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中国高光谱成像在中药领域的应用前景

中医药是中华民族优秀传统文化的瑰宝,中药材是中医药事业继承和发展的物质基础,也是关系国计民生的战略性资源。近年来中药材质量控制问题也成为中药实现现代化、产业化以及国际化的关键,从中药材种源、采收加工、病虫害防治、有效成分检测等各个环节都需要科学严格的把关。高光谱成像技术近年来发展迅速,它结合了图像信息和光谱技术的优点,可同时获取物体内外部品质信息和空间信息,具有高效、客观、准确和无损伤等特点,已在农业、航天等多个领域广泛应用。

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1高光谱成像技术在中药领域的应用前景展望

近年来高光谱成像技术才在我国引起关注,大量国内外现有研究成果已经表明该技术在不同领域的多个方面有了大量研究,具有很大的潜力,在农产品和蔬菜水果中的应用尤其广泛。中医药作为我国的国粹,拥有几千年的文化历史与确切的临床疗效,在国际上的影响力也是与日俱增,但是中药领域还未解决的问题还有很多,其中最为突出的当属中药质量问题。

由于中药材种植操作难以保证规范化,采收标准不够明确,导致中药质量的源头不能保证,加上中药材生产加工链条上多个环节容易出现纰漏影响药材质量,所以我们需要探求新工具新手段来控制中药材质量。高光谱成像技术凭借实时高效、无损检测等优点在中药质量控制方面的应用,就更值得我们关注与深入研究。

结合相关的文献,可以看出利用近红外等光谱技术进行中药的相关研究已较为成熟,但高光谱成像技术在中药领域的研究还很少。胡翠英等利用光谱成像技术对凌霄花、红花等花类中药材粉末及市售鹿茸饮片进行真伪鉴别与分析,为中药材鉴别及中药质量标准的制定提供了一种新的检测方法。马骥研究团队利用光谱成像技术快速检测白鲜皮及其伪品八角枫,五加皮及其混淆品香加皮,鹿茸、西洋参、黄柏饮片等药材,对其进行快速鉴别与质量评价,且结果与性状、显微及理化鉴定等结果相吻合,为中药材的鉴定和质量控制提供新的方法,同时还利用光谱成像技术检测黄柏在煎煮过程中不同时刻的荧光强度,侧面反映黄柏活性成分的溶出度规律。吴文辉等利用光谱成像技术建立珍珠粉的植物图谱,可以快速准确鉴别不同品系珍珠类产品并辨别真伪。

2中药材种源研究

种子种苗是中药材生产加工的基础,保障中药材种源质量也是中医药发挥疗效的重要前提。但目前我国中药材种子种苗市场仍存在种源不清、检验不规范等问题。中药材种子大多体积微小,而传统鉴别方法多为眼观、口嚼、手摸、鼻闻等官能鉴定或理化鉴定,官能鉴定需要专业丰富有经验的鉴定人员,存在一定的主观性。理化鉴定会破坏种子的内部结构或化学成分,对后续的研究存在一定影响。故可以尝试通过高光谱成像技术对中药材种子进行扫描,通过得到的光谱图像特征进行种源区分、识别内部是否有破损虫蛀现象,也可与种子纯度、净度、发芽率、含水量等指标之间的联系进行相关研究,从而可对中药材种源进行大规模的鉴别筛选,投入生产应用当中。

3病虫害、农药检测等

随着中药材产业的发展,大规模的种植过程中会出现不同程度的病虫害现象,很多药材被虫蛀叮咬后仍被采收使用,严重威胁了中药材的质量。为保证收益和药材产量,很多种植户不清楚规范的防控知识和操作,可能会使用大量化学农药进行防治,但其中不乏高毒性、高残留物质,极易造成农药残留、中药材品质下降等问题。中药材在受到虫害以后,其受害区域和正常区域的光谱值会存在明显差异,且受到高农药残留的中药材也可以通过光谱图像信息进行识别,若能在投入生产应用之前利用高光谱成像技术对中药材进行无损的病虫害、农药检测等,则可为安全用药提供有效地保障。

4采收加工方式等的优化

俗语三月茵陈四月蒿,五月茵陈当柴烧正说明了中药材的采收时间对药材质量的重要性,部分药材在不同时期有效成分的累积量有明显差异。且中药材在生产加工的过程中,一些药材品种因遇到阴雨天气发霉腐烂或变质,常采用熏硫方式对采收后的中药材进行干燥,便于保存,该方法近年来已被广泛使用,但过度使用熏硫方法会造成药物有效成分的改变以及二氧化硫超标。针对适宜采收期不明确或加工方式来源不确定的药材,可以使用高光谱成像技术进行检测,从而对采收加工方式进行优化。

5中药材道地性研究

疗效好的药材。在中药材市场上以次充好、以其他产地充抵道地产区的现象常有发生,针对这一现象可以通过高光谱成像技术对药材的产地进行鉴别,也可以在无损的条件下,对道地中药材进行基原品种、品质等多个方面的综合研究,甚至可以对于道地药材产区的土壤与地质情况进行探索,以期对于中药材种植进行指导。

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