利用高場(chǎng)非對(duì)稱波形離子遷移譜技術(shù)快速鑒別降糖中藥中的西藥成分

李靈鋒等

1引言

糖尿?。―M）是由于胰島素缺乏及不同程度胰島素抵抗而引起的代謝紊亂的綜合征；國(guó)內(nèi)外醫(yī)藥工作者針對(duì)其開發(fā)了多種有效藥物。中藥的有效成分通常包括生物堿、黃酮、皂苷、多糖等[1]；西藥的主要有效成分包括傳統(tǒng)的磺酰脲類、雙胍類，還有α葡萄糖苷酶抑制劑、促進(jìn)胰島素分泌劑及胰島素增敏劑、胰島素及類似物[2]。 目前很多降糖中藥中實(shí)際摻雜了西藥的有效成分，會(huì)產(chǎn)生各種副作用。如治療糖尿病的中成藥（如含有羅格列酮）可能引起心血管系統(tǒng)與肝臟不良反應(yīng)；服食磺脲類，以格列本脲最為多見會(huì)出現(xiàn)低血糖； 含有格列苯脲、格列奇特、二甲雙胍等成分的降糖藥物均有嚴(yán)格的適應(yīng)癥、禁忌癥和一定的副作用，患者長(zhǎng)期服用易出現(xiàn)心慌、昏迷、肝腎功能損傷等。因此， 快速準(zhǔn)確地辨別降糖中藥中是否含有西藥成分直接關(guān)系著糖尿病患者的健康用藥。

目前， 檢測(cè)雙胍類等物質(zhì)的方法主要有高效液相色譜法（HPLC）[3]、毛細(xì)管電泳法[4]、核磁共振法（NMR）[5]、分光光度法[6]、流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光分子印跡技術(shù)[7]等。而相對(duì)這些傳統(tǒng)的分析技術(shù)，離子遷移譜技術(shù)（Ion mobility spectrometry， IMS）具有分析速度快、靈敏度高、無溶劑和氣體等消耗的優(yōu)點(diǎn)。 離子遷移譜技術(shù)在爆炸物、毒品和化學(xué)毒劑等國(guó)土安全領(lǐng)域中使用非常廣泛，但在藥物篩查分析領(lǐng)域中的應(yīng)用還較少?？紤]到一般中藥中添加的西藥成分以鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲居多，本研究建立了基于高場(chǎng)非對(duì)稱波形離子遷移譜（Highfield asymmetric ion mobility spectrometry， FAIMS）技術(shù)分析中藥降糖膠囊中西藥成分鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲的檢測(cè)技術(shù)。

高場(chǎng)非對(duì)稱波形離子遷移譜是一種新型離子遷移譜分析技術(shù)，在20世紀(jì)90年代初由Buryakov等[8]建立。 該技術(shù)自誕生以來，眾多科研組[9～11]及商業(yè)公司[12，13]都成功制造并展示了高場(chǎng)非對(duì)稱波形離子遷移譜儀或基于其原理的各類通用或?qū)Ｓ煤哿糠治鰞x器。 中國(guó)科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所的孔德義[14]、清華大學(xué)的唐飛[15]等研究組均展示了基于平行極板的高場(chǎng)非對(duì)稱波形離子遷移譜離子過濾器結(jié)構(gòu)。FAIMS技術(shù)不僅可以應(yīng)用于傳統(tǒng)的爆炸物、毒品和危險(xiǎn)品分析領(lǐng)域[16～18]，近年來也被廣泛應(yīng)用于環(huán)境檢測(cè)[19]、生物[20]、醫(yī)藥[21]等領(lǐng)域。FAIMS的工作原理是基于不同離子在強(qiáng)場(chǎng)（>15000 V/cm）條件下離子遷移率呈非線性變化的特點(diǎn)，在兩個(gè)平行電極上加入一個(gè)交替變化的高低電場(chǎng)，不同的離子在交替變化周期電場(chǎng)的遷移量不同，同時(shí)在電場(chǎng)方向上引入一個(gè)直流補(bǔ)償電壓（Compensation voltage，CV）， 區(qū)分出不同的離子[22]。

本研究使用的新型FAIMS技術(shù)，是采用深反應(yīng)離子刻蝕（Deep reactive ion etch，DRIE）的方法，在硅片上刻蝕出離子遷移溝道，其電場(chǎng)強(qiáng)度最大可到60000 V/cm以上，更大地提高了選擇性、靈敏度及分辨率[23]，縮短了檢測(cè)時(shí)間。另外，F(xiàn)AIMS技術(shù)可以通過掃描電場(chǎng)強(qiáng)度和補(bǔ)償電壓兩個(gè)參數(shù)來區(qū)分不同的離子，由于引入了新的維度掃描參數(shù)，可以獲得更多的樣品分子的特征指紋信息，使其獨(dú)立應(yīng)用范圍大大拓展。本研究基于FAIMS技術(shù)的這些優(yōu)勢(shì)，將其用于中藥降糖制劑中非法添加西藥成分的檢測(cè)，提出了快速分析中藥制劑的新方法。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1儀器與試劑

3結(jié)果與討論

3.1樣品的FAIMS譜圖

利用FAIMS譜儀對(duì)3種對(duì)照品及它們兩兩混合的樣品、供試品進(jìn)行了檢測(cè)，在不同場(chǎng)強(qiáng)下進(jìn)行補(bǔ)償電壓值和離子電流強(qiáng)度（Ion current， AI）值的連續(xù)掃描，得到不同的響應(yīng)信號(hào)。完成單一電場(chǎng)的譜圖掃描時(shí)間約為1 s，完成正負(fù)模式的全掃描的FAIMS的三維（CV， E/N， AI）指紋譜圖的檢測(cè)時(shí)間約為1.5 min。實(shí)驗(yàn)顯示，藥物一般都在負(fù)模式有響應(yīng)信號(hào)。本研究對(duì)樣品的圖譜做了指紋識(shí)別，見圖1。圖1中背景信號(hào)為紅色，區(qū)域顏色差別越強(qiáng)烈代表信號(hào)越強(qiáng)。5個(gè)樣品中都是在負(fù)模式下有較好的響應(yīng)。因此以供試品為基礎(chǔ)， 在負(fù)模式下設(shè)置了8組指紋識(shí)別點(diǎn)，用以識(shí)別不同樣品分子的特征信息。其中指紋識(shí)別點(diǎn)包含CV值、E/N值和AI 3個(gè)變量，并設(shè)置一定的容差。如果被測(cè)物在特定的指紋識(shí)別點(diǎn)處同時(shí)滿足3個(gè)變量的要求，即在指定的CV值和E/N值下，離子電流值大于設(shè)定值，則在三維圖中以黑點(diǎn)顯示，反之則以白點(diǎn)顯示。

3.2指紋譜圖分析

FAIMS與色譜或傳統(tǒng)的遷移時(shí)間IMS的二維譜圖在物質(zhì)定性方面具有很大差異。一方面， 主要表現(xiàn)為FAIMS的三維譜圖中除了上述的離子電流峰的CV值與偏移電場(chǎng)形成的曲線的位置、曲率等可以用于生成物離子的定性分析，包括離子電流峰值（AI）隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化，峰寬（W1/2）及其隨電場(chǎng)強(qiáng)度的變化，這些均與離子本身的物化性質(zhì)有關(guān)；另一方面， 多聚體與單聚體離子的相對(duì)值及其變化以及其因高場(chǎng)的熱效應(yīng)等分解帶來的突變的場(chǎng)強(qiáng)位置，這一系列的信息都可以從一幅三維圖上進(jìn)行提取和解讀，用于物質(zhì)定性分析。一般而言，特定離子在不同E/N處，其離子電流峰值所在CV可以連成一條與該離子特征物理量有關(guān)的特征曲線，也即一般意義上的FAIMS指紋信息。

從圖2可見， 除去左邊（CV為負(fù)值方向）的反應(yīng)離子峰外，當(dāng)E/N>100 Td時(shí)，幾種樣品的離子電流峰在CV上的位置得以區(qū)分，并分成兩個(gè)主要部分：第一個(gè)部分在CV=0 V處隨著E/N的增加，峰值的CV值先減小為負(fù)，隨后在E/N=230 Td處出現(xiàn)拐點(diǎn)，表明此時(shí)公式（1）中的（E/N）4開始對(duì)K的變化起主要作用，這一部分在圖上用L表示；第二部分在CV=0處隨著E/N的增加，峰值CV值逐步增大，并從E/N≈200 Td時(shí)開始， 峰寬隨著E/N的增大而大幅擴(kuò)大，其增幅遠(yuǎn)大于前一個(gè)部分的峰寬增幅，部分樣品明顯出現(xiàn)新的離子電流峰，部分樣品則只是在原有離子電流峰的基礎(chǔ)上展寬峰寬，這一部分用R來表示。一般認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)品出現(xiàn)兩個(gè)甚至3個(gè)獨(dú)立的離子電流峰，來自于其單聚體、二聚體和多聚體，且二聚體和多聚體由于在高場(chǎng)下不穩(wěn)定，可能解離成為二聚體或單聚體，使得單聚體（L部分）在高場(chǎng)下的峰寬和離子電流值比二聚體或多聚體變化幅度小[21]。本實(shí)驗(yàn)利用這幾個(gè)部分峰寬以及峰值的變化對(duì)幾種樣品進(jìn)行區(qū)分和特征提取。

由圖3可見，在選定的色譜條件下，鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲的保留時(shí)間分別為2.18， 3.31和9.74 min。供試品中在上述3個(gè)保留時(shí)間處都有明顯的出峰，可以判斷供試品中含有鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲，也驗(yàn)證了FAIMS測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

研究結(jié)果表明， 本方法靈敏準(zhǔn)確、快速便捷，可作為檢查中藥降糖制劑中可能非法添加上述西藥的初檢方法。本研究為FAIMS技術(shù)更廣泛的應(yīng)用于其它種類的藥物篩查奠定了基礎(chǔ)。

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由圖3可見，在選定的色譜條件下，鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲的保留時(shí)間分別為2.18， 3.31和9.74 min。供試品中在上述3個(gè)保留時(shí)間處都有明顯的出峰，可以判斷供試品中含有鹽酸二甲雙胍、鹽酸苯乙雙胍和格列本脲，也驗(yàn)證了FAIMS測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

研究結(jié)果表明， 本方法靈敏準(zhǔn)確、快速便捷，可作為檢查中藥降糖制劑中可能非法添加上述西藥的初檢方法。本研究為FAIMS技術(shù)更廣泛的應(yīng)用于其它種類的藥物篩查奠定了基礎(chǔ)。

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研究結(jié)果表明， 本方法靈敏準(zhǔn)確、快速便捷，可作為檢查中藥降糖制劑中可能非法添加上述西藥的初檢方法。本研究為FAIMS技術(shù)更廣泛的應(yīng)用于其它種類的藥物篩查奠定了基礎(chǔ)。

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