应用通讯 | 机器学习融合直接电离质谱实现金银花与山银花快速精准区分

近日，天津中医药大学与宁波华仪宁创智能科技有限公司联合团队以“

Integrated miniaturized direct ionization mass spectrometry and machine learning for discrimination and artificial mixing detection of Lonicerae japonicae Flos and Lonicerae Flos”为题在国际学术期刊《Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis》上发表了一项研究成果。研究团队基于华仪宁创自主研发的小型化直接电离质谱仪CRAIV-110，结合机器学习算法，成功实现了对中药材金银花（Lonicerae japonicae Flos）与山银花（Lonicerae Flos）的快速、精准鉴别，并首次发现了獐牙菜苦苷（swertimarin）可作为区分两者的关键特征成分。研究团队随后采用《中国药典》记载的薄层色谱法（TLC）对上述发现进行了验证。结果显示，金银花样品在特定位置呈现一个独特的蓝色斑点，而山银花样品中该斑点完全缺失。经TLC-MS分析确认，该斑点对应的化合物为獐牙菜苦苷。机器学习“挖掘”出的特征成分与传统药典方法验证的结果高度吻合，充分证明了该技术路线的可靠性。这一研究为中药材市场快速筛查和质量控制提供了全新的技术方案。

金银花是我国传统的药食同源植物，具有清热解毒、抗炎抗病毒等功效，广泛应用于中药、保健品和食品领域。然而，由于金银花产量低、价格高，而外形相似的山银花产量高、价格低，市场上常出现以山银花冒充金银花的现象。两者虽然在功效上相近，但化学成分存在显著差异。山银花中含有多种皂苷成分，而金银花基本不含。皂苷虽有一定药理活性，但可与细胞膜上的胆固醇结合导致细胞裂解，增加肠道通透性，甚至损伤血管内皮。因此，混用和掺伪不仅扰乱市场秩序，更可能带来临床用药安全隐患。传统的中药材鉴别方法如高效液相色谱（HPLC）和超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）虽准确可靠，但设备昂贵、体积庞大、操作专业，难以满足现场快速检测的需求。针对传统设备“大、重、慢”的现场检测瓶颈，研究团队选用华仪宁创CRAIV-110小型化直接电离质谱仪。该仪器结合纳米薄膜电喷雾离子源，实现了小型化与操作便利性的统一，将质谱检测时间压缩至20秒/样。在技术层面，它依靠敞开式大气压离子化技术及线性离子阱分析器，兼具高灵敏度与高稳定性，不仅满足实验室精准定量需求，更凭借其便携优势，已广泛覆盖公安禁毒、食品安全与药品快检等一线应用场景。

研究团队采集了102批次样品（包括金银花、山银花及不同比例的混合样品）的质谱数据，系统比较了12种光谱预处理方法和3种机器学习算法（K近邻、随机森林、支持向量机）的36种组合方案。结果表明，原始数据结合随机森林算法的组合表现最优，在训练集和测试集上均实现了100%的分类准确率。为进一步验证模型的泛化能力，团队从市场随机购买了9批未知样品作为独立外部验证集。模型预测结果显示，所有样品均被正确分类，五折交叉验证显示模型平均准确率达96.14%，重复交叉验证和排列检验进一步证实了模型的统计显著性和稳健性。

随机森林模型的特征重要性分析揭示了7个对分类决策贡献最大的特征离子。其中排名前两位的化合物被鉴定为獐牙菜苦苷（swertimarin）和3-O-阿魏酰奎宁酸（3-O-feruloylquinic acid）。进一步分析显示，獐牙菜苦苷在金银花中含量丰富，而在山银花中几乎检测不到。研究团队随后采用《中国药典》记载的薄层色谱法（TLC）对上述发现进行了验证。结果显示，机器学习“挖掘”出的特征成分与传统药典方法验证的结果高度吻合，充分证明了该技术路线的可靠性。

机器学习“挖掘”出的特征成分与传统药典方法验证的结果高度吻合

传统上，金银花与山银花的鉴别研究多聚焦于皂苷类成分，但皂苷分析条件苛刻、操作复杂。本研究通过机器学习驱动的全谱分析，发现了传统研究中较少关注的环烯醚萜苷类成分（如獐牙菜苦苷）同样具有重要的鉴别价值。这一发现不仅为两者的区分提供了新的化学标记物，也展示了“全谱分析+机器学习”在中药鉴别领域的独特优势。

小型化直接电离质谱仪不受环境和场地限制，灵活度高。与机器学习的深度融合，为中药材的现场快速、准确质量评价提供了有力的技术验证。随着便携式质谱技术的持续进步，其在中药材质量控制、农产品安全及食品检测等领域有望展现出广阔的应用前景。华仪宁创总经理闻路红教授表示：“我们希望通过持续的技术创新，让高端质谱仪器走出实验室、走向一线，真正服务于民生健康和市场监督的实际需求。“

华仪宁创直接电离质谱仪CRAIV-110凭借自主创新的直接电离离子源技术、优秀的离子光学设计和出色的抗污染能力在众多直接电离质谱产品中脱颖而出。可广泛应用于公共安全、食品安全、药物分析等领域的快速筛查和半定量分析。优秀的进样方式在实现更高灵敏度的情况下减少了单个样品的分析成本，是目前国产技术中独具特色的直接电离质谱仪系统。

宁波华仪宁创智能科技有限公司是国产质谱仪突围代表企业。公司通过自主创新已研发了直接电离质谱仪、单细胞代谢物分析质谱仪、结构分析质谱仪、三重四极杆液相色谱质谱联用仪等系列化质谱仪产品，在直接电离质谱技术、皮升电喷雾质谱技术等领域掌握原创质谱技术并居于行业领先地位。

公司以“科技保障生命健康、安全、繁衍”为使命，面向公安禁毒、法医毒物、食品安全、药物分析、代谢组学、蛋白组学、医学检验、新污染物分析等应用场景，通过产学研用合作，深耕行业，实现应用突破，为用户提供“能用、耐用、好用”的先进检测工具和解决方案，逐步获得口碑和用户认可。

公司投资建设了一流的质谱研发平台和人才创新平台，拥有“国家级博士后科研工作站”、“浙江省重点院士工作站”、“浙江省先进质谱技术与分子检测重点实验室”等，已打造了一支国内一流、掌握质谱核心关键技术、具有国际竞争力的质谱仪创新队伍。

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