弱主药信号药品的拉曼光谱快速检测方法研究

摘要

假冒伪劣药品在药品流通市场中层出不穷，给消费者的生命健康和全球公共卫生系统的安全带来巨大的威胁。药品的快速检测（快检）技术应运而生，以快速、准确、便捷又经济的优势在假药检测中得到广泛的应用。其中，常规拉曼光谱(NRS)的光谱特征信息丰富，以其快速、无损、前处理简单甚至不需要前处理等优点成为药品快检领域的重要分析工具之一。但是，由于部分化学药品中的主药成分(API)含量低，或者拉曼光谱对其API的拉曼响应比较弱，使得这类呈现弱主药信号的药品（弱主药信号药品，LASIDs），其拉曼光谱长相酷似某种辅料的拉曼光谱，而API的光谱信息则被辅料光谱信息掩盖。结合一般的化学计量学方法，拉曼光谱法分析技术难以实现对该类药品的快检。　　为了实现弱主药信号药品的拉曼光谱法快检，本论文对弱主药信号药品的判定及其拉曼光谱特征、伸缩移动窗口、伸缩移动窗口相似度、加权伸缩移动窗口相似度(WSMS)、逻辑回归(LR)、贝叶斯判别以及偏最小二乘法等展开一系列探讨与研究。最终提出2种方法用于弱主药信号药品的拉曼光谱法快检，一个是伸缩移动窗口相似度与贝叶斯判别算法，另一个是加权移动窗口相似度与逻辑回归算法。结果表明，这两种方法均能实现弱主药信号药品的拉曼光谱法快检，并且高效便捷。　　本论文首先对拉曼光谱法分析技术、弱主药信号药品和化学计量学理论的相关介绍以及其在药学研究中的进展进行了概述。然后详细阐述了拉曼光谱技术结合化学计量学方法在弱主药信号药品检测中的研究及应用。　　第一部分概述。拉曼光谱法分析技术用于药品检测，高效便捷，在药品快检领域中得到广泛的应用。然而，弱主药信号药品的拉曼光谱中，其API的光谱信息基本被辅料的光谱信息所掩盖，一般的拉曼光谱法难以实现该类药品的快检。伸缩移动窗口相似度以及加权伸缩移动窗口相似度可以在弱主药信号药品的拉曼光谱中提取其API的光谱信息，贝叶斯判别、逻辑回归以及偏最小二乘法等化学计量学方法可以对给定药品的光谱信息进行分析模型的构建进而实现药品的快速检测。本论文将这些方法进行改进与结合应用到弱主药信号药品的拉曼光谱法快检中，为弱主药信号药品的快检提供一种新方法。　　第二部分基于伸缩移动窗口相似度与贝叶斯判别的弱主药信号药品快检研究。本研究提出伸缩移动窗口相似度结合贝叶斯判别方法，通过拉曼光谱法分析技术对弱主药信号药品的真假进行快速判别。首先，伸缩移动窗口相似度是以弱主药信号药品的API的拉曼光谱峰宽为参照，动态调整窗口的大小。在窗口内，分别计算API的拉曼光谱峰信号与药品拉曼光谱的相似度，以及药品与辅料的拉曼光谱相似度。然后选择那些突出API拉曼光谱峰信号对弱主药信号药品的拉曼光谱信号有贡献的窗口，作为贝叶斯判别模型的变量，进而构建弱主药信号药品真假判别模型，用以判别弱主药信号药品的真假。结果表明，该判别模型对训练集中弱主药信号药品真假识别的准确率为94.7％，对验证集中弱主药信号药品真假识别的准确率为95.6％，基于伸缩移动窗口相似度与贝叶斯算法构建的贝叶斯判别模型可以对弱主药信号药品的真假进行快速判别。　　第三部分基于加权伸缩移动窗口相似度与逻辑回归的弱主药信号药品快检研究。本研究提出加权伸缩移动窗口相似度与逻辑回归用于快速检测弱主药信号药品。首先，使用加权伸缩移动窗口相似度算法来分析弱主药信号药品与其API以及相关辅料的拉曼光谱信息。通过对伸缩移动窗口相似度作加权处理，突出API光谱信号对弱主药信号药品的拉曼光谱信号的贡献，同时，减少辅料光谱信号的干扰，进而在弱主药信号药品拉曼光谱中找出被辅料光谱信息所掩盖的API光谱峰信号。然后，使用逻辑回归算法对找出的API光谱峰信号构建预测模型，用以分析弱主药信号药品的真假。结果表明，该模型的拟合优度检验结果P值为0.855，灵敏度为90.6％，特异性为94.0％。基于加权伸缩移动窗口相似度与逻辑归回算法构建的预测模型能够快速检测弱主药信号药品。　　由于药品流通市场中除了弱主药信号药品，还有其它类型药品，比如高API含量药品（药品中API含量所占比例较高，大约在40％～80％w/w），比如拉曼光谱仪对其中API的响应比较强的药品(HASID)。为了将加权伸缩移动窗口相似度与逻辑回归算法更好地应用到药品快速快检中，本研究将该算法构建的预测模型用于真实的弱主药信号药品以及其它3种类型药品展开快检分析。结果表明，该预测模型可以100％准确检测真实的弱主药信号药品及其它3类药品。加权伸缩移动窗口相似度与逻辑回归算法结合拉曼光谱可以快速检测药品，这为药品快检提供了新的方法，注入了新的活力。

目录

声明

摘要

缩略词表

前言

一、本论文的研究背景

二、本文研究的主要目的

三、本文研究的主要内容

第一章概述

第一节拉曼光谱法分析技术

一、拉曼光谱法分析技术简介

二、拉曼光谱法分析技术在药学研究中的应用

第二节弱主药信号药品

一、弱主药信号药品的简介

二、弱主药信号药品的检测

第三节化学计量学方法理论

一、化学计量学的简介

二、化学计量学在药学研究中的应用

本章小结

第二章基于伸缩移动窗口相似度与贝叶斯判别的弱主药信号药品快检研究

一、引言

二、实验材料与方法

三、结果与讨论

四、本章小结

第三章基于加权伸缩移动窗口相似度与逻辑回归的弱主药信号药品快检研究

第一节加权伸缩移动窗口相似度与逻辑回归的弱主药信号药品快检方法研究

一、引言

二、实验方法

三、结果与讨论

四、结论

第二节加权伸缩移动窗口相似度与逻辑回归算法的应用及合理性评价

一、引言

二、实验材料与方法

三、结果与讨论

四、结论

一、总结

二、展望

参考文献

研究生期间完成的论文

致谢