毛发中痕量毒品快速检测技术解析＊
韩军1,2李纬1李彬1王寅1,2焉杰1,2张旻南1
1. 公安部第一研究所 2. 北京中天锋安全防护技术有限公司
摘 要： 目前针对吸毒人员快速排查的生物检测样本主要有尿液、唾液和毛发。与尿液和唾液相比，毛发检材具有性质稳定、取材方便、易于保存、检出时限长、适用范围广、污染机会少等优势。毒品在毛发中的代谢较慢，检测窗口期长可达到半年，对取样过程便于监督，可防止检材被掺假或调换。目前毛发中痕量毒品快速检测技术主要有酶联免疫（ELISA）、胶体金、时间分辨荧光免疫层析和量子点免疫层析技术。从技术和实际应用的角度对上述技术特点进行了分析比较。
关键词： 毛发 毒品检测 痕量 量子点荧光
引言
毒品、艾滋病和恐怖主义被认为是世界三大公害，毒品问题则是三害之首。吸毒人员和艾滋病患者重合比例非常高，毒品交易又是恐怖主义的重要资金来源，毒品问题已成为全社会问题的焦点。要解决毒品问题，其中一个重要环节就是吸毒人员的管控，而吸毒人员管控重点要解决三个难题：一是把吸毒人员快速检测识别出来；二是把检测出来的吸毒人员管控起来；三是震慑潜在的、有可能吸毒的人员。上述三个问题的解决都需要借助高效的吸毒人员快速检测技术。吸毒人员快速检测技术首先要求检测速度快，要在10分钟内快速认定嫌疑人是否吸食毒品及其他违禁药品，其次是要求检测误报率要低。
传统的吸毒人员快速检测技术主要采用尿液胶体金免疫检测方法[1]。但是尿液检测样本易掺假，检测窗口期短，只有约24～48小时。而且在实际的吸毒检测过程中，受试者可能会拒绝提供尿液样本，或者是提前3天停止吸食，甚至将尿液样本进行掺假，以达到影响检测结果和逃避惩罚的目的。与尿液、血液、唾液等生物检材相比，毛发检材具有性质稳定、取材方便、易于保存、检出时限长、适用范围广、污染机会少等优势。
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从技术的角度，由于尿液中毒品及其代谢物含量非常高，以冰毒为例，检测阈值为1000ng/mL，传统的胶体金免疫检测技术就能够达到。但是头发中毒品及其代谢物含量非常低，检测阈值为0.2ng/mg，因此需要使用检测灵敏度更高、抗干扰性更好的技术用于毛发检测。本文重点介绍了目前已经在毛发中痕量毒品快速检测领域用到的技术，主要有酶联免疫（ELISA）[2]、胶体金、时间分辨荧光免疫层析[3]和量子点免疫层析技术[4]，并就禁毒实战中的技术优缺点进行了比较分析。
一、毛发检测原理
（一）毛发毒品作用机理
毛发是由表皮退化的角质层衍生而来的一种独特的基体，是皮肤的附属器，其主要成分为角蛋白[5]。头发、腋毛、胡须、阴毛都可用作吸毒人员快检测样本。目前对毒品进入头发的确切机制尚不清楚，一般研究认为，毒品及其主要代谢物主要通过血液循环扩散进入头发。头发主要成分为黑色素、角蛋白和脂质，所以毒品进入头发受黑色素含量、毒品本身亲脂性和碱性这3个主要因素影响。一般来说，中性亲脂性的毒品容易穿过膜并扩散到基质细胞中，碱性毒品与黑色素亲和性强易进入头发，因此黑色素的含量只对碱性毒品吸收有较强的影响，对于中性药物的吸收影响较小，因此碱性和中性的毒品更易进入头发。相反，酸性物质如水杨酸、2-丙基戊酸和四氢大麻酚等不易进入头发[6]。
清洗的过程通常包括使用乙醇、二氯甲烷，或含有吐温80的缓冲液，最后用水淋洗。大量的清洗或低极性溶剂的使用可能会部分地移除相关的药物残留，这意味着有相当大的假阴风险。裂解的方式主要包括酸水解、碱水解、酶解、缓冲液裂解和甲醇提取法等。
（二）样品预处理
（3）现场检测要综合考虑工作环境对检测的影响，控制光敏传感器只对特定频率信号敏感，消除广谱背景光及电磁波干扰，提高仪器系统检测精度。
毒品及其代谢物在头发中的稳定性较好，其稳定性主要受其化学结构和极性的影响。随着时间推移，新长出的头发中的毒品或其代谢物的含量会减少，减少速率取决于毒品与头发基质的结合性。
（三）检测技术
（4）现场检测要考虑设备的小型化，无法采用光电倍增管等大体积大功耗高灵敏度传感器，而必须采用光电二极管这样的小体积光信号传感器。在荧光信号受仪器体积限制无法增强的条件下，要考虑如何提升荧光信号检测的抗干扰能力，提高仪器检测灵敏度和准确度，达到手持便携、准确度高、灵敏度高的现场执法要求。
（1）偏移值的测量和计算：测量时为了减小误差，要注意直尺和塞尺的放置位置，把直尺紧贴在相邻两个法兰其中一个法兰的外圆上，要确保法兰外圆平整，直尺贴合要紧密，然后用塞尺测量直尺与另外一个法兰外圆之间的间隙。测量时防止振动和抖动，减小测量误差。每次需要测量四个值，即在法兰外圆的上、下、左、右四个区域进行测量，可得δ上、δ下、δ左、δ右四个值。测量记录参见表1所示。根据所测四个值可以计算偏移值。
（1）毛发中的毒品含量非常低，为了实现对毛发中痕量毒品的检测，需要采用高效的毒品析出技术，提高检测灵敏度。
（2）快速检测仪器测量核心是微弱光学信号测量方法，需要将荧光信号与背景干扰光信号有效区分，使微弱光学信号在阳光干扰背景下测量成为可能。
由于头顶后部头发生长速率的变异系数为15.6%，比头部其他区域的变异系数（30.5%）小，所以取样时选用头顶后部为取发区域。考虑到受外部污染少的因素，剪取的头发越靠近头皮越好。一般用干净的剪刀从头部剪取头发后装于信封中密封，在常温下保存。目前现场快速检测方法中，酶联免疫检测方法（ELISA）需要对样品进行清洗、裂解、提取和纯化；免疫层析检测方法如胶体金、时间分辨荧光、量子点需要对毛发进行裂解，以析出头发中所含的毒品及其代谢物。
目前能够满足现场快速检测要求的技术主要有酶联免疫法（ELISA）、胶体金法、时间分辨荧光免疫层析技术、量子点免疫层析技术等。上述技术要实现针对目前吸毒人员检测和甄别设备所要求的检测快速（小于10分钟）、特异性强、灵敏度高（达到0.2 ng/mg）、可追溯时间长的要求，需要攻克以下几项技术难点：
二、主流方法学及对比分析
毛发分析同其他生物样本的检测方案基本一致。为减少外源性污染物的干扰，通常分析前要进行不同的预处理，然后选择合适的检测方法检测。目前市场上毒品毛发检测的主要方法学见表1。
其中酶联免疫吸附实验（ELISA方法）的产品检测原理是，首先将毒品抗原包被于酶标孔中并完成封闭，然后将待检测的样本经过前处理后加入到酶标孔中，再加入一抗反应，清洗后加入酶标二抗反应，再次清洗后加入底物进行酶促反应，最后加入终止液终止反应并在酶标读数仪上进行浓度计算。
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基于1 660 mm2大截面碳纤维导线的特点，本文取夹嘴长度为350，325，275 mm三个方案，对导线夹紧状态进行了仿真分析，得到结论如下：
总的来看，由于ELISA法存在较复杂的前处理，同时需要匹配一些其他较高要求的因素（如高昂的设备、专业的技术人员等）不适用于现场检测，但由于他的高特异性、灵敏度更适合实验室的应用；而胶体金的检测方法由于其灵敏度较低无法达到毛发毒检国际阈值的要求，因此时间分辨荧光和量子点检测方法更适用于现场检测，但时间分辨荧光的方法学存在反应不充分的因素而导致结果的不准确性问题较严重，因此量子点免疫层析更适用毛发毒品的现场检测。
胶体金法、时间分辨荧光免疫层析技术和量子点免疫层析技术均是基于抗原抗体特异性免疫反应的新型膜检测技术。该技术以固定有检测线(包被抗体或包被抗原)和质控线(抗抗体)的条状纤维层析材料为固定相，待检测液为流动相，胶体金/荧光/量子点标记抗体或抗原固定于连接垫，通过毛细管作用使待分析物在层析条上移动。对于毒品小分子抗原，通常采用竞争法，即待分析物在流动相作用下先与胶体金/荧光/量子点标记抗体结合，当到达检测线时再与包被抗原竞争胶体金/荧光/量子点标记抗体，最终通过肉眼（胶体金）或者配套读数仪完成浓度分析。
三、可能存在的问题
头发采集中可能会遇到染发、秃头和剃光等情况。染发剂对大部分免疫抗体有影响，所以染过的头发需要进行预处里。胡须的生长速度比较接近头发，可以取代头发进行检测。腋毛和阴毛一般半年脱落更新一次，实际检测过程中可以反应被检测人员半年内的吸毒情况，但是要酌情考虑检测阈值的变化。
对于药物干扰的问题，毛发分析的难点在于需要更全面的了解药物进入毛发的机制。由于多种因素影响药物在发干的累积，毛发中的药动学和药效学模型难于建立，因此，不可能建立一般的累积模式，也不可能在服药剂量和在未知毛发样本中检出的药物量之间建立可靠的数值关系。
四、总结
综上所述，毛发作为一种生物检材在吸毒人员快速检测中具有一定的优势，在大多数领域取代尿样检测是大的发展趋势。毛发检测可区分是单次吸毒还是长期吸毒，甚至可以直接对吸毒人员进行成瘾程度认定。
随着毛发检材前处理和分析方法的不断发展与进步，仪器检测的灵敏度和准确性的进一步提高，毛发中毒品分析已逐渐进入成熟阶段，能够满足公安机关基本办案需要。
工程部分断面水质未能符合相应的水质功能区划要求。水资源因流域或地域的不同所呈现出的自然属性和社会属性存在差异［1］，结合其水域所具有的特征和功能将其划分成不同的水质功能区。南水北调干线不同功能区水质目标存在差异，部分断面水质未能符合相应的水质功能区划分要求，未能在充分考虑沿线水资源的自然环境条件、开发利用现况、区域功能要求的基础上按照有关部门制定的水环境保护规划、流域综合规划和社会经济发展规划要求，在各水域根据其功能划定的不同采用相应质量标准［2］。
特征提取即对某一模式的组测量值进行变换，以突出该模式具有的代表性特征的一种方法。常见的文字特征类型分为统计类特征和结构类特征，统计类特征有像素点个数、灰度值统计类别等，而结构特征是如边缘、角、区域、脊等代表性特征。
从目前市场主流技术来看，作为现场快速检测技术，时间分辨荧光免疫层析技术和量子点免疫层析技术已经非常成熟，试剂板和设备商业化也日臻完善，检测灵敏度达到了0.1ng/mg，满足禁毒实战要求，取代胶体金法是未来发展的趋势。
参考文献
[1] WP Faulk,GM Taylor.Communication to the editors：an immunocolloid method for the electron microscope[J].Immunochemistry,1971.
[2] Sundus Erbas-Cakmak,Davis A.Leigh,Charlie T.McTernan,Alina L.Nussbaumer.Artificial molecular machines.Chemical Reviews,2015,115：10081-10206.
[3] 刘佳,胡小龙,张玉荣,卢建忠,曾立波.吗啡免疫荧光层析快速定量方法的建立[J].中国药学杂志,2018,53(16)：1413-1418.
[4] Rafa Walczak,Jan Kruger,Shane Moynihan.A miniaturised image based fluorescence detection system for point-of-care-testing of cocaine abuse.Meas.Sci.Technol.2015,26,085401.
[5] 杨小林，席焕久，温有锋，等.人类毛发的形态学研究及法医学意义[J].解剖科学进展,2011(1)：86-89.
[6] 孟品佳,张翘楚,许莹.毛发毒品分析[M].北京：中国人民公安大学出版社,2001.
⋆基金项目： “十三五”国家重点研发计划项目（编号：2016YFC0800905）
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