CN109060766A - 一种基于表面增强拉曼光谱的体液药物浓度的测量方法和检测装置 - Google Patents

Abstract

一种基于表面增强拉曼光谱的体液药物浓度的测量方法，从患者处取得含有药物的体液，并通过常规前处理方法得到提纯的样品，取一定量样品放入含有标准浓度纳米金或纳米银溶液的容器中，通过震动或摆动或旋转所述容器把样品和纳米金或纳米银溶液均匀混合，然后通过离心浓缩，在器底部形成一定厚度的均匀薄层，直接对容器底部形成的均匀薄层样品进行透射拉曼光谱检测，得到药物分子表面增强拉曼光谱图，通过模型计算得到血液中药物含量。本发明还提供了实现上述方法的装置。通过表面增强透射拉曼光谱的检测分析，从而进行药物浓度测量，测量最小浓度极限达到ppb级。

Description

一种基于表面增强拉曼光谱的体液药物浓度的测量方法和检 测装置

技术领域

本发明涉及物理领域，尤其涉及光线检测技术，特别是一种基于表面增强拉曼光谱的体液药物浓度的测量方法和检测装置。

背景技术

我们知道不同人的饭量可以有显著差异，饭量大小也不总是和体重、体表面积成比例。用药也是如此，同样按照标准剂量用药，有的患者会因代谢过快导致剂量不足，而有的患者还会因代谢过慢导致实际上过量和毒副作用。如果血中的药物浓度忽高忽低，不但影响疗效，还会诱发细菌耐药。

因此对血药浓度进行监测是十分必要的，尤其是对于安全范围窄和毒副作用强的药物、具有非线性药代动力学特性的药物、体内消除速率常数与剂量有依赖关系的药物、患者有肾肝心胃和肠道疾病时所服药物、一些需要长期使用的药物以及合并用药时由于药物的相互作用而引起药物的吸收、分布或代谢的改变。通过血药浓度的监测，可以有效地作出校正。目前国外列为常规监测的药物约有数十种，开展血药浓度监测对于精准用药意义重大。

血药浓度测量既可以直接测量血液中药物浓度得到，也可以通过测量其它体液中药物浓度而间接得到。常用的检测技术有分光光度法、高效液相色谱法、液相色谱质谱联用法和免疫学方法。分光光度法包括可见光、紫外分光光度法及荧光光度法等，由于其专属性差，容易受体液中其它组分的干扰，在测定前必须进行抽取、分离。即使这样，单独应用于测定血药浓度时常常受到限制。如与层析法结合使用，可以大大地提高其专属性，不易受其它药或内原性物质的干扰。但分光光度法操作简易，费用低廉，在一定条年下仍有其实用价值，尤其在我国，目前各单沿缺乏必要的仪器设备的情况下，积极开发与推广本法是有其积极意义的。

高效液相色谱法和液相色谱质谱联用法，其共同的特点是分离度好，专属性强，常常可以同时测定几种药物。选择不同的检出器，不仅能改善选择性，也能提高灵敏度。尤其高效液相色谱法近年来发展很快，仪器性能的提高使在药物浓度测定中应用越来越广泛；液相色谱质谱联用法是目前专属性、灵敏度、分离度都是最好的方法，特别在检测药物的代谢物时有其特殊的优点。缺点是：仪器的专用性强，价格昂贵，使用的技术性要求高，熟练的操作者需要相当一段时间的训练，测定每一个样品的成本也较高。

免疫学方法包括放射免疫及酶免疫等，其特点是灵敏度高，取样少，不需要事先分离。放射免疫法是应用液体闪烁仪或γ谱仪来测量放射性强度，适于一测定，缺点是要有同位素的防护设备。而新发展起来的酶免疫法，可以不用放射性同位素，成本低，测定快速，仅几分钟即能完成一个样品，仪器操作也很简单，故极为引人注目。缺点是易受代谢物等的干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于表面增强拉曼光谱的体液药物浓度的测量方法和检测装置，所述的这种基于表面增强拉曼光谱的体液药物浓度的测量方法和检测装置要解决现有技术中样品处理繁琐、易干扰和价格昂贵以及操作要求高的技术问题。

本发明提供了基于表面增强拉曼光谱的体液药物浓度测量方法，包括如下步骤：

步骤1，从患者处取得含有药物的体液，对体液进行提纯；

步骤2，上述步骤提纯后的样品放入装有标准浓度纳米金或纳米银溶液的容器中，所述的容器的上端开口，所述的容器的底部具有透光性；

步骤3，通过震动或摆动或旋转所述容器，使得样品和纳米金或纳米银溶液均匀混合，然后通过离心浓缩，使得样品在所述容器的底部形成均匀薄层；

步骤4，直接对所述容器底部形成的均匀薄层样品进行透射拉曼光谱检测，得到药物分子表面增强拉曼光谱图，通过模型计算得到血液中药物含量。

进一步，所述体液为尿液或血液或唾液或汗液或体内积液。

进一步，步骤1中，在样品提纯的过程中，采用离心或过滤或萃取或沉淀或浓缩的方法，去除血液中的蛋白质或血细胞。

进一步，所述纳米金或纳米银的平均粒径小于300纳米。

进一步，所述薄层厚度小于20毫米。

进一步，所述进行透射拉曼光谱检测时，样品上光斑直径在0.01毫米到12毫米之间，优选1毫米到6毫米之间。

本发明还提供了实现上述本发明的一种基于表面增强拉曼光谱的体液药物浓度测量装置，包括：载物台、拉曼光谱激发光源和光谱仪，其中，拉曼光谱激发光源位于载物台下方；光谱仪位于载物台上方，

在所述的拉曼光谱激发光源发射激光照射样品的光路中，设置有一个光束整形系统；

在所述的光谱仪的收集拉曼散射光的方向上依次设置至少一个散射光聚集器，滤光片，耦合镜，光纤，所述的光纤连接所述的光谱仪和耦合镜。

进一步，所述的散射光聚集器至少由一个透镜组成，可以消除成像相差，用于拉曼散射光收集并通过所述的耦合镜聚焦于光纤端面。

进一步，所述的耦合镜至少由一个透镜组成，可以消除成像相差，用于拉曼散射光聚焦进入光纤。

进一步，所述的光纤可以由多根光纤组成，数量在1—20根之间。

本发明的原理是：待检药物分子和纳米粒子混合时，药物分子大量吸附于纳米粒子上，然后通过离心作用纳米粒子和待检药物沉积浓缩，进而导致纳米粒间距急剧缩小，获得很强的表面增强因子，待检药物分子会产生很高的表面增强拉曼散射信号。而利用激光直接照射沉积层检测透射拉曼光谱，可以避免纳米颗粒反射影响问题，获取样品的整体信息，实现样品药物浓度的精确检测。

本发明和已有技术相比，其技术效果是积极和明显的。本发明结合了表面增强拉曼光谱技术和大光斑透射拉曼光谱检测技术，可以快速测量体液药物浓度。指导医生参照病人个体代谢差异开具处方，不仅可以大幅减少抗生素的使用量，节约资源保护环境。更可以有效精准治疗疾病，及时挽救病人生命。实现临床用药的精准性和安全性。

附图说明

图1是本发明的一种基于表面增强拉曼光谱的体液药物浓度测量装置的结构示意图。部件名称如下：

1：光谱仪；2：光纤；3：耦合镜；4：滤光片；5：散射光聚集器；6：容器；7：载物台；8:光束整形系统；9:拉曼光谱激发光源；10：样品和纳米粒子沉积浓缩形成的薄层。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明提供了基于表面增强拉曼光谱的体液药物的浓度测量装置，包括：载物台7、拉曼光谱激发光源9和光谱仪1，其中，拉曼光谱激发光源9位于载物台7下方；光谱仪1位于载物台7上方；

在所述的拉曼光谱激发光源9发射激光照射样品的光路中，设置有一个光束整形系统8。

在所述的光谱仪1的收集拉曼散射光的方向上依次设置有一个散射光聚集器5，滤光片4，耦合镜3和光纤2，所述的光纤2连接所述的光谱仪1和所述的耦合镜3。

本发明检测的过程是：对20名患有癫痫病人做数据比较。首先抽取已经口服卡马西平(治疗癫痫药物)400毫克病人4小时后的血液8毫升，通过离心和过滤取得血清样品，然后用注射器将血清样品取5毫升加入一个装有标准浓度(0.15克/毫升)纳米银溶液的容器6中，其中纳米银溶液5毫升。然后，通过震动容器6，使血清样品和纳米银溶液混合均匀。最后，通过离心浓缩在容器6底部形成一定厚度的均匀薄层10。

把容器6垂直放在载物台上，开始进行透射拉曼光谱测量，拉曼光谱激发光源9使用1064nm激光激发源，激光功率700毫瓦。通过光束整形系统8使直径2毫米激光光斑照射到样品薄层10上。透射拉曼散射光通过一个散射光聚集器5、滤光片4、耦合镜3和光纤2进入光谱仪。整个拉曼光谱积分时间为3秒，获得拉曼光谱。通过分析利培酮特征拉曼光谱的特征峰强度，并通过标准模型对比换算得到卡马西平浓度。

具体的，所述的光束整形系统8是2.5倍扩束镜；

具体的，所述的散射光聚集器5是一个焦距30mm直径25mm的非球面透镜；

具体的，所述的偶合镜3是一个焦距5mm直径10mm的非球面透镜；

具体的，所述的光纤2是一根直径300um的石英光纤；

表1是将本发明和高效液相色谱法以及液相色谱质谱联用法检测血液中卡马西平浓度结果对比。使用表面增强透射拉曼光谱测量血药浓度准确性优于使用高效液相色谱法结果，与液相色谱质谱联用法接近。表面增强透射拉曼光谱检测方法简便、快速，是一个非常有前景的血药浓度检测技术。

表1

检测方法	表面增强透射拉曼光谱法	高效液相色谱法	液相色谱质谱联用法
				利培酮浓度	9-10微克/毫升	6-8微克/毫升	10-11微克/毫升

本发明也可用于检测体液中细菌和水中污染物等其它领域。

尽管描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的本发明的修改和变化。

Claims (10)

1.一种基于表面增强拉曼光谱的体液药物的浓度测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1，从患者处取得含有药物的体液，对体液进行提纯；

步骤2，将上述步骤提纯后的样品放入装有标准浓度纳米金或纳米银溶液的容器中，所述的容器的上端开口，所述的容器的底部具有透光性；

步骤3，通过震动或摆动或旋转所述容器，使得样品和纳米金或纳米银溶液均匀混合，然后通过离心浓缩，使得样品在所述容器的底部形成均匀薄层；

步骤4，直接对所述容器底部形成的均匀薄层样品进行透射拉曼光谱检测，得到药物分子表面增强拉曼光谱图，通过模型计算得到血液中药物含量。

2.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱的体液药物的浓度测量方法，其特征在于，步骤1中，体液为尿液或血液或唾液或汗液或体内积液。

3.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱的体液药物的浓度测量方法，其特征在于，步骤1中，在样品提纯的过程中，采用离心或过滤或萃取或沉淀或浓缩的方法，去除血液中的蛋白质或血细胞。

4.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱的体液药物的浓度测量方法，其特征在于，步骤2中，纳米金或纳米银的平均粒径小于300纳米。

5.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱的体液药物的浓度测量方法，其特征在于，步骤3中，薄层厚度小于20毫米。

6.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱的体液药物的浓度测量方法，其特征在于，步骤4中， 进行透射拉曼光谱检测时，样品上光斑直径在0.01毫米到12毫米之间，优选1毫米到6毫米之间。

7.一种基于表面增强拉曼光谱的体液药物浓度的测量装置，其特征在于，包括： 载物台、拉曼光谱激发光源和光谱仪，其中，拉曼光谱激发光源位于载物台下方；光谱仪位于载物台上方；

在所述的拉曼光谱激发光源发射激光照射样品的光路中，设置有一个光束整形系统；

在所述的光谱仪的收集拉曼散射光的方向上依次设置有散射光聚集器，滤光片，耦合镜，光纤，所述的光纤连接所述的光谱仪和耦合镜。

8.根据权利要求7所述的基于表面增强拉曼光谱的体液药物的浓度测量装置，其特征在于，所述的散射光聚集器至少由一个透镜组成，用于将拉曼散射光收集并通过所述的耦合镜聚焦于光纤端面。

9.根据权利要求7所述的基于表面增强拉曼光谱的体液药物的浓度测量装置，其特征在于，所述的耦合镜至少由一个透镜组成，用于将拉曼散射光聚焦进入光纤。

10.根据权利要求7所述的基于表面增强拉曼光谱的体液药物的浓度测量装置，其特征在于，所述的光纤可以由多根光纤组成，数量在1—20根之间。