快檢技術在毒品分析中的應用

單雅冰，李 珉，霍雨萌，馬 俊，劉虎威

（1.北京市禁毒科技中心，北京 100164；2.北京市藥品檢驗研究院，北京 102206；3.武昌理工學院 生命科學學院，湖北 武漢 430223；4.北京大學 化學與分子工程學院，北京 100871）

據《2021年世界毒品報告》，2020年全球約有2.75億人使用毒品，在過去十年中，吸毒人數增加了22%，因吸毒引起的犯罪行為不斷增多，全球性的毒品泛濫嚴重危害著人民健康和社會穩定。毒品種類繁多，按照流行時間，可分為第一代傳統毒品、第二代合成毒品以及第三代新精神活性物質。傳統毒品多從植物中提取和加工，主要分為阿片類（嗎啡、可待因、海洛因等）、可卡因類及大麻類等。隨著對傳統毒品打擊力度的加大、毒品價格的髙昂以及化工技術的發展，合成毒品的種類和數量不斷增加，如氯胺酮、甲基苯丙胺等。在傳統毒品和合成毒品仍舊泛濫不止的情況下，新精神活性物質的問題日益突出。不法分子通過簡單修飾已列管物質的化學結構，可獲得與毒品類似甚至效果更強的毒品衍生物，如合成大麻素類、卡西酮類及苯乙胺類等。在毒品化學物質種類多樣化的同時，毒品制劑的形式也越來越多樣化，新形態毒品不斷出現，如“毒郵票”、“毒糖果”、“毒奶茶”等層出不窮。此外，毒品濫用場所更加隱蔽，利用網絡平臺在線吸毒增多，查處難度大。因此，毒品稽查和吸毒監控的形勢日益嚴峻。

毒品種類不斷增加，譜庫、檢測方法更新相對滯后，制劑形式多樣化以及檢材基質復雜化給毒品檢測帶來了很大困難。當前，在毒品檢測領域，氣相色譜－質譜聯用及液相色譜-質譜聯用技術相對成熟，是毒品檢測的金標準，能定性定量檢測毒品，但其檢測時間長、儀器昂貴且對環境要求高、操作復雜，在現場、快速檢測毒品方面并不適用。快檢技術能夠快速鑒別毒品，為現場辦案人員及時提供決策依據，逐漸成為禁毒領域的迫切需要。目前，毒品的快檢方法仍存在一些不足，如新型毒品檢測假陽性率高、基質干擾大、檢出限偏高、缺乏準確定量分析手段等。因此進一步研究毒品快檢方法對于打擊毒品犯罪、管控吸毒人員、遏止毒品蔓延等方面具有重要意義。本文結合近年來的研究進展，綜述了幾種常見的快檢技術在毒品分析中的應用，并對其在毒品分析檢測領域的前景進行了展望。

1 免疫法

免疫法包括放射性免疫分析、免疫膠體金試紙、酶聯免疫吸附和熒光免疫分析等技術，是一種常用的毒品快檢方法，可以快速有效地獲取血液或尿液等生物檢材中的毒品信息。免疫分析技術無需復雜的前處理，成本低、操作簡單，目前廣泛應用于毒品現場快檢和大樣本群體性檢驗。

1.1 放射性免疫分析

放射性免疫分析的標記物是放射性同位素，將同位素測量與免疫反應結合，可用于毒品快速檢測。該方法雖具有免疫反應的高特異性、高靈敏度，但檢測過程中要使用放射性同位素，對檢測者有放射性危害，近年來已鮮有報道。

1.2 免疫膠體金試紙法

免疫膠體金試紙法具有檢測速度快、操作簡單、特異性強、樣品用量少等優點，是目前最流行的快檢技術之一。在膠體金試紙法的實際應用中，影響靈敏度的因素較多，試劑盒同一性較難保證，存在一定假陽性，因此，近年來的研究方向主要集中于提升靈敏度和檢測準確度。2020年，Lei等［1］使用金免疫層析條帶傳感器快速測定了人尿和血清中的芬太尼（圖1），檢出限分別為1.6 ng/mL和6.3 ng/mL。2019年，Chen等［2］使用膠體金免疫法，快速簡便地測定了火鍋調味品中的嗎啡，其檢出限低至0.1 ng/mL。

圖1 膠體金免疫層析（CG－ICS）原理圖［1］Fig.1 The schematic diagram of CG－ICS［1］

1.3 酶聯免疫吸附技術

酶聯免疫吸附技術（Enzyme linked immunosorbent assay，ELISA）具有快速、簡便、易于標準化等優點，除應用于傳統毒品檢測，研究人員也將其應用于新型毒品的檢測。2019年，Guerrieri等［3］使用ELISA分析了血中9種常見的芬太尼類似物，其中芬太尼檢出限可達到0.5 ng/mL。除可應對不同類型毒品分析外，ELISA也可對不同制劑樣式的毒品發揮作用。2020年，Morita等［4］使用ELISA檢測致幻蘑菇中的兩種新精神活性物質，結果表明ELISA有望成為識別非法致幻劑蘑菇及其相關產品的工具。與傳統的酶聯免疫抗體相比，分子印跡聚合物作為“抗體”具有生產時間短、保質期長、穩定性好等優點。2017年，Garcia等［5］基于分子印跡聚合物納米顆粒合成“塑料抗體”，以ELISA形式開發了可卡因、苯甲酰愛康寧和去甲可卡因的分析方法，其中可卡因的檢出限為0.3 pg/mL，比商業化的ELISA（1 ng/mL）低3個數量級。

1.4 熒光免疫分析

熒光免疫分析具有特異性強、檢出限低、分析速度快等優點。傳統的有機熒光染料光穩定性差、熒光壽命短，而量子點（Quantum dots，QDs）可以有效解決這些問題，因此越來越多研究人員將其用作毒品分析的熒光標記。2017年，Zhang等［6］采用水溶性CdSe/ZnS量子點作為熒光標記物，建立了QDs標記嗎啡抗體的熒光免疫分析方法，用于火鍋湯底中嗎啡的定性定量檢測。結果表明，嗎啡的檢測范圍為3.2×10-4～1μg/mL，檢出限為0.27 ng/mL。相比于CdSe/ZnS量子點，碳量子點（Carbon dots，CDs）具有較低的毒性、更好的溶解性和更優異的光穩定性，可以更好地成為熒光標記物。2020年，Zhang等［7］開發了一種基于CDs的敏感、環境友好型熒光免疫分析法用于嗎啡的檢測，線性范圍為3.2×10-4～10μg/mL，檢出限為0.3 ng/mL，靈敏度與CdSe/ZnS量子點相當，同時毒性更低。除不斷開發使用新型的熒光標記物質外，基于智能設備的熒光免疫法檢測裝置也為現場毒品快檢提供了新思路。2020年，Liang等［8］開發了基于智能手機的毒品檢測設備，該裝置的核心部件是時間分辨熒光免疫分析法甲基苯丙胺試紙條，可通過智能手機捕捉熒光圖像并進行定量分析。該裝置的檢出限為0.5 ng/mL，檢測范圍為0.5～150 ng/mL。一次測試的時間不超過10 min，整個裝置集成化，結構緊湊。Guo等［9］開發了一種基于云智能手機的熒光傳感器（圖2），通過嵌入平滑算法和噪聲濾波算法的微控制器可以使傳感器識別熒光，分析時間縮短至5 min以內。此裝置可用于頭發中氯胺酮的定性定量分析，定量檢測范圍為1～150 ng/mL。該裝置的測試結果可通過Type－C的連接線傳輸到智能手機繼而上傳到網絡進行云存儲，同時結合在智能手機上的緝毒態勢感知APP進行毒情監測。多數熒光免疫法檢測毒品的檢出限為1 ng/mL左右，而2021年，Paul等［10］將單片親和柱、金屬氧化物半導體相機、微流控芯片相結合，開發了一種靈敏快速的激光誘導熒光免疫傳感器，對可卡因的檢出限可達7 pg/mL，總分析時間不超過3 min。免疫法與其他領域新技術相結合而開發的檢測裝置及方法，可以作為毒品檢測新手段，有效提高靈敏度和分析速度。

圖2 熒光傳感器的結構［9］Fig.2 Structure of the proposed fluorescence sensor［9］

2 質譜法

質譜法可以確定化合物的分子量，檢測靈敏度高、樣品需求量少，是毒品檢測的重要手段。2004年，Cooks課題組［11］提出常壓電離質譜（Ambient ionization mass spectrometry，AIMS）概念，自此質譜分析迎來原位實時、快速高效發展的新時期，引起學術界廣泛關注。與直接注入大氣壓電離源相比，AIMS分析物的解吸和電離在質譜儀外殼外進行，離子直接進入質譜儀［12］，具有相對快速、使用簡單且運行成本低等優點。此外，離子源不需要處于真空狀態將允許儀器最大限度地減少泵的功耗并更容易縮小尺寸，從而使AIMS適合制成便攜式，易于現場操作。在過去的十多年中，一系列帶有常壓電離源的便攜式或微型質譜儀已經開發出來［12－20］，并應用于傳統毒品、新型毒品、未知粉末等各種毒品的現場檢測，其便攜性與結果精確度均可滿足現場快速檢測的要求。

2.1 常壓電離質譜法

常壓電離質譜法的電離方式有很多種，如解吸電噴霧電離、實時直接分析電離、紙噴霧電離（Paper spray ionization，PSI）、大氣固體分析探針電離等。其中紙噴霧電離是一種直接從紙上提取和電離樣品的方法，成本低、分析時間短，使用紙噴霧作為收集設備可減少被其他介質污染的風險。Teunissen等［21］開發了一種基于PSI－MS的全血中8種安非他命的快速、靈敏的定量方法，檢出限為15～50 ng/mL。Kennedy等［22］使用PSI－HRMS分析了8種芬太尼及其類似物，在0.5～50 ng/mL范圍內線性良好，結合精確分子質量和MS/MS碎片可以直接鑒別和確認尿液中的芬太尼類似物與其他常見濫用藥物。紙噴霧電離與簡單前處理方式結合可以提高檢測靈敏度。Kang等［23］結合毛細管紙噴霧和彈狀流微萃取實現了各種飲料樣品中芬太尼化合物的直接取樣和快速分析，采用擦拭法采樣塑料袋表面的芬太尼化合物進行分析，其靈敏度達到1 ng/cm2，尿液中芬太尼的檢出限低至10 ng/mL。Brandon等［24］使用紙條提取技術預濃縮四氫大麻酚和合成大麻素，結合紙噴霧質譜實現了目標物ng/mL級的檢測。Yang等［25］采用塞流微萃取（Slug-flow microextraction，SFME）－紙噴霧質譜聯用技術，對血和尿中的苯丙胺等微量安非他命類非法藥物進行快速現場分析，檢出限為0.01～0.05 ng/mL（圖3）。纖維噴霧電離質譜也可用于快速分析毒品，對尿液中可卡因的檢出限達到ng/mL級［26］。毛細管聚丙烯纖維具有萃取和電離基板的作用，可以直接浸入樣品中，從而可保持樣品的完整性。目前開發的PSI－MS毒品檢測方法靈敏度高，均達到了ng/mL級，但不同的紙張噴涂基材以及紙基－溶劑組合對不同分析物的響應差異大［27－28］，通用型紙基仍待開發。針對此問題，大氣固體分析探針源提供了一種解決方案。

圖3 SFME－PSI－MS分析程序示意圖［25］Fig.3 Schematic diagram of the SFME－PSI－MS analysis procedure［25］

大氣固體分析探針（Atmospheric solids analysis probe，ASAP）源，是通過固體探針將樣品引入到電離源，在電離之前，用加熱的氣體流解吸的一種電離技術。與紙噴霧電離的單一紙基相比，ASAP結構簡單、成本低、電離的分析物范圍更廣［29］。Mccullough等［30］利用ASAP－MS結合NIST譜庫實現了緝獲毒品中氯胺酮、可卡因等的分析。同時ASAP技術簡單，易與商業化ESI－MS系統相結合。ASAPMS/MS方法也可用于尿液樣品中安非他命類興奮劑的快速檢測［31］，具有較高的靈敏度和特異性，無需清洗、預富集，檢出限介于2 pg/mL～0.4 ng/mL之間。Fabregat－Safont等［32］將醫療拭子與ASAP－MS結合，可對不同類型的樣品及其表面的新精神活性物質進行可疑篩選。其他電離技術，如解吸電噴霧電離技術［33］和實時直接分析技術［34－37］也有報道。

2.2 便攜質譜

便攜式質譜儀是將質譜方法轉化為即時現場應用的重要方式。Ma等［38］使用微型離子阱質譜系統，通過兩種常壓電離方法——紙噴霧和萃取噴霧電離，直接識別了散裝粉末或生物檢材中的合成大麻素。在實驗臺上對合成大麻素的檢出限約為2 ng，對血液和尿液樣品的檢出限為10 ng/mL。由于便攜質譜體積小，缺少傳統儀器的復雜配置，故其掃描模式存在局限性。而Liu等［39］研發出一款便攜式線性雙離子阱質譜，雙離子阱配置可進行空間串聯離子操作，配合實時壓力控制可實現串聯質譜分析的綜合掃描模式，具有全面定性和定量分析的潛力，也更利于復雜樣品的直接分析。在此研究基礎上，Kang等［40］利用此便攜式線性雙離子阱質譜儀對尿液、唾液和血液等不同樣本基質中的常見毒品和新精神活性物質進行分析和驗證，其中甲基苯丙胺的定量范圍為100～5 000 ng/mL。Kang等［23］進一步開發了現場快速檢測多種芬太尼化合物的方法，使用該方法對可樂、啤酒和牛奶樣品以及粉塵表面的15種芬太尼化合物進行快速分析，檢出限均低于10 ng/mL（圖4）。

圖4 PCS盒直接采樣、雙光微型質譜儀進行質譜分析［23］Fig.4 Direct sampling by PCS cartridge and MS/MS analysis by a dual－LIT miniature mass spectrometer［23］

3 光譜法

光譜法具有靈敏、迅速等優點，經過多年發展，光譜法中的紅外光譜和拉曼光譜已廣泛應用于毒品快檢領域。

3.1 紅外光譜

紅外光譜具有分析速度快、操作簡單等優點，已被廣泛用于毒品的篩查分析。紅外光譜可分為近紅外、中紅外和遠紅外3個光區，其中，近紅外區和中紅外區在毒品分析中的研究和應用較多。近紅外光譜可用于常見毒品的快速定性定量分析，Liu等［41］首次系統地報道了近紅外光譜用于緝獲樣品中甲基苯丙胺、氯胺酮、海洛因和可卡因的定性和定量分析方法。結果表明，與化學計量學方法相結合，近紅外光譜法可以對藥物樣品進行準確的定性定量分析。中紅外光譜可用于毒品、易制毒化學品和新精神活性物質的快速定性分析，Piorunska－Sedlak等［42］建立了在中紅外區識別新精神活性物質的方法，并構建了光譜庫，通過該方法可快速篩選分析新精神活性物質，方法時間短、樣品用量少、簡單可重復。

在我國，公安部禁毒情報技術中心國家毒品實驗室已針對紅外光譜用于毒品快檢做了很多工作，采集了大量毒品樣品和相關化合物的紅外光譜數據，并制定了其定性檢測的依據和規范［43］。隨著紅外光譜技術的發展，以及各類毒品紅外光譜數據庫的不斷完善，紅外光譜法在毒品快檢領域將有更大的應用空間。

3.2 拉曼光譜

拉曼光譜在毒品檢測領域的應用早有報道［44］。然而，新型毒品不斷出現，且組成和結構各不相同，而實際繳獲的毒品成分復雜，使得傳統拉曼光譜的應用受到很大局限。1974年，Fleischmann等［45］發現在粗糙金屬表面，拉曼光譜信號被極大增強，其靈敏度可提高3～6個數量級，由此開啟了表面增強拉曼光譜（Surfaced-enhanced Raman spectroscopy，SERS）的研究。SERS具有出色的信號增強效應，可以克服拉曼光譜信噪比低、特征峰被掩蓋、熒光背景強等缺陷，且具有指紋識別特征，可提供物質組成和分子結構信息，在痕量毒品檢測方面已有廣泛研究和應用。目前，SERS可檢測的樣品涵蓋了現場繳獲的毒品，以及唾液［46－48］、尿液［49－54］、血液［50］和污水［55］中的毒品。檢測的毒品種類也由嗎啡、可卡因、甲基苯丙胺、罌粟堿等傳統毒品拓展到合成大麻素、芬太尼等新型毒品［49－50，56－59］。

3.2.1 SERS增強基底對檢測的影響SERS增強效應的關鍵在于基底，其發展趨勢是將納米粒子組裝在硅片、石英玻片、濾紙和聚酯纖維等載體上，制備固體SERS基板用于存儲和承載［60－62］。相較于傳統的單一金屬納米粒子基底，雙金屬納米粒子因獨特的光學性質、化學穩定性和催化活性而備受關注。Qin等［56］通過種子介導的生長方法成功實現了Ag@Au納米顆粒的可控制備，并以其為基底進行SERS檢測，實現了芬太尼的無標記檢測，檢出限達34 pg/mL。紙基基底制作成本低且便于攜帶，原位擦拭分析可防止交叉污染，在毒品現場快檢領域大有前途，受到廣泛關注。Han等［50］采用液/液自組裝技術制備了紙基SERS傳感器，并引入氯離子對基板表面進行清潔和修飾，提高了固體基板的檢測靈敏度。各紙基基板的均勻性和在不同批次基板上的重復性良好，可對人尿和大鼠血清中的芬太尼進行定量分析。Tay等［58］使用噴墨打印制備了紙基SERS傳感器，并引入碘離子去除吸附于基底的污染物，使得SERS信號倍增，芬太尼和可卡因的檢出限降低2～3個數量級。Mao等［55］制備了一種Au@Ag核殼納米粒子組裝在定制的玻璃納米纖維靜電紡紙基上的SERS傳感器，并將其用于污水中甲基苯丙胺的檢測，檢出限低至3.1 pg/mL，可應用于現場污水的快速、高靈敏分析（圖5）。隨著SERS紙基基底的發展，其靈敏度不斷提高，在現場法醫快檢中具有很大潛力。

圖5 Au@Ag在玻璃納米纖維上的自組裝示意圖［55］Fig.5 Schematic illustration of the self-assembly of Au@Ag on a glass nanofibrous paper［55］

3.2.2 SERS與其他方法結合單一的SERS技術在檢測復雜毒品時效果欠佳，研究人員嘗試將其與萃取［47，54］、色譜［63］、微流控［63］和質譜［64］等方法相結合，以提高分析靈敏度和準確度。Sivashanmugan等［63］使用薄層色譜與SERS相結合的方法，以硅藻土為固定相，采用多孔微流體通道裝置實現了尿液中尿素與四氫大麻酚的有效分離和便攜式拉曼光譜儀分析，檢出限為10μg/mL。Yu等［54］以膠體金納米棒作為活性SERS芯片，利用便攜式拉曼光譜儀對人尿中的嗎啡進行液液微萃取和SERS鑒別，其檢出限可達1μg/mL以下，整個檢測過程僅需5～6 min，可滿足實際需求。該方法已成功應用于海洛因依賴者尿樣的測定，并通過嗎啡診斷試劑盒和液相色譜－質譜對結果進行了驗證。Fedick等［64］使用商用便攜式SERS和AIMS，對毒品進行了大量分析。將金納米顆粒修飾的紙基底同時作為SERS的檢測基底和AIMS的常壓電離源，可以實現SERS與MS的二次分析。對模擬實際場景的6種環境表面進行SERSPSI－MS分析，均可檢出芬太尼，檢出限可達25 ng/mL，實現了單襯底雙分析儀技術快速檢測的雙用途，有助于其性能的相互比較，提高分析準確性。

4 化學計量學

化學計量學作為一種數據處理方法，可以優化相關實驗的測量過程，快速有效提取實驗數據［65］。研究人員將其與電化學［66－68］、光譜［69－74］、質譜［75－77］等分析技術相結合，在毒品的整類判別和精細分類方面開展工作。Shishkanova等［68］利用電位傳感器陣列結合主成分分析進行數據處理，可以區分和檢測卡西酮衍生物。Stevanovi?等［69］將紅外光譜技術與主成分分析、聚類分析、偏最小二乘法等化學計量學方法相結合，對含有不同添加劑的非法海洛因樣品進行分類，可以識別海洛因的不同合成路線，有助于確定毒品的來源地。化學計量學也可用于區分同分異構體，Kranenburg等［75］提出了一種利用低能電子電離的氣相色譜－質譜聯用方法，結合主成分分析和線性判別分析進行多元統計，鑒別了甲基卡西酮的異構體。

5 總結及展望

毒品問題形勢嚴峻，新型毒品層出不窮，對毒品的檢測工作提出了挑戰。科研工作者已經開發了多種快速檢測方法，這些方法雖各有優勢，但也存在局限，可總結為：（1）免疫法成本低、操作簡單但存在交叉反應，有一定的假陽性率。新型毒品不斷涌現，開發與其相匹配的免疫方法所需周期長；（2）質譜法分析速度快，靈敏度高但取樣用量不固定，易受氣流、溫度等環境因素影響，基質復雜易導致分析結果穩定性差。同時小型真空系統的開發仍然具挑戰性，微型質譜儀受泵傳送能力影響，離子轉移效率降低，背景噪聲大，靈敏度低［78］；（3）光譜法，特別是表面增強拉曼光譜法具有快速、指紋識別、靈敏度高等優點，但增強基底納米粒子的合成均一性差，影響重現性；同時，光譜法依賴普適性基底和標準譜圖庫，在譜圖匹配失敗的情況下容易漏檢。

因此，毒品的快檢方法研究可從以下幾個方面入手：（1）結合其他技術開發免疫新“抗體”，如分子印跡聚合物、核酸適配體［79］等；（2）及時構建專用質譜數據庫以及紅外、拉曼光譜標準譜圖庫；（3）優化合成方法提高納米粒子均一性、穩定性，發展低成本、普適性基底；（4）結合多種快檢技術同時檢測可以降低假陽性率［37，80］；（5）將物聯網、云計算、智能手機與檢測方法相結合，將態勢感知引入毒品檢測和監測領域。

隨著對各類快檢技術研究的深入以及分析儀器的發展，檢測靈敏度、準確度和儀器的便攜度將不斷提高，并極大地推動現場毒品快速分析檢驗的進步，對全世界的禁毒事業做出更大貢獻。