一种检测中药药性的方法及装置

摘要

本发明公开了一种检测中药药性的方法及装置。本发明通过生物指示剂在不同中药药液中延迟发光的变化，将“顾‑参数”数学模型测得的参数A、B、C代入平均强度公式，计算每次延迟发光的平均强度，通过生物指示剂在中药药液中延迟发光的平均强度在时间演化中的规律性的变化，即利用线性方程Iw＝Kt+b中的K值来辨别中药的寒热药性，从而建立一种既符合中医整体观，又符合现代认知的、间接反映中药药性的方法，该方法能够快速准确的检测出待测中药的药性。本发明提供的检测中药药性的装置，包括依次连接的样品暗室、光电倍增管、光子计数器、数据采集器及计算机，所述样品暗室配有激发光源，所述计算机配有光子计数软件系统。

权利要求

1.一种检测中药药性的方法，其特征在于，步骤如下：在生物指示剂溶液中加入待测的中药药液，混匀后，将混合液置于超微弱发光检测系统的样品暗室内，测量混合液的延迟发光，将测得的延迟发光数据处理后，与已确定药性的中药的数据进行对比，即可判断待测中药的药性，所述延迟发光数据的处理方法为：将每次测得的延迟发光数据利用“顾-参数”数学模型进行曲线拟合，得出参数A、B、C，再将参数A、B、C代入延迟发光的平均强度公式，计算出每次延迟发光的平均强度，将每次的延迟发光平均强度与每次的测量时间进行线性回归，得到待测中药的线性方程Iw＝Kt+b；将待测中药线性方程的斜率K值与已确定药性的中药线性方程的斜率K值进行比较，即可判断待测中药的寒热药性。

2.根据权利要求1所述的检测中药药性的方法，其特征在于，所述生物指示剂为淡水藻类。

3.根据权利要求2所述的检测中药药性的方法，其特征在于，所述生物指示剂为栅藻、伞藻、衣藻或小球藻。

4.根据权利要求3所述的检测中药药性的方法，其特征在于，所述栅藻、伞藻、衣藻或小球藻藻液的藻细胞浓度为0.5×107～3.5×107个/mL。

5.一种实现如权利要求1～4任一项所述方法的装置，其特征在于，包括依次连接的样品暗室、光电倍增管、光子计数器、数据采集器及计算机；所述样品暗室配有激发光源，用于对样品暗室内的被测样品进行光激发处理；所述计算机配有光子计数软件系统，用于测试参数的设置和数据的处理，对延迟发光数据的处理方法为：将每次测得的延迟发光数据利用“顾-参数”数学模型进行曲线拟合，得出参数A、B、C，再将参数A、B、C代入延迟发光的平均强度公式，计算出每次延迟发光的平均强度，将每次的延迟发光平均强度与每次的测量时间进行线性回归，得到待测中药的线性方程Iw＝Kt+b；将待测中药线性方程的斜率K值与已确定药性的中药线性方程的斜率K值进行比较，即可判断待测中药的寒热药性。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述光电倍增管配有制冷系统，用于对光电倍增管进行降温处理。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述样品暗室内部中心设有可升降的样品台。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述样品暗室内部侧壁上设有曲面镜。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述激发光源设有控制入射光辐照时间的快门。

说明书

一种检测中药药性的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明属于中药药性检测领域，具体涉及一种检测中药药性的方法及装置。

背景技术

[0002] 中药药性的定量化是中药药性理论研究的难点和热点，是实现中药现代化和国际化的关键科学问题，也是国家中医药发展战略的重大需求。总结近年来中药现代化趋势，围绕着中药药性方面的研究，在理论探讨、实验研究、临床效应等方面开展了一系列的工作。研究者们从生物大分子、基因、蛋白质、化学元素、离子等层面对中药的物质基础等多个层次展开研究，分别提出了分子药性假说、药性三要素假说、药性本质多元假说、组群中药四气组合性效谱假说、药效团药性假说、得失电子理论等等一系列假说。但这些方法是囿于“药性唯成分论”的思维进行的物质成分寻找，将药性的功能功效局限于物理、化学层次讨论，试图从某些单纯的物质成分寻找药性本质，忽略了其本身的整体属性，缺乏按照中医药理论的自身特点进行探讨，重微观、局部，轻宏观、整体研究，寻找的药性表征指标不是中药的整体性信息，这与中医药理论的整体观格格不入。因此，目前亟需一种能从整体上表征药性的指标。生物光子辐射是生命系统的本质现象，存在于各种动物、植物、藻类及微生物系统当中，作为生命系统活动过程中的产物，其携带有生命系统内部的完整信息。生物光子相干性理论认为，一部分自发的和光诱导的生物发光的光子，起源于生物系统内一个高度相干的电磁场，这种相干电磁场很可能是活组织内通讯联络的基础。实验研究证实，生物光子辐射检测技术能给出被测样品由内部变化及环境影响所引起的生物学效应的整体信息，提供了一个关于生物系统特征的综合指标，符合中医药理论的整体观念。

[0003] 基于生物光子相干性理论，我们提出：中药药性是中药靶向调节机体电磁辐射场量子态的度量的观点。生物指示剂是一种标准的生物发光样品，它对外界环境的变化非常敏感，相同的生物指示剂对不同的液体环境反应不同，因此辐射出的生物光子行为也不同，这种测到的生物光子行为的差异，实际上反映了不同液体之间的差别，从而实现不同液体的区分。这种测量虽然是一种间接方式，但由于生物指示剂对所处的环境变化非常敏感，因而测量的灵敏度很高。藻类作为生物指示剂最早应用于水质监测，它对水质污染的灵敏度很高，且快速、方便，能够区分多种水质污染。栅藻是淡水中常见的浮游藻类，极喜在营养丰富的静水中繁殖，其中许多种类对有机污染物具有较强的耐受性，常用来作为水质评价的指示生物。鉴于栅藻以上特性，本研究以栅藻为例，通过测试加入不同药性中药煎煮液后栅藻的生物延迟发光动力学，建立基于生物指示剂光子辐射的中药药性标准化检测方法，寻找可表征中药药性的生物光子参数和指标，从而实现中药药性的定量化。生物光子辐射来自于生命系统内部由高能态到低能态的跃迁，从量子理论观点来看，生命系统的任何内部变化，无论是组分上的还是结构上的，都会引起系统微观能级改变，从而导致生物光量子辐射的改变，生物光子携带着丰富的生命信息。因此，在理论上，通过测量不同药性中药的生物光子辐射，可以得到该种中药材的整体信息，更有利于阐明中药药性理论的本质，从而突破中药传承和创新的瓶颈，有助于实现中药的现代化和国际化。现有技术中，并没有一种利用生物指示剂延迟发光来定量检测中药药性的方法及装置。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种利用生物指示剂延迟发光来定量检测中药药性的方法，利用加入不同药性中药药液后生物指示剂的生物延迟发光动力学差异，来定性和定量地检测中药药性，本发明还提供了一种实该方法的装置。

[0005] 本发明提供的一种检测中药药性的方法，步骤如下：在生物指示剂溶液中加入待测的中药药液，混匀后，将混合液置于超微弱发光检测系统的样品暗室内，测量混合液的延迟发光，将测得的延迟发光数据处理后，与已确定药性的中药的数据进行对比，即可判断待测中药的药性。

[0006] 传统中药一般通过汤剂的形式发挥药效，达到治疗疾病的目的，治疗疾病的机理只能用传统的中药药性理论进行解释，无法用现代科学理论解读。生物指示剂是一种标准的生物发光样品，它对所处的环境非常敏感，相同的生物指示剂因感受的环境不同，各自的生物光子辐射行为也不相同。本发明通过生物指示剂在不同中药汤剂中延迟发光的动力学参数的变化，间接定性和定量检测待测中药的寒热药性，从而可建立一种既符合中医整体观，又符合现代认知的反映中药药性的方法。实际应用时，先通过生物指示剂的延迟发光对不同药性的中药进行测量，对测量的数据进行处理以获得相应参数，将得到的参数与药材在药典中标注的药性进行对比，利用获得的参数对中药药性进行定量化，通过获取大量的、不同药性的中药的相应参数，从而建立基于生物指示剂延迟发光检查中药药性的数据库，然后将获得的待测中药的参数与数据库中已知药性的中药参数进行对比，从而判断待测中药的药性。

[0007] 作为优选，所述延迟发光数据的处理方法为：将每次测得的延迟发光数据利用“顾-参数”数学模型进行曲线拟合，得出参数A、B、C，再将参数A、B、C代入延迟发光的平均强度公式，计算出每次延迟发光的平均强度，将每次的延迟发光平均强度与每次的测量时间进行线性回归，得出待测中药的线性方程Iw＝Kt+b；将待测中药线性方程的斜率K值与已确定药性的中药线性方程的斜率K值进行比较，即可判断待测中药的寒热药性。其中，“顾-参数”数学模型的函数表达式为： 延迟发光的平均强度公式为：

[0008] 在“顾-参数”数学模型中，t为时间，A、B、C为与时间无关的参数，其中，A为一个强度参量，它依赖于被测样品的性质，同时与系统结构及光照条件有关；B为一个特征时间，只与样品自身的性质有关；C与系统的结构及光照条件无关，但这个参量作为一个位相因子决定样品的初始状态，因此敏感地决定发光的初始强度，A、B、C三个参数值可通过延迟发光数据进行曲线拟合而得到。将得到的A、B、C参数值代入延迟发光的平均强度公式中，计算每次延迟发光的平均强度，其中W为每次的测量时间，将每次计算的延迟发光平均强度与每次的测量时间W进行线性回归，可得到待测中药的线性方程Iw＝Kt+b，数据库中已确定药性的中药都有相应的线性方程和斜率K值，将待测中药线性方程的斜率K值与数据库中的中药线性方程的斜率K值进行比较，即可判断待测中药的寒热药性。

[0009] 作为优选，所述生物指示剂为淡水藻类。

[0010] 作为优选，所述生物指示剂为栅藻、伞藻、衣藻或小球藻。

[0011] 作为优选，所述栅藻、伞藻、衣藻或小球藻藻液的藻细胞浓度为0.5×107～3.5×107个/mL。由于生物系统内部存在较大范围的相干性，当藻细胞浓度线性增加时，藻的自发发光强度并不会完全的线性增加，超过一定浓度范围，藻的自发发光强度则会随藻细胞浓
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度的增加出现较大的波动，藻细胞浓度在0.5×10 ～3.5×10 个/mL范围内，可与延迟发光强度呈现较好的线性关系，能够表征藻的生物光子辐射的强弱。

[0012] 本发明提供的实现上述检测方法的装置，包括依次连接的样品暗室、光电倍增管、光子计数器、数据采集器及计算机；所述样品暗室配有激发光源，用于对样品暗室内的被测样品进行光激发处理；所述计算机配有光子计数软件系统，用于测试参数的设置和数据的处理。

[0013] 样品暗室的作用是盛放待测样品，防止外界光线对样品延迟发光检测的干扰；光电倍增管是本发明装置的核心设备，用于将光信号转换成可探测的电信号，本发明采用的光电倍增管型号为9558QB(Enterprises，UK)，有效光阴极直径为46mm，能够测量160～870nm波长范围的生物光子；光子计数器是将光电倍增管输出的单一光电子脉冲通过放大器和甄别电路转换为数字信号的设备，本发明采用的光子计数器采用的型号为日本滨松C9744型(HAMAMATSU，Japan)；本发明采用的数据采集器是美国National Instruments公司生产的NI USB-6216多功能数据USB装置；激发光源可采用白光或其他单色光，本发明采用的激发光源为美国LED DNGIN公司的高效RGBW发光二极管(Lignt Emitting Diode LED)，型号为LZ4-00MD00，有红、绿、蓝和白色4和1封装而成。

[0014] 作为优选，所述光电倍增管配有制冷系统，用于对光电倍增管进行降温处理。光电倍增管对外界温度非常敏感，因为选用的光电倍增管光谱响应范围涵盖红外光谱区，所以热噪声会对超微弱发光检测影响较大，为降低热噪声，需要将光电倍增管置于低温环境中。本发明采用半导体空气制冷方式，选择的制冷系统为FACT50(ET Enterprises UK)。

[0015] 作为优选，所述样品暗室内部中心设有可升降的样品台。样品台用于固定安置样品，样品台可升降，方便各种样品位置的调整。

[0016] 作为优选，所述样品暗室内部侧壁上设有曲面镜。曲面镜可反射光线，以利于样品的光激发。

[0017] 作为优选，所述激发光源设有控制入射光辐照时间的快门。

[0018] 本发明提供的检测中药药性的方法和装置，经实验证明，其测定结果与药材真实的药性相一致，该方法和装置能够快速准确地检测出样品的药性；本发明的方法和装置，除了可以用于中药药性的检测外，还能用于其它种类样品的检测，包括食品安全及质量检验、种子质量的测量与分析、化妆品原料及化妆品的检测等，同时，本发明的方法和装置还能用于医学诊断。

附图说明

[0019] 图1为本发明实施例检测中药药性采用的装置的结构示意图；

[0020] 图2为本发明实施例检测中药药性方法的流程图；

[0021] 图3为黑胡椒药液对栅藻延迟发光动力学曲线的影响；

[0022] 图4为测得的五味热性中药的线性对比；

[0023] 图5为测得的五味寒性中药的线性对比；

[0024] 图6为不同药性中药加入生物指示剂后生物延迟发光线性方程的K值。

[0025] 附图说明：1-样品暗室，2-激发光源，3-快门，4-光电倍增管，5-高压电源，6-光子计数器，7-数据采集器，8-计算机

具体实施方式

[0026] 下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

[0027] 图1为本发明实施例检测中药药性采用的装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括依次连接的样品暗室1、光电倍增管4、光子计数器6、数据采集器7及计算机8；所述样品暗室1配有激发光源2，用于对样品暗室1内的被测样品进行光激发处理；所述计算机8配有光子计数软件系统，用于测试参数的设置和数据的处理。

[0028] 其中，光电倍增管4配有高压电源5和制冷系统，本实施例中的高压电源是Sens-Tech公司生产的PM20SP，其作用是为光电倍增管提供完全可调、稳定和几乎无纹波的高压输出，本实施例使用的制冷系统为英国ET Enterprises的公司生产的FACT50制冷系统，能将光电倍增管降温至-25℃；激发光源2设有控制入射光辐照时间的快门3，用于控制被测样品光信号进入光电倍增管4的时间。

[0029] 样品暗室1是专门设计定制的暗室，是本检测系统的重要组成部分，其功能是盛放待检测样品，主要作用是防止外界光线对样品延迟发光检测的干扰。样品暗室1内部中心位置设有样品台，用于固定安置样品，样品台可升降，方便各种样品位置的调整；样品暗室1的侧壁安装有一面曲面镜，其主要用途是反射光线，以利于样品的光激发；样品暗室1侧面设有一开合门，是放置样品的通道，开合门周围设有一层橡胶圈，关紧样品暗室1门时用力拧紧关门的螺栓，橡胶圈受力挤压可有效防止外界光线的进入。

[0030] 本实施例采用的光电倍增管4为英国ET Enterprises生产的9558QB型，直径为51mm，端窗型入射，Bialkali光阴极，有效光阴极直径46mm，波谱响应范围为160nm-870nm，具有高增益、低余脉冲、光谱响应范围宽等特点。

[0031] 本实施例中使用的光子计数器6是日本Hamamatsu公司生产的C9744型。该型光子计数器6能把光电倍增管4里的单个光电子通过内置放大器和甄别电路转换成5V的数字信号显示。C9744型光子计数器具有高速电子线路，能实现107s-1的测量，拥有÷10和÷1两档，可根据所测信号的强度选择其中一档。

[0032] 图2为本发明实施例检测中药药性方法的流程图，具体步骤为：

[0033] (1)待测中药药液的煎煮：天平秤取药材10g→放入砂锅中→加入自来水200ml→浸泡30min→电磁炉加热提取(药液沸腾后火力调至800)→煎煮15min→得一煎液约50ml(6层纱布过滤)→过滤后的中药药渣再加入自来水200ml→同上得二煎液约50ml(6层纱布过滤)→合并两次煎液约100ml→电磁炉加热浓缩→得药液约50ml→将药液倒入50ml离心管中，放入4℃冰箱保存待用。(注：某些含有挥发油成分的中药，要减少煎煮时间，用100ml自来水浸泡，煎煮时间为10min)。

[0034] (2)测试前准备：打开温湿度控制系统，设定室内温度为20℃，湿度50％。测试前提前2h打开生物发光检测系统，等待测试系统制冷至-22℃。在此期间，将待测生物指示剂的细胞浓度调整为3.01×107个/mL，待用。

[0035] (3)测试参数设置：运行测试软件，此时可听到滤波片轮开始转动，系统开始自检，待系统自检完成，打开测量软件系统设置测量相关参数：测量间隔时间为1s，激发时间10s，测量时间为900s，重复次数6，间隔时间900s，激发光源选择为White LED灯。

[0036] (4)测试开始：待制冷系统降温至-22℃，打开光电倍增管高压电源，设置高压为1256V，测试系统暗计数。期间吸取100ul待测中药煎煮液加入到含有步骤(2)生物指示剂的石英比色杯中，混匀。然后，将其迅速放置到样品暗室中的样品台上，调整位置使石英比色杯的中心正好对着光电倍增管的探头，关闭检测系统暗室门并拧紧旋钮，务必保证暗室中无外界光线的干扰。点击软件系统中的“开始”，按照设定参数，进行延迟发光测试。

[0037] (5)数据处理：

[0038] 首先，将测得的数据导入Statistica10.0软件，根据“顾-参数”数学模型，经数据拟合得到A、B、C的值。数据拟合过程中，需要设置初始值(根据经验值设置)，分别设置为10、1000、0.01，软件将给出参数A、B、C的值；

[0039] 其次，将参数A、B、C的值代入平均强度计算公式：计算出每次延迟发光的平均强度Iw；

[0040] 最后，作延迟发光平均强度Iw对时间t的线性拟合，拟合公式为Iw＝Kt+b，获得K值。

[0041] 图1为100μL黑胡椒药液加入到细胞浓度为3.01×107个/mL的栅藻藻液中，对藻液延迟发光动力学曲线的影响。按照上述步骤，通过测得的7次延迟发光的原始数据，利用“顾-参数”数学模型进行曲线拟合，得出参数A、B、C，再将参数A、B、C代入平均强度计算公式： 计算出每次延迟发光的平均强度Iw，最后将每次的平均强度与测量时间进行线性回归，从而得到100μL黑胡椒药液的线性方程：Iw＝7.7032t+
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572.7，线性拟合度R为98.35％，由黑胡椒药液的线性方程可知，其斜率K值为7.7032，将该K值与数据库中的中药线性方程的斜率K值进行比较，即可判断黑胡椒的药性为寒性还是热性。

[0042] 表1为采用本发明方法检测不同中药药性得到的线性方程(其中检测采用的栅藻7
藻液的细胞浓度为1.5×10个/mL)，由表1可知，热性药液的线性方程的斜率K值普遍高于寒性药液的线性方程的斜率K值，热性药液的线性方程的平均斜率K值为7.0206，寒性药液的线性方程的平均斜率K值为3.6222，其平均值热性药液也明显高于寒性药液。

[0043] 表1不同中药的线性方程

[0044]

[0045] 图2为测得的五味热性中药的线性对比，由图2可知，热性药液对栅藻延迟发光的平均强度与时间的线性关系较为集中，这应该与热性药液能促进栅藻生物光子辐射相关，这与生命系统相干性中的生物光子辐射的合作性理论相符。

[0046] 图3为测得的五味寒性中药的线性对比，由图3可知，寒性药液对栅藻延迟发光的平均强度与时间的线性关系影响较为分散，这应该与寒性药液能减弱或者抑制栅藻生物光子辐射的原因有关。

[0047] 图4为采用本发明方法检测58种中药药性得到的线性方程的K值，从图中可以看出，不同药性的中药药液加入栅藻藻液中，其延迟发光线性方程的斜率K值表现为：热性药＞温性药＞寒性药，经单因素方差分析，P＜0.05，组间K值差异显著，具有统计学意义。测试结果表明，不同药性的药液加入生物指示剂后其生物延迟发光参数K值可以作为区分中药药性的量化指标。通过测试不同药性药液加入生物指示剂后其生物延迟发光参数K值的变化，可以区分不同中药药性。

[0048] 通过上述分析还可知，热性药液的线性方程的斜率显著高于寒性药液的线性方程的斜率K值，热性药液随着时间推移，能够促进生物指示剂生物光子的辐射；寒性药液随着时间的推移，能够减弱或者抑制生物指示剂生物光子的辐射。这一现象说明热性药液作用于栅藻后随着时间的延长，藻液的延迟发光平均强度逐渐增强，且明显高于寒性药液作用于栅藻后的延迟发光平均强度。换言之，热性药液促进了栅藻的生物光子辐射，寒性药液减弱了栅藻的生物光子辐射。这一点与中医药理论中的“寒者热之，热者寒之”的治则理论相符，即寒性的疾病，用温热的方药治疗；热性的疾病，用寒凉的方药治疗。

[0049] 需要说明的是，以上实施例中均选用栅藻作为生物指示剂进行测试，但本发明的生物指示剂并不仅限于栅藻，通过本发明提供的信息，本领域技术人员可容易想到与栅藻类似的伞藻、衣藻或小球藻等淡水藻类也可以适应于本发明。