中药材特征结构的X射线相衬显微CT研究

显微鉴定是中药材鉴定的四大方法之一，传统的显微鉴别方法主要是基于光学显微镜和电子显微镜，对样品制备要求比较苛刻，而且大都是破坏性的，很容易造成结构信息丢失或赝像。传统的X射线成像是基于吸收衬度的，无法对主要由碳氢氧氮等低Z元素组成的中药材显微结构成像。第三代同步辐射X射线由于具有良好的空间相干性和高通量密度，易于实现相位衬度成像，在低Z元素样品成像中具有特殊的优越性，是对中药材特征显微结构进行原位高分辨成像的理想工具。本项目拟将同步辐射X射线相衬显微CT引入到中药材的显微鉴定中，实现其特征显微结构的三维、原位和无损高分辨成像，实验样品主要选用人参等名贵中药材及目前显微鉴定尚有困难的药材。针对不同类型的中药材，优化、改进X射线相衬显微CT，使其成为中药材原位无损显微鉴定的一种全新的、有效的方法，为推进中药现代化作出贡献。发展的方法还可应用到植物品种显微鉴定中去。

显微鉴定是中药材鉴定的四大方法之一，传统的显微鉴别方法主要是基于光学显微镜和电子显微镜，对样品制备要求比较苛刻，而且大都是破坏性的，很容易造成结构信息丢失或赝像。基于第三代同步辐射X射线光源良好的空间相干性和高通量密度，易于实现相位衬度成像，在低Z元素样品成像中具有特殊的优越性，使得对中药材特征显微结构的原位高分辨无损成像研究成为可能。本项目在国家自然科学基金青年基金项目“中药材特征结构的X射线相衬显微CT研究”的资助下，依托上海同步辐射光源，首次将同步辐射X射线相衬显微CT技术引入到中药材的显微鉴定中，对导管、草酸钙簇晶等用于人参显微鉴定的特征显微结构进行了三维、原位、无损的成像研究，并对实验参数和条件进行了优化，建立起了中药材特征显微结构的三维无损成像方法。还将同步辐射X射线相衬显微CT技术改进、推广应用到其他普通显微方法难以鉴定的中药材的特征显微结构研究中，例如，含有挥发油等液体成分的果实类及种子类中药材小茴香、豆蔻；花类中药材金银花、西红花等。并针对不同类型中药材的特点和需求，进一步改进、优化了成像技术和实验参数，实现了多种类型中药材样品内部特征显微结构的三维定量研究，从而进一步发展了中药材特征显微结构的三维定量分析方法。本项目的研究结果表明，同步辐射X射线定量显微CT技术可以应用于中药材的显微结构鉴定和定量分析研究中，并且由于该方法的无损特性，甚至可以得到传统显微方法无法得到的样品内部显微结构信息，有望为中药材显微鉴定提供更多的、新的鉴定特征依据。同时还为进一步开展中药材特征显微结构与药效关系的研究积累了丰富的经验、打下了良好的基础。. 另外，在该基金项目的资助下，还将同步辐射X射线相衬成像方法推广应用到了植物学领域的相关研究中，对植物的空穴化及其修复机理进行了相应的实验研究，得到了植物体内空穴化、水分输运的原位、动态过程。结果表明，该技术是目前进行植物活体研究的最理想方法。该研究不仅为植物木质部导管的空穴化及其栓塞修复研究提供了有效、可靠的实验依据和方法，还为抗旱机理研究以及植物逆境下的致死阈等的研究提供了新的方法和思路。同时，该研究还为我国目前存在的沙漠化、沙尘暴天气以及干旱、洪涝等灾害较频发的地区选择合适的植物品种起到指导作用，为新品种的育种和繁殖提供实验依据和机理研究支持。