TLC-SERS技術體系構建及應用研究

胡楠，劉毅，謝強勝，張中湖

(山東省食品藥品檢驗研究院，山東 濟南 250101)

非法添加問題，涉及我院食品、藥品、保健食品、化妝品4大業務領域，是實驗室創新檢驗檢測技術、進行科技攻關的重點，液質聯用技術已廣泛應用于上述四品非法添加物的實驗室快速確證檢驗[1]。為建立適合現場快速檢驗的非法添加篩查方法，將非法添加快速檢驗方法推向現場應用，從2012年起，在國家重大科學儀器設備開發專項“便攜式薄層色譜-拉曼光譜聯用儀及其藥品快檢支撐系統”(項目編號2012YQ180132)[2]支持下，我院與海軍軍醫大學聯合，成功研制適合于現場快速檢驗應用的薄層色譜-拉曼光譜聯用儀(簡稱薄曼聯用儀),建成了基于物聯網和云計算技術的藥品快檢支撐平臺(μtrait系統)，為薄曼聯用儀的快速應用提供遠程在線數據庫和算法系統支持。

在實際運行過程中，薄曼聯用儀存在聯用設備分離、不易于攜帶、供電線路復雜、售后服務責任不清等弊端；μtrait系統存在數據中心建設不完善、運維技術力量不足、表面增強拉曼光譜標準庫(SERS庫)未按功能進行分區等問題。從2016年起，在山東省重點研發計劃“薄曼聯用儀高通量快速篩查食品中的非法添加化合物”(2016GSF120003)和山東省食藥監局發展類課題“TLC-SERS技術體系研究及應用”(SDFDAFZLY201808)支持下，我院對μtrait系統進行升級改造，建成了中國拉曼光譜云計算中心數據中心，提供專業、規范、可靠的信息技術支持，優化升級了μtrait系統非法添加模塊，便于基層技術人員應用。中國拉曼光譜云計算中心數據中心和μtrait系統非法添加模塊，統稱為薄曼聯用儀-非法添加快檢系統(TRAFIC系統)。

TRAFIC系統，是一套完整的薄層色譜-表面增強拉曼光譜(TLC-SERS[3])技術應用體系，包括儀器及其操作系統、網絡化平臺和數據中心。山東省食品藥品安全檢測工程技術研究中心利用本院現代化機房和完善的通訊、安全、網絡設備，專辟一個機柜，遷移重建了數據中心；根據實踐工作需要，升級μtrait系統為TRAFIC系統；購置3臺薄曼聯用儀，專設兩間實驗室，建成TLC-SERS技術培訓支持中心。TLC-SERS技術在抽驗樣品檢測中得到了應用，為向社會推廣，特將該技術體系建設和應用情況介紹如下。

1 薄曼聯用儀及其升級

1.1 薄曼聯用儀 該儀器由海軍軍醫大學(原第二軍醫大學)陸峰教授科研團隊牽頭，聯合上海科哲生化科技有限公司、上海交通大學、上海儀電分析儀器有限公司共同研制。上海科哲生化科技有限公司負責CH4500型薄層色譜儀的研發和薄曼聯用儀的產業化。上海交通大學黃梅珍教授團隊負責R10激光拉曼光譜儀[4]的研發，上海儀電分析儀器有限公司負責R10激光拉曼光譜儀的產業化。山東省食品藥品安全檢測工程技術研究中心負責應用開發。

1.2 薄曼聯用儀的特點 薄層色譜儀的進樣器、點樣器、加熱器、噴霧器、成像系統高度整合為一體并實現自動化、車載化；拉曼光譜儀將像差校正、光譜能量會聚、精確制冷三功能融于一體，CCD探測模塊小型化；拉曼探頭位于薄層掃描儀內右側點膠臂上，與光纖連接，可實現精確對焦、精密定位，集成機械-光學變焦裝置、拉曼光譜儀快速解鎖裝置，具有高動態范圍圖像處理能力。

1.3 薄曼一體機 為強化薄曼聯用儀的車載性能，山東省食品藥品安全檢測工程技術研究中心擬將拉曼光譜儀整體置于薄層掃描儀上方，將拉曼光譜儀整合為其檢測器，聯用儀升級為一體機，已申報外觀新型專利[5](見圖1)。

圖1 薄曼一體機設計圖

2 藥品快檢支撐系統

藥品快檢支撐系統由海軍軍醫大學(原第二軍醫大學)陸峰教授科研團隊牽頭，聯合上海迪亞凱特生物技術有限公司共同開發，主要提供薄曼聯用儀的客戶端應用、管理端技術支持和數據中心數據庫及算法支持。山東省食品藥品安全檢測工程技術研究中心授權負責數據中心及其應用系統的運維及日常管理，負責該成果轉化及推廣應用。

2.1 系統總體架構 具體見圖2。

圖2 藥品快檢支撐系統總體架構

2.2 檢測流程 具體見圖3。

圖3 快檢流程圖

2.3 中國拉曼光譜云計算中心數據中心(CRSCCC) 中國拉曼光譜云計算中心數據中心由陸峰教授授權山東省食品藥品安全檢測工程技術研究中心基于μtrait系統升級而成，部署于山東省食品藥品檢驗研究院核心機房。

2.3.1 應用架構 具體見圖4。

圖4 CRSCCC應用架構

2.3.2 網絡架構 具體見圖5。

圖5 CRSCCC網絡架構

2.3.3 安全架構 具體見圖6。

圖6 CRSCCC安全架構

2.3.4 管理機制 委托山東省食品藥品安全檢測工程技術研究中心代管和使用。

3 系統應用典型案例

無論是壯陽補腎類中成藥，還是抗疲勞類保健食品，其中常見非法添加化合物多為具有血管擴張功能的那非類，比如硫代艾地那非、枸櫞酸西地那非等。TRAFIC系統快檢，首先建立常見那非類標準品的薄層展開后SERS譜庫，然后采集待測樣品中的薄層斑點SERS光譜與標準譜庫進行遍歷比對，按照相似度與匹配度從高到低排序，取前三位進行液質確證。

3.1 那非類標準SERS譜庫建立 分別取硫代艾地那非、枸櫞酸西地那非等11種常見那非類對照品，配制成1 mg·mL-1的甲醇溶液，薄層板點樣、展開、噴膠、采集SERS、上傳，后臺處理人員審核通過、入庫，硫代艾地那非SERS建庫報告見圖7。

圖7 硫代艾地那非SERS建庫報告

3.2 樣品快檢 取三便寶膠囊1粒，內容物加1 mL甲醇溶解，靜置，取上清液，薄層板點樣、展開、噴膠、采集SERS、上傳，后臺自動比對，返回快檢報告見圖8。

圖8 三便寶膠囊快檢分析報告

4 結論

4.1 TLC-SERS技術體系從儀器到平臺已經成熟，中國拉曼光譜云計算中心數據中心有專業信息化和檢驗團隊管理。薄曼聯用儀經過實踐驗證，儀器性能穩定，平臺經過實踐驗證，方案設計科學合理。

4.2 TLC-SERS技術培訓支持中心業已建成，由山東省食品藥品安全檢測工程技術中心負責管理，可以大量培訓薄曼聯用儀和平臺使用人員。

4.3 本研究成果已經形成一套完整的體系，既可以在事業性檢驗機構用于非法添加的高通量檢驗，也可以在企業實驗室用作常規薄層掃描儀。

4.4 TLC-SERS技術可以應用于食品、中藥[6]、保健食品[7]、化妝品中非法添加化合物[8]的快速篩查，為解決這類問題提供了一套通用的方法。

致謝：本文由山東省食品藥品安全檢測工程技術研究中心支持。