.1 mm，1.8μm），通過采用0.1% 甲酸-乙腈作為流動相，結合外標法和質譜條件優化，建立了一種快速、有效的檢測益心酮片中37 種非法添加化合物的分析方法，其定量下限為3~10μg·L-1，為對中藥中非法添加化合物的研究提供了重要的參考依據。許曉輝等人［12］對中藥保健品中的阿托品、新烏頭堿、次烏頭堿、士的寧、東莨菪堿、麻黃堿6 種有毒生物堿進行了檢測，以確定它們的含量情況，這些生物堿具有較高的生物活性，但大多數有毒，長期使用可能會對人體健康造成損害，因此，為了保護人們的健康，許曉輝等人采取了一系列措施，以確保中藥保健品中的生物堿含量不會超出安全范圍。他們通過將三重四極桿與超高液相色譜技術結合，建立了一種新的質譜分析方法。經過多次比較，最終選擇了1%甲酸-乙腈作為提取溶劑，以獲得更優質的提取效果。經過多種因素的綜合考慮，包括線性關系、檢出限、定量限、回收率和相對標準偏差，得出該方法的穩定性和準確性較高，且預處理簡便。

4 試劑盒和試紙條快速檢測技術

免疫膠體金技術（Immune Colloidal Gold Technique）是一種革命性的免疫標記技術，它利用膠體金作為示蹤標志物，可以有效地檢測抗原抗體，從而提高免疫反應的靈敏度和準確性。由氯金酸（HAuCl4）經過還原劑的作用，如白磷、抗壞血酸、枸櫞酸鈉和鞣酸等，形成一種特定大小的金顆粒，并且由于靜電作用，呈現出穩定的膠體狀態，這種物質就是膠體金。通過使用膠體金作為標記物，膠體金技術可以用于檢測待測物質［13-15］，從而實現免疫檢測。研究人員范妙璇等人［16］選用《中國藥典》2020 年版中的24 種中藥飲片，通過三線膠體金側流向免疫色譜技術，對飲片中黃曲霉毒素B1、B2、G1 和G2 的含量進行了測定，通過比較得到膠體金方法的檢測結果與液相色譜質譜聯用方法的檢測結果無顯著差異，且該方法操作更加簡單、快速。

二氧化硫具有活潑的化學性質，具有氧化性和還原性，因此被廣泛用作保鮮劑和防腐劑，但是過量的二氧化硫殘留會導致人體出現惡心、嘔吐、眼睛、鼻子刺激等癥狀［17］。中藥材中二氧化硫殘留超標的現象頻發，傳統的檢測方法對實驗人員和實驗條件的要求較高，檢測周期也較長，而氣體法［18，19］是一種利用硫化鉛黑色示蹤物對中藥材和中藥飲片中二氧化硫殘留進行檢測的有效方法，可以有效地檢測出二氧化硫殘留的含量，從而更好地保護人體健康。然而，實驗所需的裝置體積龐大，不易攜帶，而且醋酸鉛的穩定性也不佳。趙彭花等人［20］研究了硅膠材質的專用瓶蓋，將醋酸鉛反應膜制成試紙條，從而改善了醋酸鉛穩定性差和不易攜帶的缺點，同時，將實驗條件進行優化，建立了結果較為穩定的二氧化硫快速檢測試劑盒。

5 拉曼光譜技術

拉曼光譜法是一種用于研究分子或物質微觀結構的有效技術，它利用光子與介質原子之間的非彈性碰撞產生的散射光譜來揭示物質的結構和性質。對光照射下的散射現象進行深入研究，可以探索出散射光與入射光能級差以及化合物振動、轉動頻率等特性之間的相互影響。拉曼光譜是一種振動光譜技術，拉曼效應與分子振動時的偶極矩變化有著密切的聯系，但它的測量對象卻是一種非彈性的散射輻，這種輻射的特征取決于分子的極化率。

拉曼光譜不僅僅局限于傳統的方法，也存在一些獨特的拉曼技術。這些方法包括共振拉曼、表面增強拉曼、拉曼旋光、相關-反斯托克拉曼、拉曼增益或減失光譜以及超拉曼等。使用共振拉曼光譜法和表面增強拉曼光譜法，可以更準確地進行藥物分析。當激光的頻率與分子的電子躍遷頻率相匹配時，會產生強烈的吸收和共振效應，從而使得某些拉曼譜帶的強度大幅提升數百萬倍，這即是所謂的共振拉曼效應。SERS（表面增強拉曼光譜）是一種常見的光譜技術，它通過改變金屬表面的電磁場來提高光譜的特征。由于金屬表面粗糙度的不同，以及復雜的金屬電介質對光波長的影響，拉曼效應的強度會有所差異。SERS 作為一種極具應用潛力的快速分析方法，在添加劑、農藥、化肥等領域的檢測和監控中發揮著重要作用［21-23］，可以說是一種強大的分析手段。金（Au）、銀（Ag）、銅（Cu）等通常用作SERS 基底，Au 和Ag 的穩定性比Cu 高。程昊等人［27］利用種子介導技術制備了Ag@ Au 核-殼型雙金屬納米粒子［24-26］，這種新型納米粒子具有極高的化學穩定性，因此受到了廣泛的關注。為了更好地檢測阿莫西林，程昊等人將這種金屬納米粒子作為表面增強拉曼的基底，最終確定了1139cm-1峰作為阿莫西林定量檢測的最佳波數。陳志杰［28］和其他研究人員制備了銀溶膠，并對比了NaBr、NaCl 和KI 三種無機鹽水溶液的促凝效果，結果發現NaBr 的效果最佳。隨后，他們經過精心挑選，在1004cm-1處建立了一個舒芬太尼定量分析方程，以此來精確測定水溶液和人工尿液中舒芬太尼的含量。經過檢測發現舒芬太尼在水溶液和尿液中的檢出限分別為0.09μg /mL、1.55 μg /mL。劉緒平等人［29］采用顯微拉曼技術，對鹽酸金霉素眼膏的粒度進行研究，分析粒度超出國家藥品標準的原因。最終發現，一些企業沒能有效地控制粒度工藝，導致該眼膏的粒度超出了規范要求。該研究對鹽酸金霉素眼膏生產工藝提高有一定的促進和指導作用。

6 近紅外光譜技術

近紅外光是介于可見光（Vis）和中紅外（MIR）之間的電磁輻射波，美國材料檢測協會（ASTM）將近紅外光譜區定義為780~2526 nm 的區域，是人們在吸收光譜中發現的第一個非可見光區。近紅外光譜技術（Near Infrared Spectroscopy，NIRS）是一種快速發展的光譜分析方法，它將光譜測量技術與化學計量學結合，并被譽為分析領域的巨人。該技術通過掃描樣品的近紅外光譜，獲取樣品中含氫基團的特征信息。這種技術方便快捷，準確性高，成本低廉，并且在分析樣品時不會損壞樣品、不需要消耗化學試劑、不會污染環境等，這項技術正受到越來越多人的青睞［30］。

七葉皂苷鈉（Sodium Aescinate）是一種由四種不同的七葉皂苷組成的鈉鹽［31］，它們的酯鍵結構各不相同，其中A、B、C 和 D 四種皂苷可以起到抗炎、促進血液流動的功能［32］。王伯陽［33］和他的團隊使用4 家藥廠的55 批次注射用七葉皂苷鈉作為檢測樣本，通過NIRS 技術，結合片最小二乘方法和因子化算法，建立了一個注射用七葉皂苷鈉的定量和定性模型。研究表明，蛹蟲草（Cordyceps Militaris），也被稱為北蛹蟲草，是一種真菌，與冬蟲夏草屬同屬，但其活性物質的含量卻遠超過冬蟲夏草［34］，它具有顯著的降血脂、抗癌、抗衰老等功效［35］。為了解決傳統方法測定蛹蟲草中蛋白質、蟲草酸、腺苷和多糖四種成分時耗時長、操作復雜等問題，馬健等人［36］提出了一種新的近紅外測定模型，通過內部交互驗證和外部驗證，該模型的準確性和穩定性得到了顯著改善，大大提升了測定蛹蟲草中四種有效成分的速度和效率。

西洋參被譽為一種珍貴的中草藥，其中人參皂苷的含量被視為衡量其品質的關鍵指標，并被列入《中國藥典》。然而，目前市場上有一些商家以國產西洋參來謀取非法利益，而這些西洋參的品質因為加工方法、產地、生長時間和采摘時間的不同而有很大的差異［37-40］。唐艷等人［41］以122 批次西洋參樣品為研究對象，建立了西洋參中水分、人參皂苷總量的近紅外定量分析模型。在建模過程中，通過異常樣品判定方法剔除所有不符合要求的樣本，并使用最佳的建模波段建立了偏最小判別分析模型（Orthogonal Partial Least Squares Discriminant Analysis，OPLS-DA）來進行定性判別分析，以便快速確定西洋參的來源和種類，并且可以用來識別西洋參與其他藥材之間的差異，從而為西洋參的質量監測提供一種有效的方法。

在制藥行業，由于生產過程中涉及的參數眾多，因此，在進行藥品質量檢測時，除隨機抽樣檢測外，還需要采取有效的措施來確保產品的質量，特別是在生產過程中，應該加強對產品質量的實時監測，以確保最終的藥品質量。近紅外技術在生物制藥、中藥和西藥生產中的應用很好地解決了藥品質量無法實時監測的難題，很好地保證了產品的質量。對于藥物混合過程終點的實時檢測，Scheibel- hofer等人［42］在混合裝置的不同位置安裝了近紅外探頭，當不同位置的檢測結果趨于一致時，可以判定為達到混合終點。近紅外光譜儀還可以實時監測藥物的制粒和干燥過程，因為它們對水分非常敏感。例如，Debeer 等人［43］使用光纖來分析藥物冷凍干燥過程，從而快速確定最終的成藥質量。壓片作為固體片劑制備的關鍵步驟，其質量要求十分嚴格，成分的均勻性、硬度的恰當性以及崩解的速率都要達到規定的標準。Pestieau［44］通過近紅外光譜技術結合偏最小二乘法，構建了一個精確的模型來評估壓片過程中的片劑含量、硬度和脆碎度，從而有效地控制并優化了整個生產流程。夏春燕等人［45］利用近紅外光譜技術，研究了不同包衣時間下天舒片的薄膜厚度變化，建立了一個快速、準確的定量模型，以此來評估其在不同時間下包衣的增重情況。

7 展望

高通量快速檢測技術以其快速、高效等優點在藥品質量監控和制藥種的過程質量控制中得到充分利用，目前很多高通量技術在藥品領域的研究多數還是在實驗室階段，實現技術的標準化是推廣和使用該類技術的重中之重，將對推動藥品產業現代化、國際化起到重大推動作用。

隨著科技的飛速進步，自動化和智能化控制系統的出現，高通量快速檢測技術已經成為藥品質量改善的重要助推器，其可靠性和準確性將大大提升。