臺式NMR譜儀應用于法醫(yī)毒品檢測中鑒別未知物
作者：Joerg Koehler博士， Bruker BioSpin集團，工業(yè)業(yè)務部門負責人
非法藥物檢測是一場持續(xù)的斗爭。每年大約有100種新型精神活性物質（NPS）出現在邊境檢查站，因而快速檢測和識別這些毒品對于防止其廣泛傳播至關重要。
近年來，僅在美國，因毒品致死的人數已攀升至每年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)導致的死亡和住院人數不斷增加，而用藥過量現在已成為美國意外死亡的主要原因。
這對有關當局構成了重大挑戰(zhàn)。主要問題是，測試依賴于將待測物質與已知物質的數據庫進行匹配。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構來規(guī)避檢測。這種‘偽裝’試圖消除通過法醫(yī)檢測發(fā)現與已知毒品匹配的可能性。
警方和刑事調查人員需要一種新的、準確的，更重要的是快速的方法，來追蹤未知和已知的信息。
識別未知物質
分析可疑物質的一個關鍵目標是提供法律上可接受的證據，以證明藥物的化學成分。各種樣品被送往檢測實驗室進行鑒定和定量，但由于種種原因，很難提供明確的證據。
MS篩選
目前的藥物檢測主要依靠質譜（MS）篩選。這種久經考驗且值得信賴的方法能產生可靠的結果，但需要將未知物質與對照物質的譜峰進行比較，并通過兩者的峰是否接近來判斷，這使得其檢測受到限制。因為這依賴于需要獲得特定化合物的標準品，這使得任何改性的分子都可能呈現不同的碎片模式，從而被漏檢。
NMR方法
NMR波譜是臨床研究機構以及警察、海關和邊境控制實驗室法醫(yī)學中一種成熟的測試方法。NMR可以鑒別未知物質并對其進行定量，而無需特定化合物的參考標品。其在法醫(yī)學中的使用得到了歐盟委員會報告的支持，該報告指出，“對被海關發(fā)現并懷疑為NPS的許多未知物質進行化學鑒定，需要使用更復雜的分析技術，例如NMR[…]。”
NMR在法醫(yī)學應用中的顯著優(yōu)勢，是無需參考標品即可檢測、識別和定量未知物質的能力。分析表明，新的模擬分子在譜圖中顯示出與已知物質的細微差異。可以對這種新物質進一步研究，并將其數據添加到庫中，以便在將來可立即匹配和識別。
高規(guī)格NMR系統(tǒng)通常只有大型測試中心才能配備，并且必須依靠訓練有素的工作人員進行操作。這一特點，加上其高昂的初始投資成本和總體維護成本，限制了NMR的應用。
法律可采性的雙重測試
在全球大多數國家，毒品測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。為了驗證研究結果，第二種方法必須與第一種方法完全不同。然而，使用兩種完全獨立的方法既耗時又費資源，在實踐中通常很難實行。因此，使用兩種基于數據庫的方法，如MS和FT-IR，被廣泛認為可對已知物質提供鑒定證據。然而，由于需要特定化合物的參考標品，準確的定量仍然具有挑戰(zhàn)。
在識別和定量NPS（或未知物質）時，NMR起著關鍵作用，因為它不依賴特定化合物的參考標品。然而，NPS的不斷增加和NMR測試需求的快速增長，可能會在大型測試中心造成大量樣本積壓，影響出具分析結果的時效。
縮短篩查時間
NMR的快速檢測使得篩查時間從幾天縮短到幾分鐘。當緝獲毒品時，無論其數量多寡，在鑒定和分析毒品化學成分所需時間內完成扣押可疑物所必須的文書工作，可能會令人望而卻步。在傳統(tǒng)的NMR分析中，樣品可能需要送往測試中心進行檢測，與之相比，臺式NMR儀提供結論性鑒定結果的時間則大大縮短。例如，任何機場或警察當局現在都可以擁有一套臺式NMR儀器，使用全球數據庫快速提供常規(guī)篩查結果，且無需經過專業(yè)培訓的操作員就可以運行測試和解讀結果。
與傳統(tǒng)的大型NMR儀器不同，臺式機僅需一個電源插座就可以使用，無需進行補充液氦制冷劑等復雜維護。新的臺式NMR儀提供了無制冷劑磁體設計，使任何實驗室都可以獲得具成本效益的NMR獨特的鑒定結果。
數據庫維護
歐洲藥物和毒癮監(jiān)測中心（EMCDDA）、歐洲法醫(yī)科學研究所網絡（ENFSI）和海關實驗室歐洲網絡（CLEN）等組織正在推動采用全球物質數據庫。該數據庫的維護在打擊非法販運毒品方面發(fā)揮著至關重要的作用。
一旦某種新物質在全球任何地方被NMR鑒別出來，其波譜數據就可以上傳到全球數據庫中，而全球任何實驗室都可以使用類似的臺式NMR儀，只需按一下按鈕就可以通過核磁指紋圖譜識別并定量該物質。單獨使用質譜是不可行的，因為這種方法需要設計一種氘代化合物，并需要每個實驗室都能獲得參考標品；然而，以NPS每周新增兩個的速度，這是根本無法實現的。
中央式集成
當高規(guī)格譜儀與臺式系統(tǒng)集成時，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就能控制臺式系統(tǒng)，而沒有經驗的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，如果某個樣品的結果不確定而被打回重新檢測，中心實驗室的NMR專家可以登錄到系統(tǒng)，并幫助檢查是否有參數優(yōu)化和數據處理的問題。為方便該流程，這兩個系統(tǒng)需使用相同的軟件界面和同樣的實驗SOP。本地用戶和中心實驗室都使用同一系統(tǒng)，這樣的集成為超越當前毒品庫共享的全球合作開辟了令人振奮的潛力，有助于實現國家級工作流程的定義和方法的統(tǒng)一，而這對證據的生成至關重要，
分散式NMR分析，在每個毒品檢測中心安裝一套儀器，不僅有可能大幅提高通量，更快地交付結果，還可以解放中心實驗室的高規(guī)格儀器和操作員，使得他們可以將進行更多的專業(yè)測試。
臺式系統(tǒng)代表未來
對于像EMCDDA這樣的實體，其目標之一是“提高法醫(yī)學和毒理學實驗室鑒別新物質的能力，[……]這需要培訓支持、測試資源，以及從分析數據、參考標品到專業(yè)知識的一整套產出和共享機制，”臺式NMR儀可以很好地支持新物質測試、數據共享和參考庫創(chuàng)建，從而支持這一目標。
臺式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驗室中，提供快速、自動、易用且不受限制的毒品篩查方法，從而廣泛投入實際使用。
有關更多信息，請訪問：https://www.bruker.com/products/mr/nmr/benchtop-nmr.html。
關于作者
Joerg Koehler博士在雷根斯堡大學生物物理與物理生物化學研究所，學習物理學并獲得博士學位，他還曾在雷根斯堡大學擔任博士后研究科學家，專注于基于核磁共振的生物化學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任過銷售、銷售管理和企業(yè)管理的多個職位。加入布魯克后擔任工業(yè)部門業(yè)務主管。如今，他負責布魯克工業(yè)市場部門磁共振業(yè)務的全球活動，包括法醫(yī)學方向。
ENDS
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Bruker is enabling scientists to make breakthrough discoveries and develop new applications that improve the quality of human life. Bruker’s high-performance scientific instruments and high-value analytical and diagnostic solutions enable scientists to explore life and materials at molecular, cellular, and microscopic levels. In close cooperation with our customers, Bruker is enabling innovation, improved productivity, and customer success in life science molecular research, in applied and pharma applications, in microscopy and nano analysis, and in industrial applications, as well as in cell biology, preclinical imaging, clinical phenomics and proteomics research and clinical microbiology. For more information, please visit: www.bruker.com.
參考文獻
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
非法藥物檢測是一場持續(xù)的斗爭。每年大約有100種新型精神活性物質（NPS）出現在邊境檢查站，因而快速檢測和識別這些毒品對于防止其廣泛傳播至關重要。
近年來，僅在美國，因毒品致死的人數已攀升至每年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)導致的死亡和住院人數不斷增加，而用藥過量現在已成為美國意外死亡的主要原因。
這對有關當局構成了重大挑戰(zhàn)。主要問題是，測試依賴于將待測物質與已知物質的數據庫進行匹配。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構來規(guī)避檢測。這種‘偽裝’試圖消除通過法醫(yī)檢測發(fā)現與已知毒品匹配的可能性。
警方和刑事調查人員需要一種新的、準確的，更重要的是快速的方法，來追蹤未知和已知的信息。
識別未知物質
分析可疑物質的一個關鍵目標是提供法律上可接受的證據，以證明藥物的化學成分。各種樣品被送往檢測實驗室進行鑒定和定量，但由于種種原因，很難提供明確的證據。
MS篩選
目前的藥物檢測主要依靠質譜（MS）篩選。這種久經考驗且值得信賴的方法能產生可靠的結果，但需要將未知物質與對照物質的譜峰進行比較，并通過兩者的峰是否接近來判斷，這使得其檢測受到限制。因為這依賴于需要獲得特定化合物的標準品，這使得任何改性的分子都可能呈現不同的碎片模式，從而被漏檢。
NMR方法
NMR波譜是臨床研究機構以及警察、海關和邊境控制實驗室法醫(yī)學中一種成熟的測試方法。NMR可以鑒別未知物質并對其進行定量，而無需特定化合物的參考標品。其在法醫(yī)學中的使用得到了歐盟委員會報告的支持，該報告指出，“對被海關發(fā)現并懷疑為NPS的許多未知物質進行化學鑒定，需要使用更復雜的分析技術，例如NMR[…]。”
NMR在法醫(yī)學應用中的顯著優(yōu)勢，是無需參考標品即可檢測、識別和定量未知物質的能力。分析表明，新的模擬分子在譜圖中顯示出與已知物質的細微差異。可以對這種新物質進一步研究，并將其數據添加到庫中，以便在將來可立即匹配和識別。
高規(guī)格NMR系統(tǒng)通常只有大型測試中心才能配備，并且必須依靠訓練有素的工作人員進行操作。這一特點，加上其高昂的初始投資成本和總體維護成本，限制了NMR的應用。
法律可采性的雙重測試
在全球大多數國家，毒品測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。為了驗證研究結果，第二種方法必須與第一種方法完全不同。然而，使用兩種完全獨立的方法既耗時又費資源，在實踐中通常很難實行。因此，使用兩種基于數據庫的方法，如MS和FT-IR，被廣泛認為可對已知物質提供鑒定證據。然而，由于需要特定化合物的參考標品，準確的定量仍然具有挑戰(zhàn)。
在識別和定量NPS（或未知物質）時，NMR起著關鍵作用，因為它不依賴特定化合物的參考標品。然而，NPS的不斷增加和NMR測試需求的快速增長，可能會在大型測試中心造成大量樣本積壓，影響出具分析結果的時效。
縮短篩查時間
NMR的快速檢測使得篩查時間從幾天縮短到幾分鐘。當緝獲毒品時，無論其數量多寡，在鑒定和分析毒品化學成分所需時間內完成扣押可疑物所必須的文書工作，可能會令人望而卻步。在傳統(tǒng)的NMR分析中，樣品可能需要送往測試中心進行檢測，與之相比，臺式NMR儀提供結論性鑒定結果的時間則大大縮短。例如，任何機場或警察當局現在都可以擁有一套臺式NMR儀器，使用全球數據庫快速提供常規(guī)篩查結果，且無需經過專業(yè)培訓的操作員就可以運行測試和解讀結果。
與傳統(tǒng)的大型NMR儀器不同，臺式機僅需一個電源插座就可以使用，無需進行補充液氦制冷劑等復雜維護。新的臺式NMR儀提供了無制冷劑磁體設計，使任何實驗室都可以獲得具成本效益的NMR獨特的鑒定結果。
數據庫維護
歐洲藥物和毒癮監(jiān)測中心（EMCDDA）、歐洲法醫(yī)科學研究所網絡（ENFSI）和海關實驗室歐洲網絡（CLEN）等組織正在推動采用全球物質數據庫。該數據庫的維護在打擊非法販運毒品方面發(fā)揮著至關重要的作用。
一旦某種新物質在全球任何地方被NMR鑒別出來，其波譜數據就可以上傳到全球數據庫中，而全球任何實驗室都可以使用類似的臺式NMR儀，只需按一下按鈕就可以通過核磁指紋圖譜識別并定量該物質。單獨使用質譜是不可行的，因為這種方法需要設計一種氘代化合物，并需要每個實驗室都能獲得參考標品；然而，以NPS每周新增兩個的速度，這是根本無法實現的。
中央式集成
當高規(guī)格譜儀與臺式系統(tǒng)集成時，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就能控制臺式系統(tǒng)，而沒有經驗的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，如果某個樣品的結果不確定而被打回重新檢測，中心實驗室的NMR專家可以登錄到系統(tǒng)，并幫助檢查是否有參數優(yōu)化和數據處理的問題。為方便該流程，這兩個系統(tǒng)需使用相同的軟件界面和同樣的實驗SOP。本地用戶和中心實驗室都使用同一系統(tǒng)，這樣的集成為超越當前毒品庫共享的全球合作開辟了令人振奮的潛力，有助于實現國家級工作流程的定義和方法的統(tǒng)一，而這對證據的生成至關重要，
分散式NMR分析，在每個毒品檢測中心安裝一套儀器，不僅有可能大幅提高通量，更快地交付結果，還可以解放中心實驗室的高規(guī)格儀器和操作員，使得他們可以將進行更多的專業(yè)測試。
臺式系統(tǒng)代表未來
對于像EMCDDA這樣的實體，其目標之一是“提高法醫(yī)學和毒理學實驗室鑒別新物質的能力，[……]這需要培訓支持、測試資源，以及從分析數據、參考標品到專業(yè)知識的一整套產出和共享機制，”臺式NMR儀可以很好地支持新物質測試、數據共享和參考庫創(chuàng)建，從而支持這一目標。
臺式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驗室中，提供快速、自動、易用且不受限制的毒品篩查方法，從而廣泛投入實際使用。
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關于作者
Joerg Koehler博士在雷根斯堡大學生物物理與物理生物化學研究所，學習物理學并獲得博士學位，他還曾在雷根斯堡大學擔任博士后研究科學家，專注于基于核磁共振的生物化學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任過銷售、銷售管理和企業(yè)管理的多個職位。加入布魯克后擔任工業(yè)部門業(yè)務主管。如今，他負責布魯克工業(yè)市場部門磁共振業(yè)務的全球活動，包括法醫(yī)學方向。
ENDS
About Bruker Corporation (NASDAQ: BRKR)
Bruker is enabling scientists to make breakthrough discoveries and develop new applications that improve the quality of human life. Bruker’s high-performance scientific instruments and high-value analytical and diagnostic solutions enable scientists to explore life and materials at molecular, cellular, and microscopic levels. In close cooperation with our customers, Bruker is enabling innovation, improved productivity, and customer success in life science molecular research, in applied and pharma applications, in microscopy and nano analysis, and in industrial applications, as well as in cell biology, preclinical imaging, clinical phenomics and proteomics research and clinical microbiology. For more information, please visit: www.bruker.com.
參考文獻
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
