指纹识别是怎么一回事

指纹识别技术主要涉及四个功能：读取指纹图象、提取特征、保存数据和比对。

在一开始，通过指纹读取设备读取到人体指纹的图象，取到指纹图象之后，要对原始图象进行初步的处理，使之更清晰。

接下来，指纹辨识软件建立指纹的数字表示——特征数据，一种单方向的转换，可以从指纹转换成特征数据但不能从特征数据转换成为指纹，而两枚不同的指纹不会产生相同的特征数据。软件从指纹上找到被称为“节点”（minutiae）的数据点，也就是那些指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置，这些点同时具有七种以上的唯一性特征。因为通常手指上平均具有70个节点，所以这种方法会产生大约490个数据。

有的算法把节点和方向信息组合产生了更多的数据，这些方向信息表明了各个节点之间的关系，也有的算法还处理整幅指纹图像。总之，这些数据，通常称为模板，保存为1K大小的记录。无论它们是怎样组成的，至今仍然没有一种模板的标准，也没有一种公布的抽象算法，而是各个厂商自行其是。

最后，通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。

二 取得指纹图象

1取象设备原理

取像设备分成两类：光学、硅晶体传感器和其他。

光学取像设备有最悠久的历史，可以追溯到20世纪70年代。依据的是光的全反射原理(FTIR)。光线照到压有指纹的玻璃表面，反射光线由CCD去获得，反射光的数量依赖于压在玻璃表面指纹的脊和谷的深度和皮肤与玻璃间的油脂。光线经玻璃设到谷后反射到CCD，而设到脊后则不反射到CCD（确切的是脊上的液体反光的）。

由于最近光学设备的革新，极大地降低了设备的体积。最近90年代中期，传感器可以装在6x3x6英寸的盒子里，在不久的将来更小的设备是3x1x1英寸。这些进展取决于多种光学技术的发展而不是FTIR的发展。例如：纤维光被用来捕捉指纹图象。纤维光束垂直射到指纹的表面，他照亮指纹并探测反射光。另一个方案是把含有一微型三棱镜矩阵的表面安装在d性的平面上，当手指压在此表面上时，由于脊和谷的压力不同而改变了微型三棱镜的表面，这些变化通过三棱镜光的反射而反映出来。

应用晶体传感器是最近在市场上才出现的，尽管它在传奇文学作品中已经出现近20年。这些含有微型晶体的平面通过多种技术来绘制指纹图象。电容传感器通过电子度量被设计来捕捉指纹。电容设备能结合大约100,000导体金属阵列的传感器，其外面是绝缘的表面，当用户的手指放在上面时，皮肤组成了电容阵列的另一面。电容器的电容值由于金属间的距离而变化，这里指的是脊（近的）和谷（远的）之间的距离。压感式表面的顶层是具有d性的压感介质材料，他们依照指纹的外表地形（凹凸）转化为相应的电子信号。温度感应传感器被设计为感应压在设备上的脊和远离设备的谷温度的不同。

超声波扫描被认为是指纹取像技术中非常好的一类。很象光学扫描的激光，超声波扫描指纹的表面。紧接着，接收设备获取了其反射信号，测量他的范围，得到脊的深度。不象光学扫描，积累在皮肤上的脏物和油脂对超音速获得的图象影响不大，所以这样的图象是实际脊地形（凹凸）的真实反映。

由于巨大的指纹辨别市场，如果想指纹识别在商业上的巨大成功，三个因素中的两个因素是非常重要的，它们是低价格和紧凑的体积（另外一个是上面谈到的识别率）。90年代初到后期，取像设备的价格已经剧烈的下降，制造商最近又承诺，在最近几年后，又要进行大幅度降价。至于体积，上面已经提到光学传感器的体积从6x3x3英寸降到3x1x1英寸。应用晶体的传感器的体积差不多是这样或者更小。在晶片上，集成电路的技术越来越高（如：数字化电路把指纹信号转化为数字信号强度），系统体积将越来越小，晶体传感器的体积接近与手指大小所需要的体积，其长宽大约是1x1英寸高不到1英寸。

在晶体传感器之前，一些没有用到的机能是局部调整、软件控制、自动获取控制(AGC)技术。对于大多数光学设备，只能通过人工调整来改变图象的质量。然而，晶体传感器提供自动调节象素，行以及局部范围的敏感程度，从而提高图象的质量。AGC在不同的环境下结合反馈的信息产生高质量的图象。例如，一个不清晰（对比度差）的图象，如干燥的指纹，能够被感觉并增强灵敏度，在捕捉的瞬间产生清晰的图象（对比度好）；由于提供了局部调整的能力，图象不清晰（对比度差）的区域也能够被检测到（如：手指压得较轻的地方）并在捕捉的瞬间为这些象素提高灵敏度。

光学扫描也有自己的优势。其中之一在较大的模型可以做较大指纹取像区域。而制造较大的应用晶体传感器的指纹取像区域是非常昂贵的，所以应用晶体传感器的指纹取像区域小于1平方英寸，而光学扫描的指纹取像区域等于或大于1平方英寸。然而这个对于较小的光学扫描设备并不是优势。较小的光学扫描也是较小指纹取像区域，这是因为较大的指纹取像区域需要较长的焦点长度，所以要有较大包装，否则如果较大的取像区域使用较小的包装，则光学扫描设备会受到图象边缘线形扭曲的影响。

晶体传感器技术最重要的弱点在于，它们容易受到静电的影响，这使得晶体传感器有时会取不到图象，甚至会被损坏，另外，它们并不象玻璃一样耐磨损，从而影响了使用寿命。

总之，各种技术都具有它们各自的优势，也有各自的缺点。我们在下面给出三种主要技术的比较。

比较项目 光学全反射技术 硅晶体电容传感技术 超声波扫描

体 积 大 小 中

耐 用 性 非常耐用 容易损坏 一般

成像能力 干手指差，但汗多的和稍脏的手指成像模糊 干手指好，但汗多的和稍脏的手指不能成像 非常好

耗 电 较多 较少 较多

成 本 低 低 很高

2 图象增强

刚获得的图象有很多噪音。这主要由于平时的工作和环境引起的，比如，手指被弄脏，手指有刀伤、疤、痕、干燥、湿润或撕破等。图象增强是减弱噪音，增强脊和谷的对比度。想得到比较干净清晰的图象并不是容易的事情。为这个目标而为处理指纹图象所涉及的 *** 作是设计一个适合、匹配的滤镜和恰当的阀值。

指纹还有一些其他的有用的信息。比如：类似于脊的“多余的部分”，即使一些特别的脊不连续，但仍可认为是脊的一部分，从而决定他的走向。我们可以利用这些“多余的信息”。

有很多图象增强的方法。大多数是通过过滤图象与脊局部方向相匹配。图象首先分成几个小区域（窗口），并在每个区域上计算出脊的局部方向来决定方向图。可以由空间域处理，或经过快速2维傅立叶变换后的频域处理来得到每个小窗口上的局部方向。

设计合适的，相匹配的滤镜，使之实用于图象上所有的象素（空间场是其中的一个）。依据每个象素处脊的局部走向，滤镜应增强在同一方向脊的走向，并且在同一位置，减弱任何不同于脊的方向。后者含有横跨脊的噪音，所以其垂直于脊的局部方向上的那些不正确的“桥”会被滤镜过滤掉。所以，合适的、匹配的滤镜可以恰到好处地确定脊局部走向的自身的方向，它应该增强或匹配脊而不是噪音。

图象增强，噪音减弱后，我们准备开始选取一些脊。虽然，在原始灰阶图象中，其强度是不同的而按一定的梯度分布，但它们真实的信息被简单化为二元：脊及其相对的背景。二元 *** 作使一个灰阶图象变成二元图象，图象在强度层次上从原始的256色（8-bits）降为2色(1-bits)。图象二元化后，随后的处理就会比较容易。

二元化的困难在于，并不是所有的指纹图象有相同的阀值，所以一般不采取从单纯的强度入手，而且单一的图象的对照物是变化的，比如，手在中心地带按的比较紧。因此一个叫“局部自适应的阀值（locally adaptive thresholding）”的方法被用来决定局部图象强度的阀值。

在节点提取之前的最后一道工序是“细化（thinning）”。细化是将脊的宽度降为单个象素的宽度。一个好的细化方法是保持原有脊的连续性，降低由于人为因素所造成的影响。人为因素主要是毛刺，带有非常短的分支而被误认为是分叉。认识到合法的和不合法的节点后，在特征提取阶段排除这些节点。

三 指纹识别技术的基本原理

指纹其实是比较复杂的。与人工处理不同，许多生物识别技术公司并不直接存储指纹的图象。多年来在各个公司及其研究机构产生了许多数字化的算法（美国有关法律认为，指纹图象属于个人隐私，因此不能直接存储指纹图象）。但指纹识别算法最终都归结为在指纹图象上找到并比对指纹的特征。

指纹的特征

我们定义了指纹的两类特征来进行指纹的验证：总体特征和局部特征。总体特征是指那些用人眼直接就可以观察到的特征，包括：

基本纹路图案

环型（loop）, 弓型（arch）, 螺旋型（whorl）。其他的指纹图案都基于这三种基本图案。仅仅依靠图案类型来分辨指纹是远远不够的，这只是一个粗略的分类，但通过分类使得在大数据库中搜寻指纹更为方便。

模式区（Pattern Area）

模式区是指指纹上包括了总体特征的区域，即从模式区就能够分辨出指纹是属于那一种类型的。有的指纹识别算法只使用模式区的数据。 Aetex 的指纹识别算法使用了所取得的完整指纹而不仅仅是模式区进行分析和识别。

核心点（Core Point）

核心点位于指纹纹路的渐进中心，它用于读取指纹和比对指纹时的参考点。

三角点（Delta）

三角点位于从核心点开始的第一个分叉点或者断点、或者两条纹路会聚处、孤立点、折转处，或者指向这些奇异点。三角点提供了指纹纹路的计数和跟踪的开始之处。

式样线（ Type Lines）

式样线是在指包围模式区的纹路线开始平行的地方所出现的交叉纹路，式样线通常很短就中断了，但它的外侧线开始连续延伸。

纹数（ Ridge Count）

指模式区内指纹纹路的数量。在计算指纹的纹数时，一般先在连接核心点和三角点，这条连线与指纹纹路相交的数量即可认为是指纹的纹数。 局部特征 局部特征是指指纹上的节点。两枚指纹经常会具有相同的总体特征，但它们的局部特征——节点，却不可能完全相同。

节点（Minutia Points）

指纹纹路并不是连续的，平滑笔直的，而是经常出现中断、分叉或打折。这些断点、分叉点和转折点就称为“节点”。就是这些节点提供了指纹唯一性的确认信息。

指纹上的节点有四种不同特性：

1 分类 – 节点有以下几种类型，最典型的是终结点和分叉点

A 终结点（Ending） -- 一条纹路在此终结。

B 分叉点（Bifurcation） -- 一条纹路在此分开成为两条或更多的纹路。

C 分歧点（Ridge Divergence） -- 两条平行的纹路在此分开。

D 孤立点（Dot or Island） -- 一条特别短的纹路，以至于成为一点

E 环点（Enclosure） -- 一条纹路分开成为两条之后，立即有合并成为一条，这样形成的一个小环称为环点

F 短纹（Short Ridge） -- 一端较短但不至于成为一点的纹路，

2 方向（Orientation） -- 节点可以朝着一定的方向。

3 曲率（Curvature） -- 描述纹路方向改变的速度。

4 位置（Position） -- 节点的位置通过（x,y）坐标来描述，可以是绝对的，也可以是相对于三角点或特征点的。

四 系统问题（system issues）

有效的指纹辨识系统不仅仅依赖于辨识算法，还有其他的一些重要因素，这里称之为“系统问题”。包括注册和辨识过程，速度和工作学、用户信息的反馈、排斥欺骗和安全考虑。 为了得到较好的识别率，重要的是在注册时尽量获得最好的指纹图象，这是因为注册一般只进行一次，而以后的辨识是经常的。一个较好的指纹识别系统应要求用户的指纹在登记指纹时多次获取指纹，然后，把最好的指纹或每次获得的指纹的综合的结果作为注册的指纹。

又一个方法可以作为指纹系统设计时的考虑，即我们可以多次取像直到得到一个确定的匹配，但这个过程在降低了拒判率的同时，提高了误判率。辨识不仅仅只用一个手指的指纹，可以用两个或更多的手指的指纹，这样可以增强识别率，当然这样一来会浪费用户的许多时间。

系统的工作学是很重要的。例如：在个人识别系统中，人们愿意等待时间的极限，这个极限时间根据特定的应用而不同，依赖于在处理的过程中人们正在做什么。例如：刷卡或输入ID号的过程，从05-15秒被认为是可接受的时间；另外，拒判而重复次数不应超过3次。

验证和辨识的过程、取像设备的设计拒判率和误判率关系的设定，为了尽可能的获得高质量的指纹图象而提示用户手指该怎样放置，正确的反馈信息是非常有用的。如“手指放得太高”，“手指按得不够重”等。

在指纹识别系统中，反欺骗的措施用来阻止人造指纹、死指纹和残留指纹。残留指纹是由于皮肤油或其他原因残留在传感器上。传感器应建立反欺对策，使得有能力识别真实的皮肤温度、阻力或电容。

既然指纹识别系统是为安全而考虑的，例如，节点模板数据库必须是安全的，以防止一个冒名顶替的人将自己的指纹存进数据库而成为合法的用户。指纹匹配的结果是“YES”或“NO”，以此获得访问权。如果有人简单地绕过指纹匹配而能去直接发送一个“YES”，那么系统就是不安全的。这个问题的解决是确保主机接收的识别结果是来自真正的合法用户，如通过数字信号发送给主机。

总之，在一个完整的指纹识别应用系统中有许多问题值得考虑，解决好这些问题有助于成功地建立有效的系统，相反，则有可能会使得高明的技术被束之高阁，甚至导致应用系统最后的失败。

红外光谱是分析化合物结构的重要手段。常规的透射法使用压片或涂膜进行测量，对某些特殊样品( 如难溶、难熔、难粉碎等的试样) 的测试存在困难。为克服其不足，20世纪60年代初出现了衰减全反射(Attenuated Total Refraction,ATR) 红外附件，但由于受当时色散型红外光谱仪性能的限制， 技术的应用研究领域比较局限。80年代初将ATR技术开始应用到傅里叶变换红外光谱仪上，产生了傅里叶变换衰减全反射红外光谱仪(Attenuated Total internal Reflectance Fourier Transform Infrared spectroscopy,简称ATR-FTIR)ATR的应用极大地简化了一些特殊样品的测试，使微区成分的分析变得方便而快捷，检测灵敏度可达10-9g数量级，测量显微区直径达数微米［1，2］。ATR附件基于光内反射原理而设计。从光源发出的红外光经过折射率大的晶体再投射到折射率小的试样表面上，当入射角大于临界角时，入射光线就会产生全反射。事实上红外光并不是全部被反射回来，而是穿透到试样表面内一定深度后再返回表面在该过程中，试样在入射光频率区域内有选择吸收，反射光强度发生减弱，产生与透射吸收相类似图，从而获得样品表层化学成份的结构信息［3，4］。

ATR-FTIR通过样品表面的反射信号获得样品表层有机成分的结构信息，它具有以下特点［5］: (1 ) 制样简单，无破坏性，对样品的大小、形状、含水量没有特殊要求; (2) 可以实现原位测试实时跟踪; (3) 检测灵敏度高，测量区域小，检测点可为数微米; (4) 能得到测量位置处物质分子的结构信息某化合物或官能团空间分布的红外光谱图像微区的可见显微图象; (5) 能进行红外光谱数据库检索以及化学官能团辅助分析，确定物资的种类和性质; (6) 在常规FTIR上配置ATR 附件即可实现测量，仪器价格相对低廉， *** 作简便。

近年来，随着计算机技术的发展，ATR实现了非均匀、表面凹凸、弯曲样品的微区无损测定，可以获得官能团和化合物在微分空间分布的红外光谱图像。

总之，ATR-FTIR 作为红外光谱法的重要实验方法之一，克服了传统透射法测试的不足，简化了样品的制作和处理过程，极大地扩展了红外光谱的应用范围。它已成为分析物质表面结构的一种有力工具和手段，在多个领域得到了广泛应用。

橡胶的成分分析：

橡胶主要具有丰富的d性，在很多外力的作用下变形，在停止外力后恢复原状。另外，耐磨性、d性、拉拔强度、伸长率、耐酸碱强，但不耐强酸碱。

密封橡胶成分分析：

橡胶密封剂是在以橡胶为主体的材料中，加入增粘树脂、软化剂、硫化剂、增强填充剂等配合剂，经过混炼、溶解等工序加工制成的密封材料。一般用于机械、仪表、管道和建筑构件的接合处，防止外部灰尘、水、气体等进入机构内部或内部介质泄漏，达到密封、隔音、隔热、绝缘和缓冲的目的。根据形态不同，可以分为液体密封剂(例如热熔密封剂)。液体密封剂可分为无溶剂型、溶剂型、乳液型。根据主体的材料不同，分为硅橡胶密封件、聚氨酯密封件、丁基密封件、聚硫密封件等。

密封胶检测项目：

物理性能：密度、透光率、分子量、含水率、求压痕硬度;

化学性能：碳黑分散性、阻燃剂含量、防霉菌试验、耐油试验、游离单体含量;

热性能：熔融指数、低温脆化温度、玻璃化温度、热膨胀系数;

燃烧性能：垂直燃烧、单体燃烧试验、极限氧指数、烟密度;

电气性能：电阻率、静电试验、介电常数、耐电晕性;

力学性能：拉伸强度、弯曲强度、压缩永久变形、耐磨性、撕裂强度、剪切性能、磨

耗性能;

耐候性实验：自然曝露老化、荧光紫外灯老化检测、碳弧灯老化检测、铜离子加速盐

雾检测、湿热老化检测、高温老化检测等。

疏水。具体咋样，偶也不熟悉，希望自己找的文档对你会有帮助。

非晶碳薄膜润湿性能的可控性研究

：以甲基三乙氧基硅烷(MTES)替代部分正硅酸乙酯(TEoS)作为前驱物，用溶胶一凝胶法制备了MTES改性二氧化硅溶胶和二氧化硅膜，研究了憎水基团的添加量对溶胶体系的稳定性和对二氧化硅膜润湿性以及水汽稳定性的影响．结果表明，随MTES／TEOS摩尔比增大，二氧化硅溶胶的稳定性降低，改性二氧化硅膜的表面自由能显著减小；表面润湿性降低，主要是表面张力中极性力的贡献，FTIR分析表明，这是由于二氧化硅颗粒表面一CH3非极性基团增加所致；在潮湿环境中陈化时，二氧化硅膜接触角的变化及吸水率随MTES／TEOS摩尔比增大而减小，疏水性二氧化硅膜的MTES／TEoS宜为0．8一1．0；AFM形貌分析表明陶瓷支撑体上的二氧化硅薄膜连续，膜表面较光滑、平整．关键词：二氧化硅膜；改性；润湿性；

润湿性能是固体表面的重要特征之一，它是由表面的化学组成和微观几何结构共同决定的。无论是在工农业生产还是人们的日常生活中，润湿都是一种非常重要的现象，具有特殊润湿性和可控润湿性材料一直是人们关注的热点，比如超疏水材料(接触角大于150°)在窗户和天线的防雪防霜，汽车挡风玻璃的自清洁，以及生物细胞的活动等领域已经或者即将发挥极大的作用。作为一种经济适用并且环境友好的光电器件材料，非晶碳薄膜因其众多优良的特性而引起广泛研究兴趣。因此，辅之以特殊的润湿性能，非晶碳薄膜必将发挥更大的优势。 本文采用磁控溅射系统在普通玻璃和单晶硅上获得了具有不同表面形貌特征的非晶碳薄膜，此外利用等离子体表面处理系统，通过改进工艺方法，优化工艺条件，对非晶碳薄膜表面化学组成进行调控，获得了润湿性能从超亲水到超疏水范围变化的表面。系统地研究了工艺参数对非晶碳薄膜的表面结构以及润湿性能的影响，此外还对非晶碳薄膜润湿性能的环境稳定性进行了评估。 本论文的主要的研究工作进展如下：1通过调控溅射工艺成功制备具有显著差异的表面形貌的非晶碳薄膜，其表面特征为从光滑平坦过渡到具有丰富的孔隙和极其复杂的皱褶的分形结构。而有趣的是，这种分形结构非常类似于自然界中荷叶的表面微观结构，这是目前在碳薄膜中首次发现具有这样特征的结构。对具有不同表面特征薄膜的润湿性能测试表明：仅仅通过工艺的调控，形貌的改变就可以使非晶碳薄膜的表面从非常亲水(接触角为40°)到超疏水(接触角为152°)大范围的浮动。 2通过计盒分维法将不同形貌的薄膜定量描述。随着分形维数的增大，薄膜的表面具有更加复杂的结构，表面有更多和更精细的具有纳米尺度的凹凸、皱褶和缺陷结构，具有更大的吸附和容纳气体的能力，从而提高水滴薄膜表面的接触角。其中当沉积温度为400°C的时候，具有类荷叶的表面微细结构的分维达到了259，而气体所占的分数为098。 3通过对具有特殊形貌的非晶碳薄膜进行CF4等离子体表面处理来调控其表面的润湿性能，优化处理工艺极大提高非晶碳薄膜表面的疏水性能，原来为弱疏水的表面(接触角为105°)变为超疏水表面，其接触角达到了162°。而氟化后的类荷叶状的表面与纯水的接触角达到168°，其接触角的变化范围为165°～171°。且在全pH(0～14)值范围内均展示了优异的超疏水性能，此外氟化处理后的非晶碳薄膜的超疏水性能表现了良好的热稳定性和耐久性；通过对非晶碳薄膜Ar、N2、H2等离子处理能够提高非晶碳薄膜的亲水性能，其中通过H2、Ar等离子体处理具有类荷叶表面的非晶碳薄膜时，其表面达到了超亲水性能，其接触角小于10°。

作 者： 周英 学科专业： 材料物理与化学 授予学位： 硕士 学位授予单位： 北京工业大学 导师姓名： 严辉 王波 学位年度： 2006 研究方向： 语 种： chi 分类号： TB43 O484 关键词： 润湿性能 非晶碳薄膜 超疏水 形貌 等离子体 机标分类号： TB43 O484 机标关键词： 非晶碳薄膜 润湿性能 等离子体表面处理 接触角 分形结构 超疏水性能 优化工艺条件 薄膜表面 表面特征 亲水性能 化学组成 荷叶 调控 表面形貌特征 磁控溅射系统 微观几何结构 汽车挡风玻璃 等离子体处理 超亲水 材料 基金项目： 参考文献(87条)

1 参考文献

2 R Blossey Self-Cleaning Surfaces-Virtual Realities 2003()

3 C Cottin-BizonneJ L BarratL BocquetECharlaix Low Friction Flows of Liquid at Nanopatterned Interfaces 2003()

4 张立德牟季美 纳米材料和纳米结构 2001()

5 金美花 超疏水性纳米界面材料的制备及研究 [学位论文] 博士 2004()

6 V BergeronD BonnJ Y MartinLVovelle Controlling Droplet Deposition with Polymer Additives 2000()

7 郑黎俊乌学东楼增吴旦 表面微细结构制备超疏水表面 [期刊论文] - 北京工业大学 2004(17)

8 L Mahadevan Non-Stick Water 2001()

9 D QuereA LafumaJ Bico Slippy and Sticky Microtextured Solids 2003()

10 X ZhangF ShiX YuHLiu,YFu,ZWang,LJiang,XLi Polyelectrolyte Multilayer as Matrix For Electrochemical Deposition of Gold Clusters:Toward Super-Hydrophobic Surface 2004()

像这样的专业性文章，在学校内网的图书馆都会各大数据库提供阅读和部分下载

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普通的配方好处主要体现在保密，创新方面，但是质量不敢保证。

而分析配方有以下的好处：

用于产品开发，可以缩短研发周期，技术成本降低。

分析高端产品配方，指导配方改进，工艺优化，比自身摸索效率高的多。

分析同行配方，“知己知彼”，竞争中处于优势地位。

获得基本配方，微调后，实现模仿生产的目的。

判断产品质量问题的重要参考信息。

所以肯定是分析配方好。市面上好的产品是不会把配方暴露出来的，建议可以找配方分析检测机构做分析，现在有专门的配方检测分析的机构，比如飞秒检测啊，还有一个有名的英什么检测都是业界较好的，成本也不高。

光甘草定是光果甘草特有的疏水性异黄酮类化合物，含量为01%～03%，具有抗色素异常沉积、抗氧化、抗细胞增殖、抗炎、增强记忆力、抗骨质疏松和抗菌等多种生物活性。GLD难溶于水（7 μg/mL，25 ℃），导致其在体内胃肠道中的溶出率低、吸收和生物利用率差，在水溶性基质的食品和药品等相关领域的应用也因此受到极大的限制。因此，提高GLD在水中的溶解度是开发其潜在应用价值的关键所在。

环糊精是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状碳水化合物的总称，最常见的是α-、β-、γ-CD，分别由6～8 个葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键连接而成。CD各葡萄糖单元的2、3、6位羟基由不同的官能团取代，可得到一系列衍生物，如6-羟丙基-β-环糊精（、2,6-二甲基-β-环糊精和2-磺丁基-β-环糊精等。CD及其衍生物均具有一个由亲水的外表面和相对疏水的中心空腔构成的圆筒式结构，这种独特的结构特性使CD能够通过非共价力（范德华力、静电相互作用和氢键）与多种化合物尤其是疏水性化合物相互作用，将后者包合在空腔中，形成主-客体包合物，从而提高难溶性化合物的溶解度，进而提高在体内的吸收及生物利用率。空腔大小和取代基的种类是影响CD及其衍生物对客体包合能力的重要因素。

本研究通过分子对接和相溶解度结合的方法筛选出适宜包合GLD的CD，并进行固体包合物的制备；考察不同干燥方法、不同投料比对固体包合物的包合率、载药量和溶解度的影响；采用扫描电子显微镜法、差示扫描量热法、傅里叶变换红外光谱法和分子对接技术对固体包合物的形貌、GLD的存在形式、GLD与2-SBE-β-CD的相互作用和空间构象等结构表征进行分析；并在此基础上进一步研究GLD/2-SBE-β-CD固体包合物的体外溶出特性及GLD/2-SBE-β-CD固体包合物对HepG-2细胞增殖的抑制作用。

1 材料与方法

11 材料与试剂

GLD 泌阳草木青生物科技有限公司；2-SBE-β-CD、6-HP-β-CD 湖北恒硕化工有限公司；α-CD、β-CD、γ-CD、2,6-M-β-CD、噻唑蓝（methylthiazolyl tetrazolium，MTT） 上海源叶生物科技有限公司；无水乙醇、乙腈、石油醚、二甲基亚砜（dimethyl sulfoxide，DMSO） 天津市德恩化学试剂有限公司；溴化钾 天津市科密欧化学试剂有限公司；铝坩埚上海菁仪化工材料有限公司；DMEM培养基 美国Fetal Bovine Serum生物科技有限公司；胎牛血清 江苏恩莫阿赛科技有限公司；胰消化酶 合肥Biosharp科技有限公司；HepG-2细胞 ATCC细胞库。

12 仪器与设备

SCIENTZ-10N冷冻干燥机 宁波新芝生物科技股份有限公司；pHS-3C pH计、L5S紫外分光光度计上海仪电科学仪器股份有限公司；TENSPOR27 FTIR仪德国Bruker仪器公司；DSC1型DSC仪 瑞士Mettler-Toledo公司；6000Y型喷雾干燥机 上海Bilon仪器有限公司；TM3030 SEM 日本日立高新技术公司；E191IR恒温培养箱 美国西蒙公司；CKX41SF倒置电子显微镜 日本Olympus公司；SW-CJ-2FD双人单面超净工作台 苏州净化设备有限公司；RS-232C酶标仪 美国Bio-Rad公司。

13 方法

131 CD的筛选

通过分子对接技术和相溶解度法测定不同种类CD与GLD的包合能力及稳定性，筛选适宜包合GLD的CD。

1311 分子对接法

从PubChem数据库下载GLD的3D模型（CID编号为124052），用Gaussian 09软件中的DFT方法（B3LYP/6-31G）对3D模型进行优化。α-CD、β-CD和γ-CD的3D模型从剑桥晶体数据库得到，编号分别为1106001、1107194和1529141。用Gauss View 50软件打开去水后的β-CD模型，用相应的取代基将葡萄糖单元中对应2,3,6位取代，得到β-CD衍生物模型；其中，2,6-M-β-CD、单-6-氨基-β-CD、三乙酰基-β-CD的取代度分别为14、1、21，其他β-CD衍生物取代度均为7；用Gaussian 09软件半经验算法中的PM6基组对β-CD衍生物模型的几何构型进行优化。

采用AutoDockTools 42软件处理受体（α-CD、β-CD、γ-CD及β-CD衍生物（6-HP-β-CD、2,6-M-β-CD、2-SBE-β-CD、6-硫酸盐-β-CD、单-6-氨基-β-CD、6-羧甲基-β-CD、三乙酰基-β-CD、6-季铵-β-CD））与配体（GLD），添加H原子与原子电荷，并设置GLD分子内可旋转单键数量及根原子。将设置好的受体和配体保存为pdbqt格式。在分子对接过程中，均以受体几何中心为中心，建立尺寸为60 Å×60 Å×60 Å的反应约束盒子。搜索参数选用拉马克遗传算法，算法对接的轮数设为100，能量评估的最大数目设为250 000，其他参数取默认值。对接方法采用半柔性对接。

1312 相溶解度法

根据1311节计算机模拟得到的结果选择恰当的β-CD衍生物用于本实验。准确称取适量α-CD、β-CD、γ-CD及β-CD衍生物，用去离子水配制浓度分别为0、10、20、30、40、50 mmol/L的CD溶液；其中，β-CD和α-CD溶解度较小，配制其溶液浓度为0、2、4、6、8、10 mmol/L。向上述不同浓度的CD溶液中加入过量的GLD，置于恒温振荡器中，25 ℃、200 r/min避光条件下孵育24 h。取出样品溶液，5 000 r/min离心5 min，取上清液。用80%乙醇溶液（V/V）适当稀释，在281 nm波长处测其吸光度，计算GLD的浓度。以CD浓度为横坐标，GLD浓度为纵坐标，绘制相溶解度图。

132 GLD/CD固体包合物的干法制备

采用捏合法制备固体包合物。将GLD与筛选出最适宜的CD按物质的量比1∶1称量。用2 倍CD质量的去离子水溶解CD，研磨均匀。用无水乙醇溶液溶解GLD，配制成30 mg/mL的GLD乙醇溶液。将GLD乙醇溶液全部滴加到CD溶液中，研磨45 min，60 ℃烘箱中干燥至质量恒定，得到固体包合物。

133 GLD/CD固体包合物的湿法制备

将GLD与筛选出最适宜的CD按的物质的量比1∶1称量。用去离子水溶解CD，配制成004 mol/L的CD溶液。用少量无水乙醇溶解GLD，配制成30 mg/mL的GLD乙醇溶液。将GLD乙醇溶液加入到CD溶液中，使体系中乙醇体积分数为30%，于25 ℃、200 r/min的条件下振荡24 h。分别将所得溶液用冷冻干燥法、喷雾干燥法和共蒸发干燥法进行干燥，制备固体包合物。

将GLD与CD按物质的量比1∶15和15∶1称量，重复上述 *** 作，经冷冻干燥后，得到不同投料比的固体包合物。

1331 冷冻干燥法

用45 ℃的旋转蒸发器除去所得溶液中的乙醇，将溶液置于－20 ℃冰箱中预冻12 h。置于冷冻干燥机中冻干后，过80 目筛。

1332 喷雾干燥法

用45 ℃的旋转蒸发器除去所得溶液中的乙醇。将溶液置于喷雾干燥器中干燥，采用1 mm的加压雾化器，进样速度23 mL/min，进风温度180 ℃，排风温度110 ℃，雾化气流速度39 m3/min。

1333 共蒸发干燥法

将所得溶液置于60 ℃的旋转蒸发器中旋转蒸发至干。

134 GLD/CD固体包合物饱和溶解度的测定

分别在1 mL去离子水中加入过量的经不同制备方法得到的GLD/CD固体包合物，在室温条件下超声溶解至平衡状态。045 μm滤膜过滤，用80%乙醇溶液逐步稀释滤液到合适浓度（稀释10 000 倍）。在281 nm波长处测定吸光度，计算GLD的含量，即为饱和溶解度。

135 GLD/CD固体包合物包合率和载药量的测定

分别称取两份10 mg经不同制备方法得到和不同投料比的GLD/CD固体包合物。一份溶于1 mL去离子水中，加入9 mL乙腈25 ℃超声处理20 min。5 000 r/min离心5 min后，收集上清液，用乙腈稀释10 倍。测定其在281 nm波长处的吸光度，根据标准曲线计算GLD的质量，即为包合物样品中GLD总质量。

另一份加入400 μL石油醚，充分混匀。5 000 r/min离心5 min，去上清液（用来洗去未被包合的GLD），重复洗2 次，置于烘箱中使石油醚挥发。按上述包合物样品中GLD总质量的测定步骤测定此样品中的GLD质量，即被包合的GLD质量。

136 GLD/CD固体包合物及相关样品的结构表征

1361 SEM分析

对GLD、CD、GLD/CD物理混合物（以质量比1∶100混合均匀）及经不同制备方法得到的GLD/CD固体包合物进行扫描电子显微镜测试。用导电双面胶将样品固定在样品台上，喷镀铂金后在3 kW条件下，分别于300、400、1 200 倍观察样品的表面形态。

1362 DSC分析

分别称取GLD、CD、GLD/CD物理混合物及经不同制备方法得到的GLD/CD固体包合物各5 mg，温度扫描范围25～300 ℃，升温速率10 ℃/min，氮气流量10 mL/min，以空盘作为参比，记录各样品的DSC图线。

1363 FTIR分析

分别称取适量的GLD、CD、经不同制备方法得到的GLD/CD固体包合物和GLD/CD物理混合物，分别与溴化钾粉末混合，放入研钵内充分研磨，再采用压片法制得样品薄片。将样品薄片放入仪器内进行光谱扫描，扫描范围4 000～400 cm－1，分辨率4 cm－1，扫描次数32 次。以纯溴化钾粉末作背景进行单通道扫描。

1364 分子对接法

采用1311节的步骤，运用AutoDockTools 42软件对GLD与筛选出最适宜的CD包合模式进行模拟得到主客体间的构象及氢键相互作用。

137 GLD/CD固体包合物在模拟胃肠液中累积溶出率测定

按照Maltais等所述方法配制不含消化酶的模拟胃、肠液。准确称取20 g NaCl置于烧杯中，加入100 mL去离子水，用120 mol/L浓盐酸调节pH值至12，即为模拟胃液。准确称取68 g KH2PO4，溶于250 mL去离子水中，用02 mol/L NaOH溶液调节pH值至69，即为模拟肠液。分别量取900 mL模拟胃液和肠液作为溶出介质，放入1 000 mL烧杯中，置于水浴加热磁力搅拌器，温度保持在（37±05) ℃，转速50 r/min。分别准确称取一定质量的GLD、GLD/CD物理混合物及经不同制备方法得到的GLD/CD固体包合物样品（样品中GLD质量均为100 mg），放入烧杯中，并立即开始计时。于2、4、6、8、10、15、20、30、45、60 min时吸取溶出液1 mL，同时补充等体积新鲜的溶出介质。用045 μm微孔滤膜过滤溶出液，取滤液05 mL，加入45 mL乙腈，充分混匀。5 000 r/min离心5 min后，取上清液

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