SpectrAPP光譜成像創(chuàng)新應(yīng)用方案：生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康等方面

 

1.實(shí)驗(yàn)室SpectraScan-TCM客戶定制化光譜成像技術(shù)方案

SpectraScan-TCM實(shí)驗(yàn)室光譜成像為客戶定制化解決方案，采用全球知名Specim高光譜成像技術(shù)，結(jié)合高分辨率RGB彩色成像分析技術(shù)，客戶定制自動(dòng)掃描成像分析平臺(tái)（主機(jī)系統(tǒng)），其主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

ü國(guó)際*Specim高光譜成像技術(shù)，可選配VISIR（400-1000nm）可見(jiàn)光近紅外波段、SWIR（900-1700nm或1000-2500nm）短波紅外波段、MWIR中波紅外波段、LWIR長(zhǎng)波紅外波段高光譜成像

ü自主設(shè)計(jì)研發(fā)3D掃描平臺(tái)，集多鏡頭成像、高精度移動(dòng)掃描、光源控制、遠(yuǎn)程無(wú)線控制于一體，可根據(jù)不同需求定制規(guī)格大小

ü專為科研及商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)，滿足實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)鑒定和工業(yè)應(yīng)用的需求，可根據(jù)客戶需求定制中成藥自動(dòng)化品質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)傳送藥品（飲片）、自動(dòng)采集高光譜成像數(shù)據(jù)、在線檢測(cè)（需客戶定制）

ü可選配多光譜熒光成像分析，高通量非損傷定量化分析莖葉及根生中藥材葉綠素、花青素、胡蘿卜素、阿維酸、酚類、芪類、類黃酮、槲皮素等總量（下圖為銀杏葉化學(xué)成分做圖，SpectrAPP項(xiàng)目）

ü自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，可選配軟件及數(shù)據(jù)分析服務(wù)器

ü模塊化設(shè)計(jì)，友好的PC端GUI軟件界面，用戶可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控

ü可選配SisuCHEMA高光譜化學(xué)成像分析平臺(tái)，樣品*可達(dá)200x300x45mm，*分辨率可達(dá)30微米，10毫米或更小的樣品（下圖2為黃芪-甘草光譜特征曲線，SpectrAPP項(xiàng)目；圖4為泡罩（膠囊）質(zhì)量檢查：紅色為空泡，綠色為正常泡，藍(lán)色為假冒產(chǎn)品）

案例1、兩種“防己”中藥的鑒別

漢防己（Stephania tetrandra）與廣防己（Aristolochia fangchi）在形態(tài)上有許多相似之處，因而經(jīng)常被錯(cuò)誤地取代。廣防己屬于馬兜鈴屬植物，在中藥中通常用其木質(zhì)根干燥炮制后入藥，具有利水消腫，祛風(fēng)止痛之功用。但因其含有致癌物質(zhì)馬兜鈴酸，可導(dǎo)致尿路上皮癌和馬兜鈴酸腎病(AAN)。

茨瓦內(nèi)科技大學(xué)中藥研究中心的研究人員利用SisuCHEMA高光譜化學(xué)成像工作站，無(wú)損獲取900-2500nm波段范圍內(nèi)的高光譜影像，通過(guò)選擇識(shí)別信息范圍（964-1774nm）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪降維處理，結(jié)合偏*小二乘判別分析(PLS-DA)，建立了判別系數(shù)R2=0.9，預(yù)測(cè)均方根誤差(RMSEP=0.23的判別模型。*識(shí)別了作為外部驗(yàn)證集插入模型的廣防己和漢防己樣品。

圖1.1 兩種“防己”中藥的根物質(zhì)：a）廣防己；b）漢防己

圖1.2 主成分分析得分圖：a）PC得分散點(diǎn)圖；b）指示兩種粒子分布的得分影像

此外，通過(guò)制備增量摻假混合物，對(duì)摻入廣防己(10-90%)的防己混合物樣品進(jìn)行了檢測(cè)研究。分析結(jié)果顯示，高光譜成像可準(zhǔn)確檢測(cè)低至10%的摻假量。由此可見(jiàn)，高光譜成像對(duì)中藥材品質(zhì)檢測(cè)及質(zhì)量控制方面具有巨大的應(yīng)用潛力，可有效預(yù)防馬兜鈴酸腎病的發(fā)生。

圖1.3（左）：a）PLS-DA得分散點(diǎn)圖；

b）根據(jù)分類（紅色=廣防己，綠色=漢防己）著色的得分圖像

圖1.4（右）：不同增量摻假樣品的得分影像：a）6.5%廣防己；b）15%廣防己；c）24%廣防己；d）30%廣防己；e）49%廣防己；f）58%廣防己；g）76%廣防己；h）85%廣防己；i）93%廣防己

案例2、花草茶混合檢測(cè)

在南非，當(dāng)?shù)氐幕ú莶枰蚱涞奈兜篮拖銡舛鴤涫軞g迎�；ú莶鑿V受贊譽(yù)的健康益處包括對(duì)高血壓和糖尿病等慢性疾病的治療。由于不同品牌、不同質(zhì)量的茶以及混合茶的生產(chǎn)，草藥茶的質(zhì)量控制變得非常重要。

Majolie Djokam等人利用SisuCHEMA對(duì)由路易波士茶(Aspalathus linearis)、蜜樹(shù)茶(Cyclopia intermedia)、合香葉((Agathosma Betulina)和癌藤(Sutherlandia frutescens)混合而成的花草茶進(jìn)行了研究。通過(guò)獲取900-2500nm波段范圍的原料和完整茶包的高光譜圖像，使用主成分分析(PCA)和偏*小二乘判別分析(PLS-DA)模型，顯示出花草茶原材料的明顯區(qū)別，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了各混合料的原料組成和相對(duì)比例。

圖2.1（左）：a）rooibos和buchu原材料的高光譜(RGB)圖像；b）t2的主成分分析(PCA)分?jǐn)?shù)圖像；

c）兩種粒子的得分散點(diǎn)圖(t2 vs. t3)，根據(jù)兩種茶對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)值進(jìn)行著色

圖2.2（右）：a）偏*小二乘-判別分析y -圖像，顯示校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集中原材料的分類；

b）預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)集，顯示根據(jù)預(yù)測(cè)類著色的原材料成分比例

該結(jié)果被超高效液相色譜聯(lián)用質(zhì)譜(UHPLC-MS)方法驗(yàn)證，證明了高光譜成像結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)建模的應(yīng)用可用于準(zhǔn)確鑒定花草茶混合物和確定茶包中各成分相對(duì)比例，是一種可靠、快速和無(wú)損的中藥材及保健品質(zhì)量控制方法。

2.野外便攜式光譜成像技術(shù)方案

野外便攜式光譜成像技術(shù)方案可以選配IQ智能高光譜成像儀或PhenoPlot輕便型光譜成像技術(shù)方案，用于野外中草藥性狀檢測(cè)、品質(zhì)識(shí)別鑒定等。

üIQ一體式智能高光譜儀：集數(shù)據(jù)采集、處理分析、結(jié)果顯示于一體，可實(shí)現(xiàn)延時(shí)采集，遠(yuǎn)程無(wú)線操控，現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，應(yīng)用分析

ü適用性強(qiáng)：整機(jī)小巧輕便，結(jié)構(gòu)緊湊，防護(hù)級(jí)別高，全自動(dòng)采集

ü應(yīng)用多樣：可根據(jù)客戶的應(yīng)用需求，創(chuàng)建App，直接調(diào)用

ü地理定位：內(nèi)置GPS，可記錄采集位置

ü模塊式結(jié)構(gòu)：輕便、可擴(kuò)展，單人即可拿到野外對(duì)Plot樣地中藥材進(jìn)行表型性狀成像測(cè)量分析

ü可定制單軸樣帶式掃描成像或XYZ三維掃描成像臺(tái)架，以適應(yīng)不同需求

ü可選配側(cè)面（垂直）光譜成像分析，還可選配旋轉(zhuǎn)式高光譜掃描成像平臺(tái)

ü可選配RGB、多光譜、高光譜、紅外熱成像、Thermo-RGB融合成像等不同成像單元

ü廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：農(nóng)作物表型研究、植被病害研究、遺傳育種、食品藥品檢測(cè)、藝術(shù)品鑒定、考古文博應(yīng)用、健康醫(yī)學(xué)、動(dòng)物行為研究

蟲(chóng)草識(shí)別：左為蟲(chóng)草菌體部RGB圖，右下圖中紅色為蟲(chóng)草（蟲(chóng)體部和菌體部）
 

易科泰生態(tài)健康研究中心依托Ecolab光譜成像實(shí)驗(yàn)室，在近20年的儀器技術(shù)服務(wù)與研發(fā)集成經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)中藥材品種品質(zhì)鑒定進(jìn)行了系列研究探索，推出基于光譜成像技術(shù)的中藥材品種品質(zhì)鑒定、質(zhì)量控制全面解決方案，并提供SpectrAPP光譜成像技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用項(xiàng)目合作與技術(shù)服務(wù)。

易科泰致力于生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康研究發(fā)展與創(chuàng)新應(yīng)用，為中藥材研究檢測(cè)及品質(zhì)品種檢測(cè)鑒定應(yīng)用提供高光譜成像技術(shù)全面解決方案。Ecolab實(shí)驗(yàn)室擁有便攜式高光譜成像儀、SpectraScan實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式高光譜成像系統(tǒng)及野外用高通量掃描式高光譜成像設(shè)備，結(jié)合RGB成像分析、科研級(jí)紅外熱成像技術(shù)、多光譜熒光成像技術(shù)，可提供中藥材性狀表型分析與種質(zhì)資源檢測(cè)、食品檢測(cè)、中藥產(chǎn)品及保健品有效成分檢測(cè)等技術(shù)服務(wù)和實(shí)驗(yàn)合作。
 

• 葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)
• 多光譜熒光成像技術(shù)
• Specim高光譜成像技術(shù)
• Thermo-RGB紅外熱成像技術(shù)
• 易科泰近地遙感與無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)
• CoreScanner樣芯掃描成像分析技術(shù)

易科泰生態(tài)技術(shù)公司（北京）、易科泰光譜成像與無(wú)人機(jī)遙感研究中心（西安），與歐洲Specim、PSI、WorksWell等國(guó)際知名光譜成像技術(shù)公司合作，提供光譜成像創(chuàng)新應(yīng)用全面解決方案：
ü 種質(zhì)資源檢測(cè)鑒定
ü 生物安全，生物檢測(cè)、預(yù)警
ü 作物表型組學(xué)研究與品種選育
ü 食品、中藥品質(zhì)檢測(cè)鑒定、溯源
ü 植物光合作用、光生物學(xué)研究技術(shù)
ü 生態(tài)毒理學(xué)、污染生態(tài)學(xué)研究監(jiān)測(cè)
ü 藻類培養(yǎng)與在線監(jiān)測(cè)、藻類表型分析
ü 農(nóng)業(yè)、生態(tài)、地球觀測(cè)近地遙感與無(wú)人機(jī)遙感
ü 地質(zhì)、地礦研究與探測(cè)技術(shù)（高光譜成像、XRF、LIBS分析）  
成套設(shè)備與客戶定制系統(tǒng)：
 

易科泰Ecolab®實(shí)驗(yàn)室配備有葉綠素?zé)晒獬上�、多光譜熒光成像、高光譜成像、紅外熱成像等完備的光譜成像儀器設(shè)備，并與國(guó)際合作伙伴和國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)建立有廣泛的合作關(guān)系，可提供生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)合作和技術(shù)服務(wù)。