臺(tái)式NMR譜儀應(yīng)用于法醫(yī)毒品檢測(cè)中鑒別未知物

作者：Joerg Koehler博士， Bruker BioSpin集團(tuán)，工業(yè)業(yè)務(wù)部門負(fù)責(zé)人


 
非法藥物檢測(cè)是一場(chǎng)持續(xù)的斗爭。每年大約有100種新型精神活性物質(zhì)（NPS）出現(xiàn)在邊境檢查站，因而快速檢測(cè)和識(shí)別這些毒品對(duì)于防止其廣泛傳播至關(guān)重要。
 
近年來，僅在美國，因毒品致死的人數(shù)已攀升至每年4萬多人。這種“阿片類藥物流行”具體指的是阿片類藥物(包括NPS等非法藥物)導(dǎo)致的死亡和住院人數(shù)不斷增加，而用藥過量現(xiàn)在已成為美國意外死亡的主要原因。
 
這對(duì)有關(guān)當(dāng)局構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。主要問題是，測(cè)試依賴于將待測(cè)物質(zhì)與已知物質(zhì)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配。然而，NPS的開發(fā)正是為了模仿海洛因和大麻等藥物，并通過改變其分子結(jié)構(gòu)來規(guī)避檢測(cè)。這種‘偽裝’試圖消除通過法醫(yī)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)與已知毒品匹配的可能性。
 
警方和刑事調(diào)查人員需要一種新的、準(zhǔn)確的，更重要的是快速的方法，來追蹤未知和已知的信息。
 
識(shí)別未知物質(zhì)
 
分析可疑物質(zhì)的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是提供法律上可接受的證據(jù)，以證明藥物的化學(xué)成分。各種樣品被送往檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行鑒定和定量，但由于種種原因，很難提供明確的證據(jù)。
 
MS篩選
 
目前的藥物檢測(cè)主要依靠質(zhì)譜（MS）篩選。這種久經(jīng)考驗(yàn)且值得信賴的方法能產(chǎn)生可靠的結(jié)果，但需要將未知物質(zhì)與對(duì)照物質(zhì)的譜峰進(jìn)行比較，并通過兩者的峰是否接近來判斷，這使得其檢測(cè)受到限制。因?yàn)檫@依賴于需要獲得特定化合物的標(biāo)準(zhǔn)品，這使得任何改性的分子都可能呈現(xiàn)不同的碎片模式，從而被漏檢。
 
NMR方法
 
NMR波譜是臨床研究機(jī)構(gòu)以及警察、海關(guān)和邊境控制實(shí)驗(yàn)室法醫(yī)學(xué)中一種成熟的測(cè)試方法。NMR可以鑒別未知物質(zhì)并對(duì)其進(jìn)行定量，而無需特定化合物的參考標(biāo)品。其在法醫(yī)學(xué)中的使用得到了歐盟委員會(huì)報(bào)告的支持，該報(bào)告指出，“對(duì)被海關(guān)發(fā)現(xiàn)并懷疑為NPS的許多未知物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)鑒定，需要使用更復(fù)雜的分析技術(shù)，例如NMR[…]。”
 
NMR在法醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的顯著優(yōu)勢(shì)，是無需參考標(biāo)品即可檢測(cè)、識(shí)別和定量未知物質(zhì)的能力。分析表明，新的模擬分子在譜圖中顯示出與已知物質(zhì)的細(xì)微差異。可以對(duì)這種新物質(zhì)進(jìn)一步研究，并將其數(shù)據(jù)添加到庫中，以便在將來可立即匹配和識(shí)別。
 
高規(guī)格NMR系統(tǒng)通常只有大型測(cè)試中心才能配備，并且必須依靠訓(xùn)練有素的工作人員進(jìn)行操作。這一特點(diǎn)，加上其高昂的初始投資成本和總體維護(hù)成本，限制了NMR的應(yīng)用。
 
法律可采性的雙重測(cè)試
 
在全球大多數(shù)國家，毒品測(cè)試中必須至少使用兩種正交分析方法，以提供充分且可接受的證據(jù)。為了驗(yàn)證研究結(jié)果，第二種方法必須與第一種方法完全不同。然而，使用兩種完全獨(dú)立的方法既耗時(shí)又費(fèi)資源，在實(shí)踐中通常很難實(shí)行。因此，使用兩種基于數(shù)據(jù)庫的方法，如MS和FT-IR，被廣泛認(rèn)為可對(duì)已知物質(zhì)提供鑒定證據(jù)。然而，由于需要特定化合物的參考標(biāo)品，準(zhǔn)確的定量仍然具有挑戰(zhàn)。
 
在識(shí)別和定量NPS（或未知物質(zhì)）時(shí)，NMR起著關(guān)鍵作用，因?yàn)樗�不依賴特定化合物的參考�?biāo)品。然而，NPS的不斷增加和NMR測(cè)試需求的快速增長，可能會(huì)在大型測(cè)試中心造成大量樣本積壓，影響出具分析結(jié)果的時(shí)效。
 
縮短篩查時(shí)間
 
NMR的快速檢測(cè)使得篩查時(shí)間從幾天縮短到幾分鐘。當(dāng)緝獲毒品時(shí)，無論其數(shù)量多寡，在鑒定和分析毒品化學(xué)成分所需時(shí)間內(nèi)完成扣押可疑物所必須的文書工作，可能會(huì)令人望而卻步。在傳統(tǒng)的NMR分析中，樣品可能需要送往測(cè)試中心進(jìn)行檢測(cè)，與之相比，臺(tái)式NMR儀提供結(jié)論性鑒定結(jié)果的時(shí)間則大大縮短。例如，任何機(jī)場(chǎng)或警察當(dāng)局現(xiàn)在都可以擁有一套臺(tái)式NMR儀器，使用全球數(shù)據(jù)庫快速提供常規(guī)篩查結(jié)果，且無需經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的操作員就可以運(yùn)行測(cè)試和解讀結(jié)果。
 
與傳統(tǒng)的大型NMR儀器不同，臺(tái)式機(jī)僅需一個(gè)電源插座就可以使用，無需進(jìn)行補(bǔ)充液氦制冷劑等復(fù)雜維護(hù)。新的臺(tái)式NMR儀提供了無制冷劑磁體設(shè)計(jì)，使任何實(shí)驗(yàn)室都可以獲得具成本效益的NMR獨(dú)特的鑒定結(jié)果。
 
數(shù)據(jù)庫維護(hù)
 
歐洲藥物和毒癮監(jiān)測(cè)中心（EMCDDA）、歐洲法醫(yī)科學(xué)研究所網(wǎng)絡(luò)（ENFSI）和海關(guān)實(shí)驗(yàn)室歐洲網(wǎng)絡(luò)（CLEN）等組織正在推動(dòng)采用全球物質(zhì)數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫的維護(hù)在打擊非法販運(yùn)毒品方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
 
一旦某種新物質(zhì)在全球任何地方被NMR鑒別出來，其波譜數(shù)據(jù)就可以上傳到全球數(shù)據(jù)庫中，而全球任何實(shí)驗(yàn)室都可以使用類似的臺(tái)式NMR儀，只需按一下按鈕就可以通過核磁指紋圖譜識(shí)別并定量該物質(zhì)。單獨(dú)使用質(zhì)譜是不可行的，因?yàn)檫@種方法需要設(shè)計(jì)一種氘代化合物，并需要每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都能獲得參考標(biāo)品；然而，以NPS每周新增兩個(gè)的速度，這是根本無法實(shí)現(xiàn)的。
 
中央式集成
 
當(dāng)高規(guī)格譜儀與臺(tái)式系統(tǒng)集成時(shí)，NMR的真正潛力能夠最大化地釋放。熟悉NMR軟件的操作員可以不需要額外培訓(xùn)就能控制臺(tái)式系統(tǒng)，而沒有經(jīng)驗(yàn)的NMR用戶也很容易熟悉按鈕式的界面及其優(yōu)化的工作流程。
 
因此，如果某個(gè)樣品的結(jié)果不確定而被打回重新檢測(cè)，中心實(shí)驗(yàn)室的NMR專家可以登錄到系統(tǒng)，并幫助檢查是否有參數(shù)優(yōu)化和數(shù)據(jù)處理的問題。為方便該流程，這兩個(gè)系統(tǒng)需使用相同的軟件界面和同樣的實(shí)驗(yàn)SOP。本地用戶和中心實(shí)驗(yàn)室都使用同一系統(tǒng)，這樣的集成為超越當(dāng)前毒品庫共享的全球合作開辟了令人振奮的潛力，有助于實(shí)現(xiàn)國家級(jí)工作流程的定義和方法的統(tǒng)一，而這對(duì)證據(jù)的生成至關(guān)重要，
 
分散式NMR分析，在每個(gè)毒品檢測(cè)中心安裝一套儀器，不僅有可能大幅提高通量，更快地交付結(jié)果，還可以解放中心實(shí)驗(yàn)室的高規(guī)格儀器和操作員，使得他們可以將進(jìn)行更多的專業(yè)測(cè)試。
 
臺(tái)式系統(tǒng)代表未來
 
對(duì)于像EMCDDA這樣的實(shí)體，其目標(biāo)之一是“提高法醫(yī)學(xué)和毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)室鑒別新物質(zhì)的能力，[……]這需要培訓(xùn)支持、測(cè)試資源，以及從分析數(shù)據(jù)、參考標(biāo)品到專業(yè)知識(shí)的一整套產(chǎn)出和共享機(jī)制，”臺(tái)式NMR儀可以很好地支持新物質(zhì)測(cè)試、數(shù)據(jù)共享和參考庫創(chuàng)建，從而支持這一目標(biāo)。
 
臺(tái)式NMR儀提供與高規(guī)格NMR儀器相同的功能，無需專業(yè)化操作或安裝，即可輕松融入到任何實(shí)驗(yàn)室中，提供快速、自動(dòng)、易用且不受限制的毒品篩查方法，從而廣泛投入實(shí)際使用。
 
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關(guān)于作者
 
Joerg Koehler博士在雷根斯堡大學(xué)生物物理與物理生物化學(xué)研究所，學(xué)習(xí)物理學(xué)并獲得博士學(xué)位，他還曾在雷根斯堡大學(xué)擔(dān)任博士后研究科學(xué)家，專注于基于核磁共振的生物化學(xué)活性大分子折疊中間體的研究。Joerg Koehler博士在加入布魯克之前曾擔(dān)任過銷售、銷售管理和企業(yè)管理的多個(gè)職位。加入布魯克后擔(dān)任工業(yè)部門業(yè)務(wù)主管。如今，他負(fù)責(zé)布魯克工業(yè)市場(chǎng)部門磁共振業(yè)務(wù)的全球活動(dòng)，包括法醫(yī)學(xué)方向。
 
ENDS
 
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參考文獻(xiàn)
ⁱGlobal Synthetic Drugs Assessment 2017,United Nations Office on Drugs and Crime, https://www.unodc.org/documents/scientific/Global_Drugs_Assessment_2017.pdf
ⁱⁱAddiction Center, The Opioid Epidemic, 2019, https://www.addictioncenter.com/opiates/opioid-epidemic/
ⁱⁱⁱReport on Characterization of New Psychoactive Substances (NPS), European Commission, 2014
https://ec.europa.eu/jrc/sites/jrcsh/files/jrc-characterisation-new-psychoactive-substances_en.pdf with citation on page 4
^iv EU Drug Markets Report 2019, European Monitoring Centre for Drugs and Drug Addiction, http://www.emcdda.europa.eu/system/files/publications/12078/20192630_TD0319332ENN_PDF.pdf