第2講 ——當中藥遇上高光譜系統(tǒng)

友思特“未來視界”實驗室第二講開課了！本期主角是凝結了中國古老智慧的特色——中藥。

從神農嘗百草到《本草綱目》典籍問世，中藥材發(fā)展至今，品類已高達上萬種。在這其中，難免會存在形態(tài)相似而功效大不相同的藥材，價值自然也千差萬別。如此珍貴的（需要你捏著鼻子飲用的）良方，如果摻雜了劣質或者冒牌的假貨，不僅是破財不免災，更重要的沒有實現(xiàn)對癥下藥，導致病情無法在療程內得到緩解，甚至造成走上錯誤的調理和治療方向。

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全新的高光譜成像技術，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”實則“兩家人”的中藥材的真實形態(tài)吧！

實驗背景：魚目混珠的中草藥怎么鑒別？

中藥材是中華民族醫(yī)學智慧的結晶，是原植物、動物、礦物除去非藥用部位的物質，具有預防和治療多種疾病、調養(yǎng)身心、康復保健等醫(yī)學療效。隨著市場需求的增加和商業(yè)化進程的推進，中藥材面臨著品質參差不齊、真?zhèn)尾幻鳌郊贀诫s等問題。有些商家為了追求利潤，可能會使用次品或摻假偽劣品牌售中藥材，這不僅影響療效，還可能對消費者健康造成危害，因此保障中藥材質量安全顯得尤為重要。

常見的中藥材真?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＿@種方法簡單直觀，但易受人為主觀因素影響，準確性有限。理化鑒別包括顯微鏡觀察、色譜分析、礦物質分析等，通過檢測中藥材的理化性質和成分組成，確定其真?zhèn)巍＿@些方法對摻假較為敏感，能夠提供較為客觀的評估結果。然而這種方法通常需要復雜的樣品制備及預處理，需要更多的時間成本，分析效率下降；此外，一些分析技術在檢測過程中需要有毒及致癌的有機溶劑，而對操作人員的身心健康產生一定的影響。

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

技術方案：高光譜成像技術&友思特方案

高光譜成像技術是一種捕獲和分析寬波長信息的技術，能夠對材料和特征進行詳細的光譜分析和識別。高光譜成像技術的實現(xiàn)要通過高光譜相機，其工作原理是使用多個光學傳感器或光學濾波器分離不同波長的光，并捕獲每個波段的圖像，能夠在一時間獲得目標在不同譜段處的空間圖像信息，即空間光譜分布，具有快速、實時、無損檢測等優(yōu)點，可用于地質勘查、工業(yè)過程分析、科學考古、醫(yī)學診斷、環(huán)境監(jiān)測等領域。高光譜技術已被成功應用于梔子、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、可調諧波長選擇器、鏡頭和短波紅外相機組成（如下表）。紅外光源提供 900-1700nm 范圍內的高功率光源輸出，波長選擇器提供快速、精確和高分辨率的波長調諧功能，紅外相機捕捉像素信號并生成圖片。

如果您想要實現(xiàn)高光譜成像的應用，我們將根據實際的應用場景，以友思特全自動調諧波長選擇器FWS-Poly為核心設備，定制一個具有更精準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照實驗

本次實驗中，友思特高光譜成像系統(tǒng)將對一批當歸、酸棗仁和西洋參的真?zhèn)芜M行鑒別，對照組分別為獨活、臭豆和桔梗。實驗組與對照組都具有非常相似的外貌，但物理性質和藥用功效完全不同。

測試系統(tǒng)如下圖所示，由友思特 TLS 激光光源、Poly-RED波長選擇器（1000-1600nm）和 InGaAs 紅外相機組成，測試過程為使用 TLS 為激發(fā)光，設置 FWS-Poly 從 1000-1600nm 進行掃描，以 50nm 為步長，F(xiàn)WHM 為 13nm，拍攝每個波長下的照片。

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. 當歸 vs 獨活

當歸和獨活是常用的中草藥，它們在植物學特征、生長環(huán)境和藥用功效上有顯著的差異，因此在臨床應用和藥材采集上也會有所區(qū)分。

測試結果：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行對比，下同）。當歸的圖像有黑環(huán)和不規(guī)則、小型黑暈分布，而獨活的圖像有較多的黑點，無明顯黑環(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藥物，酸棗仁為棗科植物棗樹的種子，臭豆為豆科植物風車子的種子。二者外貌較為相似，都有一定的藥用價值，但功效和應用范圍截然不同。

測試結果：以 1100nm 圖像為代表。酸棗仁為杏仁狀，中心白點分布均勻；臭豆為原片狀，中心白點分布非常不均勻，時有時無，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中藥材，但價格差異懸殊。由于外貌十分相似，經常有以次充好的商家將桔梗作為西洋參售賣，或在西洋參中摻雜一部分桔梗混淆消費者。

測試結果：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、厚度和深淺在個體上差異較大，可證明二者的成分不同。

實驗小結

高光譜成像技術為中藥材的質量控制和安全保障提供了可靠的技術支持，在實際生產與檢測工作中，也可以結合可見光成像檢測、圖像分析技術、光譜分析技術等其它鑒別手段，對中藥材進行更為全面和系統(tǒng)的真?zhèn)舞b別。

隨著技術的不斷進步和應用范圍的擴展，我們相信高光譜技術在中藥材真?zhèn)舞b定領域的作用必將更加深遠，為中藥產業(yè)的發(fā)展和消費者的用藥安全提供重要保障。

參考文獻：

[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，2013，42（04）：288-292.

[2]張澤宏，洪麗純，孫連青. 藥用經濟植物公石松的資源調查及開發(fā)利用[J]. 宜賓學院學報，2014，14（6）：46-48.

[3]石鶴坤，陳開杰，林小鳳，等. 公石松水提液對小鼠運動能力與血清乳酸，尿素氮及肝糖原的影響[J]. 藥學實踐雜志，2016，34（5）：399-402.

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

審核編輯 黃宇