TLC-SERS技术体系构建及应用研究

胡楠，刘毅，谢强胜，张中湖

(山东省食品药品检验研究院，山东 济南 250101)

非法添加问题，涉及我院食品、药品、保健食品、化妆品4大业务领域，是实验室创新检验检测技术、进行科技攻关的重点，液质联用技术已广泛应用于上述四品非法添加物的实验室快速确证检验[1]。为建立适合现场快速检验的非法添加筛查方法，将非法添加快速检验方法推向现场应用，从2012年起，在国家重大科学仪器设备开发专项“便携式薄层色谱-拉曼光谱联用仪及其药品快检支撑系统”(项目编号2012YQ180132)[2]支持下，我院与海军军医大学联合，成功研制适合于现场快速检验应用的薄层色谱-拉曼光谱联用仪(简称薄曼联用仪),建成了基于物联网和云计算技术的药品快检支撑平台(μtrait系统)，为薄曼联用仪的快速应用提供远程在线数据库和算法系统支持。

在实际运行过程中，薄曼联用仪存在联用设备分离、不易于携带、供电线路复杂、售后服务责任不清等弊端；μtrait系统存在数据中心建设不完善、运维技术力量不足、表面增强拉曼光谱标准库(SERS库)未按功能进行分区等问题。从2016年起，在山东省重点研发计划“薄曼联用仪高通量快速筛查食品中的非法添加化合物”(2016GSF120003)和山东省食药监局发展类课题“TLC-SERS技术体系研究及应用”(SDFDAFZLY201808)支持下，我院对μtrait系统进行升级改造，建成了中国拉曼光谱云计算中心数据中心，提供专业、规范、可靠的信息技术支持，优化升级了μtrait系统非法添加模块，便于基层技术人员应用。中国拉曼光谱云计算中心数据中心和μtrait系统非法添加模块，统称为薄曼联用仪-非法添加快检系统(TRAFIC系统)。

TRAFIC系统，是一套完整的薄层色谱-表面增强拉曼光谱(TLC-SERS[3])技术应用体系，包括仪器及其操作系统、网络化平台和数据中心。山东省食品药品安全检测工程技术研究中心利用本院现代化机房和完善的通讯、安全、网络设备，专辟一个机柜，迁移重建了数据中心；根据实践工作需要，升级μtrait系统为TRAFIC系统；购置3台薄曼联用仪，专设两间实验室，建成TLC-SERS技术培训支持中心。TLC-SERS技术在抽验样品检测中得到了应用，为向社会推广，特将该技术体系建设和应用情况介绍如下。

1 薄曼联用仪及其升级

1.1 薄曼联用仪 该仪器由海军军医大学(原第二军医大学)陆峰教授科研团队牵头，联合上海科哲生化科技有限公司、上海交通大学、上海仪电分析仪器有限公司共同研制。上海科哲生化科技有限公司负责CH4500型薄层色谱仪的研发和薄曼联用仪的产业化。上海交通大学黄梅珍教授团队负责R10激光拉曼光谱仪[4]的研发，上海仪电分析仪器有限公司负责R10激光拉曼光谱仪的产业化。山东省食品药品安全检测工程技术研究中心负责应用开发。

1.2 薄曼联用仪的特点 薄层色谱仪的进样器、点样器、加热器、喷雾器、成像系统高度整合为一体并实现自动化、车载化；拉曼光谱仪将像差校正、光谱能量会聚、精确制冷三功能融于一体，CCD探测模块小型化；拉曼探头位于薄层扫描仪内右侧点胶臂上，与光纤连接，可实现精确对焦、精密定位，集成机械-光学变焦装置、拉曼光谱仪快速解锁装置，具有高动态范围图像处理能力。

1.3 薄曼一体机 为强化薄曼联用仪的车载性能，山东省食品药品安全检测工程技术研究中心拟将拉曼光谱仪整体置于薄层扫描仪上方，将拉曼光谱仪整合为其检测器，联用仪升级为一体机，已申报外观新型专利[5](见图1)。

图1 薄曼一体机设计图

2 药品快检支撑系统

药品快检支撑系统由海军军医大学(原第二军医大学)陆峰教授科研团队牵头，联合上海迪亚凯特生物技术有限公司共同开发，主要提供薄曼联用仪的客户端应用、管理端技术支持和数据中心数据库及算法支持。山东省食品药品安全检测工程技术研究中心授权负责数据中心及其应用系统的运维及日常管理，负责该成果转化及推广应用。

2.1 系统总体架构 具体见图2。

图2 药品快检支撑系统总体架构

2.2 检测流程 具体见图3。

图3 快检流程图

2.3 中国拉曼光谱云计算中心数据中心(CRSCCC) 中国拉曼光谱云计算中心数据中心由陆峰教授授权山东省食品药品安全检测工程技术研究中心基于μtrait系统升级而成，部署于山东省食品药品检验研究院核心机房。

2.3.1 应用架构 具体见图4。

图4 CRSCCC应用架构

2.3.2 网络架构 具体见图5。

图5 CRSCCC网络架构

2.3.3 安全架构 具体见图6。

图6 CRSCCC安全架构

2.3.4 管理机制 委托山东省食品药品安全检测工程技术研究中心代管和使用。

3 系统应用典型案例

无论是壮阳补肾类中成药，还是抗疲劳类保健食品，其中常见非法添加化合物多为具有血管扩张功能的那非类，比如硫代艾地那非、枸橼酸西地那非等。TRAFIC系统快检，首先建立常见那非类标准品的薄层展开后SERS谱库，然后采集待测样品中的薄层斑点SERS光谱与标准谱库进行遍历比对，按照相似度与匹配度从高到低排序，取前三位进行液质确证。

3.1 那非类标准SERS谱库建立 分别取硫代艾地那非、枸橼酸西地那非等11种常见那非类对照品，配制成1 mg·mL-1的甲醇溶液，薄层板点样、展开、喷胶、采集SERS、上传，后台处理人员审核通过、入库，硫代艾地那非SERS建库报告见图7。

图7 硫代艾地那非SERS建库报告

3.2 样品快检 取三便宝胶囊1粒，内容物加1 mL甲醇溶解，静置，取上清液，薄层板点样、展开、喷胶、采集SERS、上传，后台自动比对，返回快检报告见图8。

图8 三便宝胶囊快检分析报告

4 结论

4.1 TLC-SERS技术体系从仪器到平台已经成熟，中国拉曼光谱云计算中心数据中心有专业信息化和检验团队管理。薄曼联用仪经过实践验证，仪器性能稳定，平台经过实践验证，方案设计科学合理。

4.2 TLC-SERS技术培训支持中心业已建成，由山东省食品药品安全检测工程技术中心负责管理，可以大量培训薄曼联用仪和平台使用人员。

4.3 本研究成果已经形成一套完整的体系，既可以在事业性检验机构用于非法添加的高通量检验，也可以在企业实验室用作常规薄层扫描仪。

4.4 TLC-SERS技术可以应用于食品、中药[6]、保健食品[7]、化妆品中非法添加化合物[8]的快速筛查，为解决这类问题提供了一套通用的方法。

致谢：本文由山东省食品药品安全检测工程技术研究中心支持。