1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072 中国食品药品检定研究院化学药品检定所, 北京 102629
3 中国食品药品检定研究院化学药品检定所, 北京 102629
4 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
二维相关光谱法是将特定形式的微扰作用于样品, 通过测定一系列扰动作用下的动态光谱, 结合数学相关分析, 获取与样品中分子结构及作用力相关的二维相关谱特征。 该方法主要基于分子振动光谱, 将一维光谱扩展到二维空间, 能有效提高光谱分辨率, 从而识别原始光谱中重叠的分子振动变化特征, 为研究分子内及分子间的化学键变化提供依据, 在生物医学、 药学、 食品科学、 环境科学以及高分子材料等领域应用广泛。 自1986年Noda提出广义二维相关算法以来, 二维相关光谱衍生出了投影二维相关、 串联二维相关、 基于模型的二维相关、 异质谱二维相关、 移动窗口二维相关等算法。 随着近年来生物技术的迅速发展, 多肽、 蛋白质、 酶等蛋白类物质由于参与人体重要生理化学反应过程, 对其结构（尤其是高级构象）的分析是研究蛋白类物质质量及疗效的关键。 二维相关光谱方法为生物医药中蛋白类物质结构研究提供了快速、 无损的定性定量分析方法, 可分析蛋白质类物质高级结构中的细微变化, 为生物大分子药物机制机理研究提供有力的支撑。 综述了二维相关光谱技术的基本原理、 谱图解析方法和技术进展, 以及其在蛋白类物质分析中的应用方向和前景, 为相关领域研究人员应用二维相关光谱法开展蛋白类物质的结构和分子间相互作用等研究提供参考。
二维相关光谱法 蛋白类物质高级构象 生物大分子药物 红外光谱法 拉曼光谱法 近红外光谱法 Two-dimensional correlation spectroscopy Advanced structures of protein substances Biological macromolecule drugs Infrared spectroscopy Raman spectroscopy Near-infrared spectroscopy 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 1993
中国计量大学太赫兹技术与应用研究所，浙江 杭州 310018
硝基呋喃是一种广谱抗生素，其衍生物应用广泛；但摄入过量，会发生溶血性贫血、急性肝坏死等疾病。传统检测方法样品用量大、检测时间长且过程复杂；超表面传感器检测方法样品用量小且检测快速、简单方便。提出一种基于对称开口环的太赫兹超表面微结构器件，该结构折射率灵敏度达到196 GHz/RIU，可应用于高灵敏度传感检测。利用该超表面传感器对两种不同质量浓度的呋喃唑酮和呋喃妥因溶液进行痕量实验检测，结果表明，该超表面传感器对两种药物的最低检测质量浓度达到10 mg/dL，有望应用于生物医学等领域样品的传感检测。
生物技术 太赫兹 超表面 呋喃类药物 高灵敏度传感 痕量检测
1 中国人民公安大学侦查学院，北京 100038
2 北京市海关缉私局司法鉴定中心，北京 100000
通过寄递渠道传播的含有非法添加成分的减肥药物是公安机关侦办食药环犯罪的重点打击对象。为快速鉴别此类药物，本研究采用分子光谱分析技术，对含艾司唑仑、西地那非、西布曲明、氟硝西泮、唑吡坦等5种精神管制类药物成分的“减肥药”进行检验，获取了145组光谱数据。采用主成分分析提取主成分因子对数据降维。基于所提取的20维数据，建立FDA模型、KNN模型、SVM模型并进行对比。在模型1中构建3个Fisher判别函数对5类样品进行判别，准确度达到100%；在模型2中K值的变化会影响分类器精度，通过对K值的调整能够快速对5类样品进行分类，准确率达到100%；在模型3中选用RBF核函数，分别对比唑吡坦与其他4类减肥药物分类效果，准确率均达到100%。通过实验中的数据集对唑吡坦不同品牌的样本进行识别和对实际案件进行分析，对公安机关侦办此类案件具有一定参考。
光谱学 减肥药物 精神管制类药物 寄递 分子光谱 机器学习 模式识别 激光与光电子学进展
2023, 60(4): 0430002
西安邮电大学电子工程学院, 陕西 西安 710121
分子的多形态(多晶型)是指化学组成相同但存在不止一种晶体形式的物质。 这些多形态广泛存在于自然界中, 其中药物的多形态尤其普遍。 这些药物多形态虽然具有相同的化学分子组成, 但其理化性质却存在差异, 最终会导致药物作用功能的不同。 近年来, 随着太赫兹(THz)辐射源的产生方式成为一种常规技术后, 太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)的应用领域逐渐被拓宽。 因为THz波不仅与分子内作用模式有关, 更与氢键和范德华力等弱相互作用模式密切相关; THz辐射可以诱发低频键振动、 晶体声子振动、 氢键拉伸和扭转振动, 许多有机分子的集体振动模式处于该波段, 尤其是药物分子。 基于此, 采用THz-TDS技术, 研究了马来酰肼药物分子两种多形态(MH2和MH3)在0.25~2.25 THz波段的THz吸收谱。 通过实验测试, 发现MH2和MH3的THz特征吸收峰完全不同, MH2获取到了三个特征吸收峰, 分别位于0.34, 1.41和1.76 THz; MH3晶型获取两个特征吸收峰, 分别位于0.75和1.86 THz处; 此结果表明马来酰肼多形态可以通过其THz特征吸收峰进行辨别表征。 接着, 为了对THz实验吸收峰进行解析, 采用固态密度泛函理论(DFT)模拟了马来酰肼的红外吸收模式; 在实验和理论频谱数据匹配的情况下, 分析讨论了特征吸收峰的来源, 发现MH2和MH3的THz吸收峰对其三维空间结构非常敏感, 吸收峰均来源于分子间相互作用力。 最后, 为使药物研究能够与实际应用结合, 对马来酰肼的商用药品青鲜素进行了THz光谱测试, 通过其与马来酰肼多形态的THz吸收峰比较, 发现人们日常使用的青鲜素是MH3晶型。 此研究结果表明, THz-TDS技术是一种很有潜力的药物多形态检测工具, 此研究有望解决马来酰肼多形态在工业生产及临床应用上检测难的问题。
太赫兹时域光谱 密度泛函 马来酰肼 药物分子多形态 Terahertz time-domain spectroscopy Density functional theory Maleic hydrazide Pharmaceutical polymorph 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1104
1 南京晓庄学院电子工程学院, 江苏 南京 211171
2 南京林业大学信息科学技术学院, 江苏 南京 210037
3 南京市产品质量监督检验院, 江苏 南京 210019
研究了质保期内, 六种常见抗生素类药物（氧氟沙星胶囊、 氧氟沙星片、 诺氟沙星胶囊、 阿奇霉素片、 罗红霉素片和盐酸左氧氟沙星片）, 三种治疗COVID-19抗病毒药物（利巴韦林片、 盐酸阿比多尔片和磷酸氯喹片）和一种祛痰类药物（盐酸氨溴索片）的远红外（1～10 THz）和中红外（400～4 000 cm-1）光谱。 模拟了车载等高温环境（65 ℃）对药物结构和晶型的影响, 并将其反馈到红外光谱的变化上。 经过两个多月连续不间断的实验发现, 除盐酸氨溴索片中间可能发生了药物晶型的改变, 其他药品结构和晶型均几乎未发生任何改变。 胶囊类药物长期处于高温环境下, 表皮变脆, 容易破裂, 但内部药物的药效几乎未变。 以氟喹诺酮类抗生素（氧氟沙星和诺氟沙星）为例, 结合密度泛函理论（DFT）, 借助势能分布（PED）方法, 利用Crystal14和Gaussian16软件分别以两种抗生素的单分子、 多聚体和晶体构型为基础, 选择B3LYP/6-311++G(d, p)基组计算其理论红外光谱, 得到了所有特征峰对应的振动模式及其贡献率, 实现了对实验光谱的精确指认。 研究发现: 从单体到多聚体再到晶体, 晶格间的堆积力（π—π作用等）占分子间作用比例最大, 超过90%。 所以, 只有以考虑了周期性边界条件的晶体为初始构型进行理论计算, 更加贴合实验结果。 远红外波段的振动模式主要源自分子的集体振动（其中, 振动占比99%以上, 转动和平动占比小于1%）, 分子间氢键和范德华力引起的面外弯曲振动贡献最大, 超过90%。 中红外波段, 也存在一定比例的分子间相互作用, 如: 诺氟沙星在1 440 cm-1以及氧氟沙星在1 524 cm-1处的峰只在以晶体为构型的理论光谱中重现, 分别来自晶体中分子的集体振动以及O—H…O键的伸缩振动。
红外光谱 药物 温度特性 密度泛函理论 振动模式 Infrared spectrum Drugs Temperature characteristics Density functional theory Vibrational modes 光谱学与光谱分析
2022, 42(12): 3719
采用基因工程技术构建绿色荧光蛋白(GFP)报告基因质粒，有利于活细胞成像、蛋白质印迹(WB)、细胞流式分析及活细胞示踪等，从而对抗肿瘤药物进行筛选。利用聚合酶链反应(PCR)扩增NF-κB基因的启动子序列以及GFP基因片段，将其克隆到pGL6-Enhancer载体中，通过菌落PCR检测、酶切鉴定和测序证明了质粒构建成功。然后，将构建的质粒转染到HEK-293T细胞中，根据活细胞荧光成像、WB及流式细胞分析验证，构建的报告基因质粒在细胞内可正常表达。选择抗肿瘤药物雷帕霉素、紫杉醇、吉西他滨，以及本实验室正在研究开发的多肽类抗肿瘤药物M1-20、M1-21验证报告基因体系试验，发现构建的报告基因质粒可以响应药物对细胞的影响。该药物筛选平台的建立为研究抗肿瘤药物对供试细胞的影响提供了良好的试验技术体系，同时，也为构建活细胞示踪体系提供了材料。
报告基因 启动子 分子克隆 抗肿瘤药物 药物筛选平台 reporter genes promoter molecular cloning antitumor drug drug screening platform
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
抗生素和磺胺类药物在预防感染, 治疗疾病方面起到巨大作用, 从而被广泛使用。由于这些药物在生物体中无法完全代谢, 随着食物链循环造成环境污染并对人类形成持续危害。近年来对于这些药物的监管逐渐被人们所重视。基于局域表面等离子体共振的表面增强拉曼光谱法(SERS)可以将吸附在粗化的金属表面分子的拉曼信号进行增强, 检测极限可达单分子量级, 因此, SERS相关技术被广泛用于痕量物质检测, 检测极限主要决定于SERS基底的活性。本研究工作采用脱合金方法, 制备出了均匀、孔径可调纳米多孔银基底, 并用于磺胺嘧啶和磺胺醋酰检测, 检测极限达到了0.25 μg/kg和2μg/kg, 远远低于我国农业部规定的磺胺类药物最大残余量100 μg/kg。且拉曼特征峰峰强与药物的浓度表现出良好的线性关系, 检测动态监测范围高达6个量级 。研究所得纳米多孔银可推广用于其他物质检测, 具有潜在的应用价值。
磺胺类药物 纳米多孔银 表面增强拉曼光谱 检测极限 线性关系 sulfa drugs nanoporous silver surface-enhanced Raman spectroscopy detection limit linear relationship
1 湖南师范大学医学院, 长沙 410013
2 长沙市第九医院检验科, 长沙 410004
3 中南大学湘雅三医院, 长沙 410013
研究慢阻肺合并肺部感染患者的病原菌分布及药敏情况, 以期为临床抗生素的正确使用提供依据。从长沙某医院2017年3月—2022年2月慢阻肺合并肺部感染患者痰培养标本检出的病原菌中随机筛选了1?500株进行培养鉴定及药敏试验, 统计并分析病原菌的分布情况以及检出的主要革兰氏阴性菌(肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌)的耐药特点及趋势。结果发现: 1 500株病原菌中共检出革兰氏阴性菌1 251株(83.40%), 其中比例居前的分别是肺炎克雷伯菌384株(25.60%)、铜绿假单胞菌333株(22.20%)和鲍曼不动杆菌303株(20.20%); 革兰氏阳性菌126株(8.40%), 其中比例居前的分别是金黄色葡萄球菌69株(4.60%)、肺炎链球菌27株(1.80%); 真菌123株(8.20%), 主要为白色念珠菌96株(6.40%)。药敏分析结果显示: 肺炎克雷伯菌对庆大霉素、左氧氟沙星、头孢他啶及氨曲南的耐药率变化具有统计学意义(P<0.05); 铜绿假单胞菌对于氨曲南的耐药趋势具有统计学意义(P<0.05); 鲍曼不动杆菌对于大多数抗菌药物均具有较高的耐药率, 且对于左氧氟沙星、复方新诺明、美罗培南的耐药趋势具有统计学意义(P<0.05)。抗感染是治疗慢阻肺的一个重要措施, 及时正确的选择敏感抗生素是关键环节。本研究为临床精准选择合适的抗菌药物治疗慢阻肺提供了帮助, 同时有助于了解本地区细菌耐药的发展趋势, 具有重要的临床价值和意义。
慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺) 肺部感染 病原菌分布 药物敏感性 细菌耐药 chronic obstructive pulmonary disease (COPD) pulmonary infection distribution of pathogenic bacteria drug sensitivity bacterial resistance
同济大学 材料科学与工程学院, 上海 201804
介孔二氧化硅微粒具有化学稳定性好、比表面积大和表面易修饰等特点, 作为药物载体具有良好的应用前景, 但其缺乏生物活性且生物降解缓慢等在一定程度上限制了它的应用领域。为克服这些缺陷, 寻找合适的药物载体已成为重要研究方向。与纯二氧化硅相比, 硼硅酸盐玻璃具有良好的生物活性和更高的降解速率。基于此, 本研究尝试合成介孔硼硅酸盐玻璃微球(MBGMs), 并表征了其在负载和释放抗肿瘤药物盐酸阿霉素(DOX)过程中的载体特性和材料降解引发的各种功能性离子的释放行为。结果表明BMGMs具有约25 mg/g的DOX负载量,引入硼不仅可以调控MBGMs的化学活性和降解速率, 而且较高硼含量的MBGMs可促进酸性条件下的药物释放, 具有一定的酸性响应性。此外, MBGMs可在模拟体液中释放SiO44-、BO33-和Ca2+等有益骨组织生长的功能性离子, 并诱导生成羟基磷灰石, 具备良好的离子缓释能力和体外矿化活性。因此, MBGMs作为一种新颖的药物载体材料, 既可作为药物和功能离子的双重负载, 又具有良好的生物活性和降解特性, 在病理性骨缺损修复领域具有良好的应用前景。
药物载体 硼硅酸盐玻璃 酸性响应性 生物活性材料 drug carrier borosilicate glass acid sensibility bioactive material 光谱学与光谱分析
2022, 42(10): 2989
