综述表面增强拉曼散射光谱体内药物分析技术

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1、综述表面增强拉曼散射光谱体内药物分析技术石玉也，鹿爱娟，黄小燕，陈传品，刘文芳（中南大学药学院，湖南长沙410013）摘要：表面增强拉曼光谱（SERS）作为一种新兴的药物分析手段，具有样本处理简单、非侵入性检测、灵敏度高、提供丰富指纹图谱信息等优点，在实现高灵敏度无损检测的同时可获得目标检测物的分子结构信息。本文综合论述了体内药物分析的常用方法以及SERS在该方面的发展现状，并详细介绍了SERS基底的分类和制备方法以及SERS在药物分析尤其是体内药物分析方面的应用。针对体内药物分析，主要介绍不分离样本情况下，SERS用于唾液、尿液、血液等生物样本中目标检

2、测物的直接分析技术。关键词：体内药物分析；生物样本；表面增强拉曼光谱中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：1674-9324（2015）15-0053-03一、前言表面增强拉曼光谱（SERS）是一种利用表面电磁场增强提高拉曼信号的分析技术。与红外（IR），紫外（UV），核磁共振（NMR），荧光，X-衍射等光学分析手段相比，具有很多突出优势。表面增强拉曼检测限非常低，可用于痕量分析，甚至可以实现目标检测物的单分子检测；分析过程只需要数毫秒到数十秒不等，可实现对被分析物快速检测和实时信息反馈；能够提供丰富的指纹图谱信息而具有较高的分析准确性；水分子的拉

3、曼响应较弱，因此适用于含水样本的分析，尤其是生物样本，无需复杂的前处理即可检测；与其他分析方法如IR，核磁共振等相比，对样本纯度要求低，可大大减少样本前处理工作并节约分析成本；拉曼检测所需样本量极少，且为非入侵破坏性检测，可为目标检测物的后续分析提供方便。因其可以从复杂基质中提取目标分子结构信息，故表面增强拉曼光谱尤其适用于生命科学方面的分析应用。体内药物分析是指利用仪器对人或动物体内的血液、尿液、体液、排泄物、组织、器官等样本中药物及其代谢物的分布进行分析，了解药物进入体内后代谢的途径以及代谢方式等信息，从而指导药品的生产和临床应用。体内药物分析最大的

4、挑战是生物样品成分复杂、药物及其代谢物浓度低。一般而言，样本中除了目标检测物外，还含有大量的蛋白质、多种内源性物质等，而药物本身的代谢产物、其他共存的药物等也会对检测形成一定的影响。因此其对分析仪器的分离效率和检测限有较高要求。表面增强拉曼光谱由于其超高的灵敏度和指纹图谱分析等优势，在体内药物分析方面展现了良好的前景。二、体内药物分析常用方法目前常用的几类生物样品分析方法有：①色谱法，可用于大多数药物的检测。②免疫学方法，多用于蛋白质多肽类物质检测。③微生物学方法，主要用于抗菌药物的测定。三、表面增强拉曼散射简介与红外光谱相似，拉曼光谱是一种分子振动、转

5、动光谱。但前者是通过检测分子偶极矩的变化，而后者则通过分子极化率的改变获得相关信息。普通拉曼光谱的信号响应非常弱，其强度大约只有激发光的10-10倍。同时，普通拉曼光谱的荧光干扰非常强，即便是目标物或者基质中极弱的荧光响应，也能覆盖拉曼散射。20世纪70年代，Fleischmann等首次报道了在粗糙的银电极表面吸附的单层吡啶的高质量拉曼光谱。三年后，VanDuyne等证明吸附在粗糙银表面的每个吡啶分子的拉曼信号强度在比其在溶液中增强了106倍。该现象被定义为表面增强效应。SERS是指当目标检测分子被吸附到某些粗糙的金属表面（如金、银、铜等）上时，它们的拉

6、曼散射强度会增加104～106倍；谐振时，可以高达1014～1015倍，其中又以银的增强效果最佳。目前认为SERS增强主要基于电磁场增强和化学增强两种机制，纳米粒子的形貌尺寸以及与相邻纳米粒的距离均会影响粒子周围的电磁场，进而影响增强效果，并且被测分子只有位于金属纳米粒产生的电磁场中时才会产生增强的效果，电磁场越强，增强效果越好。目前SERS技术已经广泛应用于生物学、材料学、电化学、医药学等各个方面。四、表面增强拉曼散射用于药物分析SERS应用于药物分析是近几年才发展起来的。拉曼光谱可以从以下几个方面应用于药物分析：①药物的基础结构鉴定：拉曼光谱已经被用

7、于多种药物的结构分析，包括苯乙胺类镇静催眠药、手性的β受体阻断剂，镇静催眠药等。②对活性成分的定量分析：目前已有通过偏最小二乘法和线性回归分析阿司匹林、对乙酰氨基酚的拉曼数据，进行定量检测的相关报道。在选定的拉曼光谱频率区间内，通过改变参数可以对药物中的活性成分进行准确检测。通过对拉曼光谱的分析，已经实现了抗生素中含有的对乙酰氨基酚单斜和正交晶系含量的准确检测。③药物的晶型的分析：拉曼光谱也可以用于药物的多晶型分析。盐酸雷尼替丁片中包含有两种晶型的药物———Ⅰ型和Ⅱ型，这两种晶型可以采用拉曼光谱进行区别并确定含量。该研究认为，拉曼光谱是一种可以用于定量分

8、析晶型含量的有效方法，商业药品中的多晶型杂质应低于2%。目前，SERS用于药物分