第2講 ——當(dāng)中藥遇上高光譜系統(tǒng)

友思特“未來(lái)視界”實(shí)驗(yàn)室第二講開(kāi)課了！本期主角是凝結(jié)了中國(guó)古老智慧的特色——中藥。

從神農(nóng)嘗百草到《本草綱目》典籍問(wèn)世，中藥材發(fā)展至今，品類(lèi)已高達(dá)上萬(wàn)種。在這其中，難免會(huì)存在形態(tài)相似而功效大不相同的藥材，價(jià)值自然也千差萬(wàn)別。如此珍貴的（需要你捏著鼻子飲用的）良方，如果摻雜了劣質(zhì)或者冒牌的假貨，不僅是破財(cái)不免災(zāi)，更重要的沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)癥下藥，導(dǎo)致病情無(wú)法在療程內(nèi)得到緩解，甚至造成走上錯(cuò)誤的調(diào)理和治療方向。

那么，有什么方法能快速區(qū)分中藥材的真?zhèn)文?？歡迎您與我們共同走進(jìn)全新的高光譜成像技術(shù)，看看友思特高光譜成像系統(tǒng)裝置下映照出的那些看似“雙胞”實(shí)則“兩家人”的中藥材的真實(shí)形態(tài)吧！

實(shí)驗(yàn)背景：魚(yú)目混珠的中草藥怎么鑒別？

中藥材是中華民族醫(yī)學(xué)智慧的結(jié)晶，是原植物、動(dòng)物、礦物除去非藥用部位的物質(zhì)，具有預(yù)防和治療多種疾病、調(diào)養(yǎng)身心、康復(fù)保健等醫(yī)學(xué)療效。隨著市場(chǎng)需求的增加和商業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，中藥材面臨著品質(zhì)參差不齊、真?zhèn)尾幻?、摻假摻雜等問(wèn)題。有些商家為了追求利潤(rùn)，可能會(huì)使用次品或摻假偽劣品牌售中藥材，這不僅影響療效，還可能對(duì)消費(fèi)者健康造成危害，因此保障中藥材質(zhì)量安全顯得尤為重要。

常見(jiàn)的中藥材真?zhèn)舞b別方法有外觀鑒別和理化鑒別。外觀鑒別即通過(guò)肉眼觀察外觀特征，如形狀、顏色、氣味等，初步判斷中藥材的真?zhèn)巍＿@種方法簡(jiǎn)單直觀，但易受人為主觀因素影響，準(zhǔn)確性有限。理化鑒別包括顯微鏡觀察、色譜分析、礦物質(zhì)分析等，通過(guò)檢測(cè)中藥材的理化性質(zhì)和成分組成，確定其真?zhèn)巍＿@些方法對(duì)摻假較為敏感，能夠提供較為客觀的評(píng)估結(jié)果。然而這種方法通常需要復(fù)雜的樣品制備及預(yù)處理，需要更多的時(shí)間成本，分析效率下降；此外，一些分析技術(shù)在檢測(cè)過(guò)程中需要有毒及致癌的有機(jī)溶劑，而對(duì)操作人員的身心健康產(chǎn)生一定的影響。

中藥材真?zhèn)舞b別不僅是保障民眾健康和維護(hù)中藥市場(chǎng)秩序的必要手段，也是促進(jìn)中藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展和傳承中華傳統(tǒng)文化的重要保障措施。隨著科技的進(jìn)步，鑒別方法不斷創(chuàng)新，將為中藥材的質(zhì)量和安全提供更加可靠的保障。

技術(shù)方案：高光譜成像技術(shù)&友思特方案

高光譜成像技術(shù)是一種捕獲和分析寬波長(zhǎng)信息的技術(shù)，能夠?qū)Σ牧虾吞卣鬟M(jìn)行詳細(xì)的光譜分析和識(shí)別。高光譜成像技術(shù)的實(shí)現(xiàn)要通過(guò)高光譜相機(jī)，其工作原理是使用多個(gè)光學(xué)傳感器或光學(xué)濾波器分離不同波長(zhǎng)的光，并捕獲每個(gè)波段的圖像，能夠在一時(shí)間獲得目標(biāo)在不同譜段處的空間圖像信息，即空間光譜分布，具有快速、實(shí)時(shí)、無(wú)損檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，可用于地質(zhì)勘查、工業(yè)過(guò)程分析、科學(xué)考古、醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。高光譜技術(shù)已被成功應(yīng)用于梔子、紅參、甘草等多種中藥材的分析鑒別。

友思特高光譜系統(tǒng)由高功率紅外光源、可調(diào)諧波長(zhǎng)選擇器、鏡頭和短波紅外相機(jī)組成（如下表）。紅外光源提供 900-1700nm 范圍內(nèi)的高功率光源輸出，波長(zhǎng)選擇器提供快速、精確和高分辨率的波長(zhǎng)調(diào)諧功能，紅外相機(jī)捕捉像素信號(hào)并生成圖片。

如果您想要實(shí)現(xiàn)高光譜成像的應(yīng)用，我們將根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景，以友思特全自動(dòng)調(diào)諧波長(zhǎng)選擇器FWS-Poly為核心設(shè)備，定制一個(gè)具有更精準(zhǔn)和更高分辨率全新的高光譜成像系統(tǒng)。

友思特高光譜成像系統(tǒng)組成

多種中藥材的高光譜對(duì)照實(shí)驗(yàn)

本次實(shí)驗(yàn)中，友思特高光譜成像系統(tǒng)將對(duì)一批當(dāng)歸、酸棗仁和西洋參的真?zhèn)芜M(jìn)行鑒別，對(duì)照組分別為獨(dú)活、臭豆和桔梗。實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組都具有非常相似的外貌，但物理性質(zhì)和藥用功效完全不同。

測(cè)試系統(tǒng)如下圖所示，由友思特 TLS 激光光源、Poly-RED波長(zhǎng)選擇器（1000-1600nm）和 InGaAs 紅外相機(jī)組成，測(cè)試過(guò)程為使用 TLS 為激發(fā)光，設(shè)置 FWS-Poly 從 1000-1600nm 進(jìn)行掃描，以 50nm 為步長(zhǎng)，F(xiàn)WHM 為 13nm，拍攝每個(gè)波長(zhǎng)下的照片。

友思特高光譜解決方案裝置圖 友思特高光譜解決方案示意圖

1. 當(dāng)歸 vs 獨(dú)活

當(dāng)歸和獨(dú)活是常用的中草藥，它們?cè)谥参飳W(xué)特征、生長(zhǎng)環(huán)境和藥用功效上有顯著的差異，因此在臨床應(yīng)用和藥材采集上也會(huì)有所區(qū)分。

測(cè)試結(jié)果：以 1250nm 圖像為代表（由于篇幅原因，我們只在這里展示了最具有差異化的圖像所在波段并進(jìn)行對(duì)比，下同）。當(dāng)歸的圖像有黑環(huán)和不規(guī)則、小型黑暈分布，而獨(dú)活的圖像有較多的黑點(diǎn)，無(wú)明顯黑環(huán)和黑暈分布，證明二者的成分不同。

2.酸棗仁 vs 臭豆

酸棗仁和臭豆都是中藥材中的種子類(lèi)藥物，酸棗仁為棗科植物棗樹(shù)的種子，臭豆為豆科植物風(fēng)車(chē)子的種子。二者外貌較為相似，都有一定的藥用價(jià)值，但功效和應(yīng)用范圍截然不同。

測(cè)試結(jié)果：以 1100nm 圖像為代表。酸棗仁為杏仁狀，中心白點(diǎn)分布均勻；臭豆為原片狀，中心白點(diǎn)分布非常不均勻，時(shí)有時(shí)無(wú)，證明二者的成分、形狀不同。

3. 西洋參 vs 桔梗

西洋參和桔梗是兩種不同的根莖類(lèi)中藥材，但價(jià)格差異懸殊。由于外貌十分相似，經(jīng)常有以次充好的商家將桔梗作為西洋參售賣(mài)，或在西洋參中摻雜一部分桔?；煜M(fèi)者。

測(cè)試結(jié)果：以 1200nm 圖像為代表。西洋參的圖像中具有每片樣本都具有寬度均勻的黑色暈環(huán)，而桔梗的黑色暈環(huán)的分布非常不均勻、厚度和深淺在個(gè)體上差異較大，可證明二者的成分不同。

實(shí)驗(yàn)小結(jié)

高光譜成像技術(shù)為中藥材的質(zhì)量控制和安全保障提供了可靠的技術(shù)支持，在實(shí)際生產(chǎn)與檢測(cè)工作中，也可以結(jié)合可見(jiàn)光成像檢測(cè)、圖像分析技術(shù)、光譜分析技術(shù)等其它鑒別手段，對(duì)中藥材進(jìn)行更為全面和系統(tǒng)的真?zhèn)舞b別。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，我們相信高光譜技術(shù)在中藥材真?zhèn)舞b定領(lǐng)域的作用必將更加深遠(yuǎn)，為中藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和消費(fèi)者的用藥安全提供重要保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 黃澤豪，沈賢娟. 閩南民間藥公石松的生藥鑒定[J]. 亞熱帶植物科學(xué)，2013，42（04）：288-292.

[2]張澤宏，洪麗純，孫連青. 藥用經(jīng)濟(jì)植物公石松的資源調(diào)查及開(kāi)發(fā)利用[J]. 宜賓學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，14（6）：46-48.

[3]石鶴坤，陳開(kāi)杰，林小鳳，等. 公石松水提液對(duì)小鼠運(yùn)動(dòng)能力與血清乳酸，尿素氮及肝糖原的影響[J]. 藥學(xué)實(shí)踐雜志，2016，34（5）：399-402.

[4]孫成玉,焦龍.高光譜結(jié)合支持向量機(jī)鑒別不同產(chǎn)地丹參藥材[J].福建分析測(cè)試, 2023, 32(2):11-15.

審核編輯 黃宇