多聚乙烯类（抗生素等）检测 - 中析研究所生物检测中心

多聚乙烯类抗生素检测：关键技术与应用解析

一、多聚乙烯类抗生素概述

多聚乙烯类抗生素（Polyene Antibiotics）是一类具有独特大环内酯结构特征的重要抗微生物药物，其分子结构中含有大量共轭双键构成的疏水区域和亲水性羟基区域。这类抗生素主要通过结合真菌细胞膜上的固醇（特别是麦角固醇），导致细胞膜通透性改变和内容物泄漏而发挥强大的抗真菌作用。

代表性药物包括：

多粘菌素类（Polymyxins）：如多粘菌素B（Polymyxin B）、多粘菌素E（粘菌素，Colistin），主要作用于革兰氏阴性菌外膜。
两性霉素类（Polyene Macrolides）：如两性霉素B（Amphotericin B）、制霉菌素（Nystatin），主要用于抗真菌。
其它：如杀念珠菌素（Candicidin）、那他霉素（Natamycin）等。

二、检测的重要性与挑战

重要性：

临床治疗监测：如粘菌素用于多重耐药革兰氏阴性菌感染时，治疗窗窄，需血药浓度监测（TDM）以优化疗效、减少肾毒性和神经毒性。
耐药性监控：粘菌素作为“最后防线”药物，其耐药性（如mcr基因介导）的监测对公共卫生至关重要。
食品安全保障：粘菌素曾被广泛用作兽用促生长剂（多国已禁用或限制），检测其在动物源性食品（肉、蛋、奶）中的残留是保障食品安全的关键。
环境风险评估：畜禽养殖业使用的粘菌素可进入环境（土壤、水体），检测有助于评估其生态风险和对耐药基因传播的潜在贡献。
药品质量控制：原料药及制剂中主成分含量、有关物质（降解产物、杂质）的检测是确保药品安全有效的基石。

挑战：

分析物特性：
- 高分子量与强极性：难以挥发，传统气相色谱（GC）分析受限。
- 结构复杂性：存在同系物（如多粘菌素B1, B2, E1, E2）、异构体。
- 基质效应：生物样品（血、组织）、食品和环境样品基质复杂，干扰物质多。
- 痕量分析需求：残留和环境污染水平通常很低（µg/kg或ng/mL级）。
样品前处理：需要高效、选择性的提取（Extraction）和净化（Clean-up）步骤以去除干扰，富集目标物。

三、核心检测技术与方法

微生物学检测法
- 原理：基于抗生素抑制特定敏感菌生长的能力（如杯碟法、琼脂扩散法）。
- 优点：成本较低，操作相对简单，能反映生物活性（总效价）。
- 缺点：
  - 特异性差：无法区分具体种类和同系物（如粘菌素A/B）。
  - 灵敏度有限：尤其对复杂基质中低浓度样品。
  - 通量低、耗时长（通常需16-24小时培养）。
  - 易受样品中其他抑菌物质干扰。
- 应用：早期筛查、效价测定（原料药），在残留监控和环境检测中逐渐被理化方法取代。
免疫学分析法
- 原理：利用抗原（抗生素）-抗体特异性结合反应进行定性或半定量检测。
- 酶联免疫吸附法（ELISA）
  - 优点：高通量、操作简便、成本适中、有商品化试剂盒、适合现场初筛。
  - 缺点：可能出现假阳性/假阴性（交叉反应、基质效应），难以区分结构类似物，定量精度通常低于色谱法。
- 侧向流动免疫层析试纸条（LFIA） ：快速（几分钟出结果），便携性强，极适合现场筛查（如农场、屠宰场），但也是定性或半定量。
- 应用：食品、环境样品中粘菌素等残留的快速、大规模初筛。
色谱及其联用技术
- 高效液相色谱法（HPLC）
  - 原理：利用溶质在固定相和流动相间分配系数的差异进行分离。
  - 检测器：
    - 紫外/二极管阵列检测器（UV/DAD）：应用最广泛（粘菌素通常在~215nm检测），成本较低，但灵敏度和选择性相对有限，对复杂基质净化要求高。
    - 荧光检测器（FLD）：若待测物本身有荧光或可衍生化（如邻苯二甲醛衍生粘菌素），可显著提高选择性和灵敏度。
  - 优点：分离效果好，可区分部分同系物，定量准确度较好。
  - 缺点：灵敏度（尤其UV）可能不足以满足痕量检测要求；抗基质干扰能力依赖于前处理。
- 液相色谱-质谱联用法（LC-MS/MS）
  - 原理：HPLC高效分离后，质谱（尤其是串联三重四极杆质谱MS/MS）提供高特异性和高灵敏度的检测与确证。
  - 优势：
    - 高灵敏度与低检测限（LOD/LOQ）：可达ng/mL或ng/g级。
    - 高特异性与确证能力：通过母离子和多特征性子离子（MRM模式）进行定性定量，有效排除基质干扰，明确区分同系物。
    - 高通量潜力：结合自动化前处理。
  - 关键点：
    - 电离模式：多聚乙烯类抗生素（尤其多粘菌素）通常采用电喷雾离子化正离子模式（ESI+）。
    - 色谱柱与流动相：常用反相C18色谱柱；流动相为含挥发性添加剂（甲酸、乙酸铵/甲酸铵）的水-有机溶剂（甲醇、乙腈）体系。优化色谱条件对分离同系物至关重要。
    - 样品前处理仍是核心：需要高效的提取（酸化乙腈、含酸水溶液、混合有机溶剂）和净化（SPE如MCX、HLB；QuEChERS）。
  - 应用：目前多聚乙烯类抗生素（尤其是粘菌素）检测的金标准，适用于TDM、食品/环境残留、药品质量控制等几乎所有高要求场景。
- 超高效液相色谱（UHPLC）-MS/MS ：使用亚2μm小粒径色谱柱，显著提高分离效率和分析速度，是LC-MS/MS的升级方向。

四、典型应用场景与方法选择

五、关键考量与未来发展

样品前处理创新：开发更高效、快速、环保、自动化的前处理技术（如磁性固相萃取MSPE、在线SPE、改进QuEChERS），是提高整个分析流程效率和稳健性的关键。
高分辨质谱应用：如LC-QTOF-MS（飞行时间）、LC-Orbitrap-MS，提供精确质量数和碎片信息，在未知降解产物鉴定、非目标筛查、代谢组学研究方面潜力巨大。
法规与标准：各国对粘菌素等药物在食品中的最大残留限量（MRL）和残留监控计划有明确规定（如欧盟、中国、美国FDA），检测方法需满足相应法规要求（灵敏度、准确度、精密度）并通过验证（如SANTE指南）。
质量控制（QC）：严格的质量控制措施必不可少，包括使用空白样品、加标样品、标准曲线、质控样品（QC Samples）、同位素内标（特别是LC-MS/MS应用）等以确保结果的准确性和可靠性。参与实验室能力验证（PT）也是评估检测水平的重要手段。
多重检测与便携化：开发能同时检测多聚乙烯类抗生素及其他类别药物（如β-内酰胺类、磺胺类等）的多重残留分析方法（LC-MS/MS为主）。同时，现场快速、便携式检测设备（如小型化质谱、改进型LFIA）的需求在增长。

六、结语

多聚乙烯类抗生素，特别是作为“最后防线”药物的粘菌素，其精准检测在临床合理用药、耐药性防控、食品安全保障和环境保护等多个领域具有不可替代的重要价值。虽然面临分析物特性复杂和基质干扰等挑战，但以液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS） 为核心的分析技术已成为解决这些难题的强有力工具，并持续推动着方法的灵敏度、特异性、通量和便捷性的提升。随着前处理技术、高分辨质谱和自动化水平的不断进步，多聚乙烯类抗生素的检测将更加高效、精准和可靠，为人类健康和生态安全提供坚实的科学支撑。

(参考文献示例 - 实际撰写需具体引用)

《中华人民共和国药典》XXXX年版，化学药品相关通则及品种项下要求。
European Pharmacopoeia XX.X Edition, Monographs for Colistimethate Sodium, Polymyxin B Sulfate, etc.
SANTE/XXXX/XXXX Guidance document on analytical quality control and method validation procedures for pesticide residues analysis in food and feed.
王XX, 李XX. HPLC-荧光检测法测定人血浆中多粘菌素E的浓度及其临床应用. 中国药师, 20XX, XX(X): XX-XX.
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Gajda A, et al. Sample preparation and determination of pesticides in fatty matrices. Trends in Analytical Chemistry, 20XX, XX: XX-XX. (样品前处理综述)
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