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易科泰高光谱成像技术助力中医药表型组学发展

2022-12-30 14:30 作者:易科泰光谱成像技术  | 我要投稿

人类基因组计划之后,表型组迅速崛起,对于新兴的中医表型组学,国医大师施杞、王拥军教授、唐德志教授团队在Phenomics期刊中刊文,首次在国际上倡导建立中医表型组学(Chinmedphenomics),并论述了其“3P”理念,即中医表型组学具有个性化(Personalized)、精确化(Precise)和广泛的应用前景(Promising)。

中医是中华智慧的结晶。中医方剂中的“方证合一、药证合一”“君臣佐使”等思想方法也是在追求“Precise(精准化)。中医方剂作为临床治疗的主要方法之一,以君、臣、佐、使成分为基础。臣草药与君草药有协同作用,有助于缓解其他伴随症状,佐草药增强治疗效果,调节君、臣草药的不良反应,使草药包括两种含义,一是将其余草药直接引向疾病位置,二是使方剂中的草药处于一种和谐的状态,通常没有过冷或过热的性质。

所以对中医药质量包括中药材生境、品种选择、病虫害防治、水分及有效成分检测等各个环节的科学严格把关是提供优质中草药并使其发挥作用的最根本的基础。

易科泰生态技术公司提供中医药质量控制与检测全面解决方案,高通量、非接触、数字化:

不同品种及产地的西洋参、甘草、黄芪有效成分探索研究(易科泰光谱成像实验室供图)

案例一:基于高光谱成像技术和RBFNN模型对新鲜石斛多糖测定

石斛在中国被称为“草药中的黄金”。被视为一种罕见的滋补品,很多医学实验已经证明了石斛在健康和预防疾病方面的作用,但是不同石斛产品的质量差异明显,甘露糖(MN)和石斛多糖(DP)是评价石斛品质最具代表性的指标。然而,传统的测定MN和DP浓度的方法是高效液相色谱法。这种方法效率低,破坏性大。浙江农林大学亚热带造林国家重点实验室研究人员利用高光谱成像技术对石斛中甘露糖(MN)和石斛多糖(DP)进行可视化和无损检测,并采用化学计量学方法,建立了基于近红外光谱(874-1734nm)的径向基函数神经网络(RBFNN)模型。

 

图1-1 所有样品的光谱(a)、不同生境的平均光谱(b)、不同生境MN的平均浓度(c)、不同生境DP的平均浓度(d)

268份样品的光谱波形基本一致,也就是说,所有的光谱都有相同的波峰和波谷,不同样品的光谱在反射率处呈现梯度,这意味着样品内部物质的浓度不同。不同产地的平均光谱(b)在光谱反射率处表现出不同的特征,说明不同生境的石斛成分含量的浓度存在差异。不同生境的化学物质平均浓度有明显差异,不同生境石斛的MN浓度由高到低依次为AH、ZJ、GX、HN、YN。DP浓度由高到低依次为AH、ZJ、HN、GX、YN。

 

图1-2 高光谱成像的流动过程。(a)高光谱二值图像,(b)去背景后的高光谱图像,(c) MN的伪彩色图,(d) DP的伪彩色图。

案例二:基于高光谱成像技术检测干姜中刺激性成分

生姜植物(Zingiber officinale Roscoe)具有可食用的根茎。具有药用价值,包括抗氧化活性,抗炎作用,镇痛作用。以其芳香、辛辣和有益健康的特性而闻名,它的味道主要来自两类化合物姜辣素(6-gingerol)和姜辣素衍生物(6-shogaol),产品的整体质量取决于这些化合物之间的相互作用,因此,确定这些化合物的比例将有利于质量控制的目的。

北京易科泰技术人员利用PhenoTron-HSI高光谱成像分析系统对河北和山东两个产地的生姜粉进行数据采集和分析发现,两种产地的生姜粉具有相同趋势的峰谷特征,但反射率处呈现比较明显的差异,产自山东的生姜粉反射率整体高于产自河北的,这可能反映了两种样品内部某种物质如刺激性成分的含量不同。

图2-1 左:不同产地生姜粉光谱曲线 右:分析结果图


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