民族藥分子教學(xué)模擬庫中二維碼數(shù)據(jù)化標(biāo)簽的建立

李 竣，張 宇，王德彬，楊光忠

(中南民族大學(xué) 藥學(xué)院，湖北 武漢 430074)

1 引言

隨著科技技術(shù)的突飛猛進(jìn)，分子生物學(xué)、組合化學(xué)、超微量分離分析技術(shù)和藥物分子設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的迅速發(fā)展，為尋找新藥提供了新的作用靶點(diǎn)、新的作用機(jī)制、新的技術(shù)方法，使藥物研究領(lǐng)域出現(xiàn)了嶄新的面貌。而針對藥物科學(xué)的飛速發(fā)展，如何在剛剛接觸民族藥學(xué)的學(xué)生和前沿科技之間建立良好的對接是當(dāng)前民族藥學(xué)教學(xué)急需解決的現(xiàn)實(shí)問題。傳統(tǒng)的天然藥物和民族藥物教學(xué)方法中文字的講解過多，而能夠直觀的反應(yīng)藥物分子的空間結(jié)構(gòu)、分類類型以及化合物結(jié)合生物大分子如靶點(diǎn)蛋白、受體等作用的教學(xué)方法未見有文獻(xiàn)報道。教學(xué)使用的藥物分子構(gòu)造教學(xué)模型也只是在日本MARUZEN等公司有少量的銷售。教學(xué)用民族藥和天然藥物化合物虛擬庫未見有高校等教學(xué)機(jī)構(gòu)建立，藥物分子模擬設(shè)計(jì)教學(xué)(CAI)課件也只是在少數(shù)985大學(xué)中使用。民族藥學(xué)中有機(jī)化合物的教學(xué)涉及結(jié)構(gòu)、立體構(gòu)型、分類和化合物解析的譜圖較多，如何歸納和統(tǒng)計(jì)眾多的數(shù)據(jù)信息，是我們在民族藥物分子教學(xué)模擬庫建設(shè)中需要重點(diǎn)解決的問題。

2 二維碼在生物學(xué)、藥學(xué)及實(shí)驗(yàn)室管理中的應(yīng)用

在血液檢測過程中，由于不同廠家全自動加樣儀加樣條碼文件格式不同，實(shí)驗(yàn)室管理軟件常需要進(jìn)行文件格式的轉(zhuǎn)換，當(dāng)加樣文件積累較多時，往往需較長時間才能完成轉(zhuǎn)換過程，給工作造成不利影響。王林等[1]采用將加樣條碼文件轉(zhuǎn)移備份的方法，不同型號的全自動加樣儀所形成的加樣條碼文件，按照指定路徑，存放在不同的文件夾內(nèi)；每月定時將上月的加樣條碼文件剪切并粘貼到備份文件夾內(nèi)。實(shí)驗(yàn)室管理軟件讀取加樣文件速度明顯加快，幾乎與新裝機(jī)時相同。通過加樣文件定期轉(zhuǎn)移備份，解決了實(shí)驗(yàn)室管理軟件讀取加樣文件速度較慢的問題。

石林春等[2]對京大戟及其易混品進(jìn)行DNA分子鑒定，對京大戟及其18種易混品共29份樣品的內(nèi)轉(zhuǎn)錄第二間隔區(qū)( ITS2) 條形碼序列進(jìn)行分析。對京大戟ITS2序列種內(nèi)序列變異, 京大戟與其易混品間的種間序列差異進(jìn)行分析比較, 并構(gòu)建京大戟及其易混品的IT樹。ITS2條形碼可以對京大戟及其易混品進(jìn)行DNA分子鑒定, 在中藥材鑒定中具有重要的應(yīng)用價值。

以實(shí)驗(yàn)室管理為對象，提出開發(fā)全新的符合高校實(shí)驗(yàn)室管理要求的信息系統(tǒng)。在研究高校實(shí)驗(yàn)室基本業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)中心管理系統(tǒng)的功能邏輯架構(gòu)。金小華等[3]初步實(shí)現(xiàn)了滿足實(shí)驗(yàn)中心要求的LIMS 系統(tǒng)，包括設(shè)備增加管理、設(shè)備調(diào)撥管理、設(shè)備報廢管理、人員管理、維護(hù)管理、設(shè)備資源的動態(tài)查詢和報表制作。

結(jié)合中藥飲片GSP 實(shí)施過程中存在的若干問題和中藥飲片的現(xiàn)狀，建立中藥飲片現(xiàn)代物流中心。因現(xiàn)有中藥飲片GSP 的實(shí)施過程中尚有許多不足之處，通過對這些不足和中藥飲片的現(xiàn)狀問題的分析，張曉炎等[4]提出了解決方案來促進(jìn)中藥飲片的商品化、規(guī)范化和現(xiàn)代化。以RFID 技術(shù)為核心，并與條形碼相結(jié)合的方式來構(gòu)建一個信息化的倉儲管理系統(tǒng)，使倉儲管理技術(shù)精細(xì)化和國際化，符合現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展。

3 民族藥分子庫中一維碼與二維碼數(shù)據(jù)化標(biāo)簽選擇

借助條形碼在實(shí)驗(yàn)樣品和數(shù)據(jù)庫之間有著很好的鏈接的優(yōu)勢，我們在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的過程中，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)一維碼條碼只能表達(dá)簡單的數(shù)字、英文字母和少數(shù)特殊符號，同時需要與處理器相連才能讀取數(shù)據(jù)庫里對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。而且一維條形碼只是在一個水平方向表達(dá)信息，儲存信息少，至多30個字符左右、條碼尺寸較大、破損后便無法讀取。二維碼是由多行組成的條形碼，它是一個多行、連續(xù)、可變長、包含大量數(shù)據(jù)的符號標(biāo)識。每個條形碼有3～90行，每一行有一個起始部分、數(shù)據(jù)部分和終止部分。它的字符集包括所有128個字符，最大數(shù)據(jù)含量是1850個字。二維碼可存儲大量數(shù)據(jù)，在識別二維碼時也不需要連接到數(shù)據(jù)庫，且當(dāng)條形碼受一定破壞時，通過錯誤糾正解碼二維碼。二維碼的軟件業(yè)在網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)用戶中得到廣泛的使用，使用率高、使用成本低廉?；诙S在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中的縱多優(yōu)勢，我們在民族藥物分子教學(xué)模擬庫的建設(shè)中引入了二維碼的數(shù)據(jù)化標(biāo)簽管理[5]。

4 Bare code二維碼建庫手段及制作流程

二維碼建立數(shù)據(jù)庫的主體結(jié)構(gòu)包括中文名、英文名、異名、化學(xué)物質(zhì)名、CAS登錄號、結(jié)構(gòu)圖形、分子式、分子量、化學(xué)分類、植物來源、物化性狀、生物活性、專利狀況及參考文獻(xiàn)等。現(xiàn)已五碳醛糖中L-阿拉伯糖為例，簡要說明二維碼的制作程序。

(1)天然產(chǎn)物文獻(xiàn)查找：化合物信息借助已有數(shù)據(jù)庫如：JOURANL OF NATURANL PRODICT 、ACS Publications 、網(wǎng)站http://pubs.acs.org/journal/jnprdf數(shù)據(jù)庫http://lib.sioc.ac.cn/main?main_colid=662，有機(jī)所化學(xué)專業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)http://202.127.145.134/scdb/default.asp、中國知網(wǎng)CNKI http://www.edu.cnki.net/，涉及專利查詢(國內(nèi))中國知識產(chǎn)權(quán)網(wǎng)http://www.cnipr.com/，部分信息參考維基百科http://www.wikipedia.org/等。

(2)所需軟件：Label MX通用條碼標(biāo)簽設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

(3)流程：打開并運(yùn)行軟件，進(jìn)入工作界面。

(4)新建標(biāo)簽具體尺寸可自行設(shè)定，右側(cè)模板中有可根據(jù)需要設(shè)定好的模板。

(5)點(diǎn)擊位于軟件的左邊工具欄中的二維碼。

(6)進(jìn)行二維碼屬性設(shè)置。條碼屬性中的類型一般選擇PDF 417，可根據(jù)容量大小選擇。如需采用QR code，更改數(shù)據(jù)類型即可。

(7)導(dǎo)入數(shù)據(jù)。即可出現(xiàn)相應(yīng)的條碼對應(yīng)生成的二維碼只需導(dǎo)入即可，可運(yùn)用其他文件，讀取條碼只需條碼讀取器 Codee Reader 進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，優(yōu)點(diǎn)就是大部分手機(jī)可安裝該軟件進(jìn)行讀取信息，方便快捷，條碼隨時調(diào)用。

(8)調(diào)入信息。五碳醛糖L-阿拉伯糖(圖1)。

英文名：L-Arabinose ；L(+)-Arabinosc; L(+)-pectinose; L(+)Pectinsugar; L(+)-Gum sugar。日文名：L—アラビノース。異名：L(+)-樹膠醛糖；L(+)-阿戊糖；果膠糖 CAS登錄號：5328-37-0 ；87-72-9；分子式： C5H10O5；分子量： 150.13。物化性狀：白色結(jié)晶粉末。無氣味。相對密度1.625，熔點(diǎn)159-160 ℃，比旋度比旋光度[α]20D(C=5，H2O，24 h)+100～+104，沸點(diǎn)(℃)：160 ℃，易溶于水，為溶于醇，不溶于醚、甲醇和丙酮，12℃時1份溶于48份90%乙醇。

植物來源：為植物細(xì)胞壁的一種常見成分，以阿拉伯聚糖、木聚糖等形式廣泛的存在于植物王國；也是谷類半纖維素的主要成分之一，諸如有玉米、小麥、燕麥、大米果膠、蘋果等中均含有一定量的L-阿拉伯糖。

生物活性：對小腸二糖水解酶類中與蔗糖消化相關(guān)的酶類的強(qiáng)烈選擇性抑制，因此抑制了攝入的碳水化合物分解為葡萄糖和果糖的速度與效率，從而降低了小腸對葡萄糖和果糖的吸收，而對小腸粘膜中麥芽糖、異麥芽糖酶、海藻糖酶、乳糖酶等沒有影響，對胰腺中的淀粉酶也沒有抑制作用。通過14C標(biāo)記蔗糖證明L-阿拉伯糖對蔗糖的吸收的抑制作用，蔗糖中添加3%～5%的L-阿拉伯糖能夠?qū)φ崽窃谛∧c內(nèi)的吸收降低40%～60%。L-阿拉伯糖能夠顯著改善肥胖模型的小白鼠的糖耐受量，以及促使Ⅱ型糖料病兔子模型的血糖降低和提高了其糖耐受量，并且能夠抑制脂肪生成酶的活性與血清甘油三脂的水平。

醫(yī)藥應(yīng)用：治療腸胃病和糖尿病；醫(yī)藥中間體；醫(yī)藥賦形劑和填充劑。專利狀況：一種提取L-阿拉伯糖與制備木糖醇的方法(公告號:CN102241707A,主分類號：C07H3/02(2006.01)Ⅰ)，一種從阿拉伯膠中提取L-阿拉伯糖和D-半乳糖的方法(公告號：CN102146102A，主分類號：C07H3/02(2006.01)Ⅰ)。

參考文獻(xiàn)：朱道辰，L-阿拉伯糖的最新應(yīng)用進(jìn)展，CNKI:SUN:SPFX.0.2011-02-036。在上述數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上編輯條碼信息。如出現(xiàn)條碼太寬，無法編輯時需要調(diào)整條碼尺寸大小。

(9)最終導(dǎo)出數(shù)據(jù)信息，若導(dǎo)出條碼數(shù)據(jù)不成功可采用計(jì)算機(jī)自帶的截圖工具進(jìn)行截圖，需注意控制圖片質(zhì)量(圖2)。

5 結(jié)語

本文首次將二維碼標(biāo)簽技術(shù)應(yīng)用于分子庫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的程序方便、快捷的管理模式，建立一個科學(xué)信息化的分子模擬庫。在完成常見10大類民族藥物天然化合物分子模型的基礎(chǔ)上，使用二維碼數(shù)據(jù)化標(biāo)簽技術(shù)建立天然藥物化合物虛擬教學(xué)庫，基本滿足本科教學(xué)和研究生科研中常見物理、化學(xué)及波譜數(shù)據(jù)等查詢的要求。