【中图分类号】R943【文献标识码】A【文章编号】1672-3783(2012)02-0236-01
中药制剂是在中医理论指导下,以中药材为原料,加工制成各种剂型的制荆。近年来,随着现代制药技术的进步和相关学科理论的发展,一些新的制药方法已经广泛应用于各种中药材的加工和生产之中。然而,来源植物、动物、矿物及其它途径的中药材,其所含的各种化学成分非常复杂,每味药的药性、功效与应用范围也可不相同。另外,除了中药材本身所含化学成分所产生的药效外,其中的微量元素也在中医中起着整体治疗作用。目前,随着新技术、新材料的出现,我国中药制备领域所引进的一些化学和生物药物的现代制剂技术能否在加工过程中对中药材起到降低毒性、增强疗效的作用已成为中药加工领域研究的热点[1]。我们则通过对比采用现代中药制剂技术加工前后的中药材药物成分含量的变化,进而探讨中药加工前后药性的变化与微量元素含量之间的关系,并为制药技术的选择供参考,报告如下。
1材料与方法
1.1中药材:选取黄芪、淫羊藿、虫草、贝母、白芨、丹参、石菖蒲、紫荆等8味临床上较长使用的中药材为实验药物。所选药材均经中国药品检验局、中国卫生部药材质检科鉴定认可。
1.2加工方法
1.2.1脂质体:由脂质组成的具有类似生物膜活性的双分子层封闭小囊称为脂质体,通常以磷脂化合物及胆固醇作为成膜材料。黄芪、淫羊藿和虫草因含有多糖成分,可以通过应用上述材料进行包埋加工,制成脂质体。
1.2.2囊殛徽球技术:微囊是利用天然或合成高分子材料为囊材制成囊膜,将固体或液体药物作为囊心物包裹而成的微小胶囊。微球是指药物溶解或分散在高分子材料中,形成基质型微小的固体骨架物。微囊和微球的粒径大多属微米级,粒径在纳米级的分别称纳米囊和纳米球。贝母可将其皂苷做为囊心,乙基纤维素为囊材制成微囊,其为白色光滑的圆球形微粒,直径40~180um,载药量为36%(w/w)。白芨也可通过乳化一冷凝技术制备成白芨徽球。
1.2.3固体分散技术:固体分散技术是指制备制剂时药物分散于载体中的技术。丹参可通过将聚乙二醇(PEG)等作为速效固体分散载体,采用熔融法制备成为复方丹参滴丸。
1.2.4包含技术:包含技术是应用一种低聚糖合物-环糊精(eyclodextrin,CYD)对药材进行包合加工的方法。由于石菖蒲具有挥发成分,因此利用此技术进行加工。
1.2.5水溶性骨架型透皮技术:该方法以水溶性高分子材料为主要基质,并将其加入药物,经炼台、涂布、剪切等工艺制成的外用制剂。根据紫荆的药物功效可应用此技术进行加工。
1.3数据处理:应用SPSS 18.0统计软件,计量资料以 2 表示,采用t检验,当P<0.05存在统计学差异。
2结果
经过现代中药制剂技术加工过得药材,其所含成分发生了明显改变,且改变具有统计学意义(P<0.05),具体参见表1。
3讨论
本研究中,黄芪、淫羊藿和虫草三味中药制成脂质体后其成分变化分别为增加2种、3种和4种,分别减少16种、15种和13种,且改变具有统计学意义(P<0.05)。研究[2]还认为多糖、虫草多糖、淫羊藿多糖等制备成脂质体后稳定性和活性可以出现显著性提高。白芨在单独做栓塞剂时有良好的栓塞效果,并可作为多种药物的基质和载体。使用乳化一冷凝技术加工成为白芨徽球后其成分增加14种,下降6种,且改变具有统计学意义(P<0.05)。体外和动物肝动脉栓塞试验[3]结果表明加工后的白芨微球血液相容性好,能选择性栓塞肝组织中的营养供应动脉血管,使其梗死区肝组织呈肝硬化改变,显示自芨微球较白芨有良好的栓塞效果。丹参通过固体分散技术制成复方丹参滴丸后其成分增加13种,下降4种,且改变具有统计学意义(P<0.05),复方丹参滴丸可大大改善丹参的溶出与吸收,提高其生物利用度。利用包含技术加工后的石菖蒲其成分增加7种,下降11种,且改变具有统计学意义(P<0.05)采用均匀设计法对石菖蒲挥发油与环糊精进行考察,结果稳定性增强.有利于挥发油的粉末化参与制剂生产[4]。紫荆经水溶性骨架型透皮技术加工后,其成分中增加16种,下降10种,且改变具有统计学意义(P<0.05)。加工后的紫荆够很快使皮肤角质层细胞水化膨胀,有利于药物的透皮吸收。我们初步研究发现,药物中所含有益的微量元素可在中药治疗中起到增效作用,同时中药中也存在着不利于人体健康的微量元素。而应用现代中药制剂技术对中药材进行现代化的加工,可以增加药物中有益的成分,减少有害的成分,从而起到降低毒性、增强疗效的作用。我们研究还发现,通过现代中药制剂技术改变药性的过程其实质就是使药物所含成分减少或增加的过程,药物加工后,药物成分含量减少,药性趋向于寒凉性;相反,药物加工后后,元素含量增加,则药性就趋向于温热性。总之,我们认为根据不同中药的药性和用途,采用适合的现代中药制剂技术,可以大大提高药物的生物利用率,减少其毒副反应,使传统中药与现代技术相结合,将更有利于临床治疗。
参考文献
[1]武风华.现代中药制剂技术概述[J].临床和实验医学杂志,2007,6(11):165-166
Abstract:Biotechnology has entered all fields of TCD research and development, exerting great function in research and production of highquality natural medicinal raw materials and sustainable utilization of Chinese herbs resource.
Key words:biotechnology; TCD modernization; application; review
中医药学是我国在自然科学领域最有特色的学科之一,中药现代化就是将传统中医药的优势和特色与现代科学技术相结合,把中药推向国际化。生物技术作为一种综合了生命科学与多种现代科学理论与研究手段的高技术,在21世纪将对生命科学的各个领域产生十分深远的影响。
1 生物技术在高质量中药天然药物原料的研究生产及中药材资源可持续利用中的应用
生产具有国际竞争力的现代中药,其前提是有高质量的中药原料。现代中药必须严格保证所用的药材原料无污染,农药残留和重金属含量在十分安全的范围内,药效物质基础的含量稳定、可靠并有严格的质量标准。我国中药资源达1.2万余种,这些中药材中部分涉及到珍稀濒危物种,因此对珍稀濒危中药材的挽救、保护与合理利用迫在眉睫。迁移珍稀濒危动、植物至饲养地和植物园是保存物种的重要方法,建立相应的基因库用于保存动植物的基因,考察物种的变异具有重要意义。
就中药材栽培而言,GAP的实施已成为业内共识。基因技术在这方面正在逐渐发挥重要作用,如中药材优良品种选育、道地性药材遗传特征分析、抗性基因的转基因药用植物等。
应用RAPD技术对南北苍术间的差异进行了分析,认为苍术的道地性是在遗传和生态两因素长期复杂作用下形成的遗传和化学成分有稳定差异的居群[1];李萍等将5srRNA基因间区序列的变异用于对金银花药材道地性的分析[2]。有报道用转基因植物可生产外源基因编码的产物(如a栝蒌素、干扰素等),随着表达效率的提高和受体植物范围的不断扩大,将有可能在传统中药材中加入有用的新遗传特性,增加植物的抗病能力等,这将为中药材的绿色栽培奠定良好的基础[3]。
2 细胞工程技术为中药人工资源的开发提供了有效途径
作为中药和天然药物发挥药效活性的物质基础,天然活性成分往往含量很低,而天然野生资源随着药物的开发利用储存量不断下降,其原料来源能否满足批量化生产的需求,是所有天然创新药物开发所面临的重大难题,也是高水平中药能否广泛应用并走向世界的瓶颈。因此,针对特定有效成分或组分生产的中药人工资源开发生产技术引起了研究者的极大关注。为合理利用其资源,可利用生物技术的方法和手段进行一些珍稀濒危品种的快速繁殖,研究其在自然或人工控制条件下个体更新的速率及规律等,如石斛试管苗的快速繁殖。
发酵工程利用生物细胞在人工条件下的快速增殖与次生代谢产物的产生,为人工资源的生产提供了技术平台。目前,以冬虫夏草菌发酵生产的菌丝体及产物已形成产业化规模,并有相应的下游产品畅销。
以微生物、植物、动物细胞为反应器,进行天然活性物质的生产和加工,也已引起研究者的极大兴趣,以此推动的天然产物的生物转化和生物合成研究与开发,在国内中药研究和开发中的作用正为更多的研究和生产部门所重视。许建峰[4]等利用高山红景天培养细胞生物转化外源酪醇生产红景天苷。紫杉醇作为一种作用机理独特的天然抗癌药物,自发现以来受到了人们的广泛重视,但其在植物红豆杉中的含量极低,而红豆杉生长缓慢,资源匮乏,因此严重限制了紫杉醇的进一步开发应用。为此,近年来各国科学家在寻找及扩大紫杉醇的药源途径上进行了大量的工作。甘烦远等对紫杉醇的研究进行了综述,通过两篇综述所反映出的研究内容可以看出为解决紫杉醇的资源问题。全世界的科学家分别从筛选高产红豆杉栽培品种、微生物生物合成、化学合成、生物合成途径探索、生物合成关键酶的发现及其基因表达等多途径进行资源研究,而这些研究中生物合成与生物转化技术起着极为重要的作用。
3 酶工程是中药活性成分生产追求的最佳技术手段之一
就疗效确切的单一天然活性成分而言,能够通过工业化生产获得天然结构复杂的单一产物是人们追求的目标,但天然化合物结构复杂,常有多个不对称碳原子,合成难度较大或合成条件苛刻;而酶工程为这类成分的获得提供了新的途径。如金东史等利用酶转化方法将人参中的主要皂苷成分转化成含量只有十万分之几的人参皂苷Rh2,并达到了月产30kg的生产规模[5]。
4 生物技术为提高中药品质评价水平提供了新的实验方法
中药材是中药研究开发的基础,基础的质量标准无法控制,以后的研究和开发均属无本之木,其质量标准的制定也就失去了意义。中药材的质量控制主要应包括两个方面的内容,一是品种的控制,主要是解决真伪的问题。其二中药材的有效物质是次生代谢产物,其积累主要与其合成关键酶的表达及表达量等有关。因此建立合理中药材的生产和质量评价体系将对中药现代化尤为重要。
基因分子标记技术在中药品质评价中的应用,使中药材鉴定的方法从传统的形态表征分析推进到对生物遗传物质的分析。在中药的分子鉴别研究中目前主要有以下一些方面:(1)基于PCR方法的DNA分子标记技术,如RAPD、AFLP等;(2)基于分子杂交的DNA分子标记技术,如RFLP;(3)基于DNA序列分析的分子标记技术,如DNA直接测序法、PCRRFLP法[6]。利用这些基因鉴别方法对了解和分析药用动(植)物的遗传特性、基因与药材产地、化合物积累的相关性等均具有重要意义。
5 生物技术为中药和天然药物新药研究与开发提供了新的工具和途径
中药新药的研发是中药现代化和国际化的关键,要研制符合国际标准规范的现代中药,应用现代先进的科学技术势在必行。
5.1 生物芯片为中药新药分子水平的机理研究提供依据:中药鉴定基因芯片,可以对中药材的产地、质量进行鉴定;可以搞清楚中药作用的分子机理,筛选出中药有效成分。
5.2 生物转化及生物组合化学为以天然活性成分为先导化合物发现新药提供了新的思路与方法:生物转化技术可以弥补化学合成的不足,1997年Khmelnitsky利用盐活化生物催化剂脂酶,成功地在有机相中进行了紫杉醇系列衍生物的生物合成。由此可见,生物转化技术在以天然活性成分为基础的创新药物研究与开发中具有重要的意义。
5.3 生物技术为天然微量活性成分的生产提供了新的技术平台:中药中微量高效成分的研制开发一直是困扰医药产业界的核心问题,利用定向生物转化技术可将天然药物中的高含量成分转化成微量高活性成分,因此大大提高微量成分的含量,使其达到产业化的要求。如研究发现多种微生物能定向地将含量较高的喜树碱转化为10羟基喜树碱。丁家宜等利用人参毛状根成功地实现了对羟基苯醌生物合成天然熊果苷。
5.4 物技术实现天然结构复杂活性化合物的结构修饰:天然活性成分的研发中还有一个难以解决的问题,即天然活性成分常常体内外药效学活性差异较大,其中一个重要因素是其在体内吸收不好,导致生物利用度太低。利用生物技术实现天然结构复杂活性化合物的结构修饰,对提高这类成分的生物利用度,进而实现产业开发具有重要意义。
综上所述,生物技术已经深入中药研究和开发的各个领域,虽然大多数研究尚处于起步阶段,但其影响正在不断扩大,所显示出的潜在社会价值和经济效益也日益得到重视,生物技术将深入到中药新药研制的各个环节。正确利用现代生物技术合理地解决中医药现代科学研究和产业开发中的重要问题,必将有力地推动我国的中医药现代化和国际化进程,为加入WTO后的中国民族产业的国际竞争注入活力。
【参考文献】
[1]郭兰萍,黄璐琦,王敏等.南北苍术的RAPD分析及其划分的初步探讨[J].中国中药杂志,2001,32(9),32(9):834837.
[2]李萍,蔡朝辉,邢俊波.srRNA基因间区序列第变异用于对金银花药材道地性研究初探[J].中草药,2001,32(9):834837.
[3]Kuehne,A.R.,Sugii,N.Transformation of dendrobium orchidusing particle bombardment of protocorms[J].Plant Cell Reports,1992,11(8):484488.
引 言
中药是我国劳动人民几千年来在与疾病作斗争的过程中,通过实践,不断认识,逐渐积累了丰富的医药知识。由于太古时期文字未兴,这些知识只能依靠师承口授,后来有了文字,便逐渐记录下来,中药出现了医药书籍。这些书籍起到了总结前人经验并便于流传和推广的作用。中国医药学已有数千年的历史,是我国人民长期同疾病作斗争的极为丰富的经验总结,对于中华民族的繁荣昌盛有着巨大的贡献。随着中药被社会所广泛认可,从而使医药市场对中医的需求量不断增大,因此,对中药实行现代化生产迫在眉睫。而对于现代的中药生产来说,其中的重要环节就是制剂工艺和生产技术。随着科学技术的日新月异,在现代的中药生产中,不断涌现出了各种先进的中药制剂工艺和中药生产技术,从而有效的促进了中药生产的现代化发展进程。本文通过对现代中药生产中新技术的深入研究,并对生产中的新技术进行了如下阐述。
一、超临界流体萃取技术
在现代的中药生产中,通常会应用到超临界流体萃取技术,而所谓的超临界流体就是温度与压力全部都在中药临界点以上的流体,由于超临界流体是一种介于气体以及液体物质形态,其具密度和液体的密度较为相近,并且超临界流体的扩散系数与气体相接近,因此超临界流体有很强的溶解能力和很高的流动性以及传递性,从而可以有效的代替传统中药生产中的一些有毒或者易燃以及易挥发的生产有机溶剂。而在现代的中药生产中,通常应用SCF-CO2作为有机溶剂,由于该有机溶剂具有临界条件温和以及对大多数物质显化学惰性,并且该材料还具有无色无味无毒等优点,目前,SCF-CO2已被广泛的应用在SFE、超临界溶液的快速膨胀过程,并且该有机溶剂还被广泛的应用在超临界反萃取过程以及超临界高分子合成中。就目前的中药生产实际情况而言,在现代化的中药生产中,为了有效的提高中药的生产产量和生产质量,SFE-CO2技术被广泛的应用在生产过程中。SFE-CO2技术不仅可以有效的提高提取效率,从而提高中药的生产效率,并且能够保存大量的热量和一些容易氧化的成分。此外,随着科学技术的发展,超临界流体萃取技术中的超临界流体色谱法联用技术也被广泛的应用在现代中药生产中,超临界流体色谱法联用技术具有提取和浓缩以及分高等功能,并且该技术更具有操作简便且极高效率等优势,该技术适用于对某些天然固体样品的分析。
二、中药澄清技术
在我国目前的中药生产过程中,通常会应用到中药澄清技术。而目前的重要澄清技术中最主要的方法就是醇沉法。但是有许多资料显示,目前的醇沉法还存在着一定的缺陷。比如有些有用的有机物由于不能够溶解到醇溶液中就被当成了杂质。
1.澄清剂的使用
(1)101果汁澄清剂
成份为食用级原料,是水溶性的胶状物质,安全无毒,不引入杂质并可随沉淀后的不溶性杂质一同除去,通常配5%的水溶液使用。有研究证明,101澄清剂应用于黄芪,茯苓提取液的澄清,能保持药液中氨基酸与总有机酸等有效成分的含量。应用于麻黄、莲子心、黄连等提取液的澄清,能保证药液生物碱的含量。应用于玉屏风口服液的澄清,总浸出物与多粮的含量均比药典工艺高。但沉淀究竟为何物,对黄酮、蒽醌类化合物有何影响,仍需进一步研究。
(2)甲壳素
甲壳素是一种含氨基多糖的天然高分子物质,带正电荷,可沉降药液中带负电荷的悬浮物。有人将其用于生脉饮的澄清,效果优于醇沉工艺。用于白芍水提液的澄清,不影响芍药甙的含量。有人将壳聚糖(脱乙酰基甲壳素)用于黄芪口服液的澄清,既能除去杂质又不影响黄芪甲甙及多糖的含量。将壳聚糖用于陈皮、红花等二十味中药浸提液的澄清,证明均能起到一定的澄清作用,且能保留葛根、补骨脂、槐米、降香等药物中的有效成分。但大青叶中的靛玉红、紫苑石油醚提取物中的有效成分,在絮凝液含量偏低,提示若有效成分水溶性较小时,用壳聚糖作为澄清剂应慎重。
2.机械分离技术
在现代的中药生产中,通常会应用到机械分离技术,而机械分离技术又分为了高速离心分离技术和超滤分离技术。目前,超滤分离技术通常是利用半透膜来实现物质的分离,而应用超滤分离技术进行物质分离时,对物质成分的破坏程度极小,并且也能促进中药生产的节能环保,还能够有效的提高中药的生产效率。根据相关资料显示,都证实了采用超滤法能够有效的澄清中药注射液,并且超滤法对主成分损失率很低,除鞣质、蛋白质、淀粉效率高,澄明度及制剂稳定性好。
三、中药分离、纯化工艺
1.大规模制备色谱的应用
色谱方法的起源、发展与天然产物的研究工作密切相关。色谱方法由分析型逐渐发展到制备型,其应用领域不断扩展。中药属于天然化学品范畴,成分多而结构复杂,有效成分的分离、纯化很困难,色谱分离技术无疑是这类物质精细分离的有效手段。
2.大孔吸附村脂的血用
大孔吸附树脂于70年代未开始应用于中药化学成分的提取分离,是提取分离水溶性成分的一种有效方法、有助于制剂工艺的改进。如用于三七、人参中总皂苷的分离,提取率高,并能除去糖类等水溶性杂质及大部分脂溶性杂质,也可用于绞股蓝皂苷的分离提取、白芍总苷的分离等。
四、结束语
中药对于我国医药中的主要部分,其为我国国民的生命健康起到了不可估量的作用。随着社会的发展,重要已经逐渐被世界所认可,因此,医药市场对中医的需求量也随之逐渐增大。所以必须要实现重要的现代化生产,才能够满足市场需求。随着科学技术的发展,在现代的中药生产中,各种新型的生产工艺和生产设备不断涌现,从而有效的促进了现代中药生产的长足发展,不仅提高了现代中药的生产产量,而且还有效的保障了中药生产的质量。在现代的中药的生产过程中,通常会应用到超临界流体萃取技术、中药澄清技术、中药分离、纯化工艺等,随着这些技术的应用,有效实现了中药的现代化生产。通过本文对现代中药新技术的阐述,相信读者对其也有了进一步的认识,而随着社会的发展,在今后的中药生产中,必定会有更为先进的技术产生。
参考文献
【关键词】:中药 现代技术 提取分离
中国历来被人类称作是一个地大物博的国家,它为中药的制取提供了重要的原材料,是中医药学的发源地。但是由于科学技术水平的相对落后,对于中药有效成分的提取和分离的复杂过程难以掌控,所以我国并不是一个中药强国,同时也制约了中药进入国际市场的脚步。因此为了加快我国中药的发展步伐,就必须引进先进的科学技术对中药的有效成分进行提取分离。下面就介绍几种关于中药的提取与分离的现代技术方法并简单阐述其运用方式。
一、 利用间隙大的树脂进行吸附的方法
树脂是一类历史比较悠久的有机类吸附剂,是一种分子量较高的聚合物,其化学结构的极性作用适合于分子的选择渗透性并其间隙比较大,通过分子筛的作用机制,可以在中药成分的提取分离上得到广泛的运用。此外相关研究学家还认为这种提取分离的方法具有以下几点优势:(1)在提取分离中药成分的过程中利用的技术设施比较简单,容易操作;(2)纵观提炼的整个过程,所消耗的时间、金钱以及能源等方面有所减少,符合当代社会节约能源的思想理念;(3)提炼后生成的有效成分率比较高,减少了资源浪费量;(4)此外,这些提取分离出的成分具有不吸湿的特性。综上所述,应用树脂吸附法在中药学的研究生产中的范围十分宽广并在成分提取分离上取得了比较良好的效果。其提取分离过程是根据工业化生产的规范化的要求,以水和50%的乙醇为溶解的媒介,能够成功的将植物中的相关成分提取并分离出来,纯度比较高,且树脂的利用率高,至少可以重复利用3次。因此树脂吸附技术在中药的有效成分的提取、分离、净化方面具有显著的优势,对推动中药现代化建设有明显的作用。
二、 利用相关酶剂进行中药的成分的提取、分离
植物的药性成分一般都分布在植物的细胞中,而植物细胞是由细胞壁包被的,细胞壁具有保护、固定的作用。当细胞质中的有效成分向细胞间质中扩散是必然经过细胞壁,所以必须借助一些相关的酶介质,如纤维素酶、胶原酶等,对细胞壁的化学结构进行讲解,以破坏细胞壁的功能,方便细胞质的有效成分游离出来,提高有效率。酶剂方法的分离步骤:给细胞一个适宜酶剂效应的环境,如温度、PH、浓度等,然后利用上述适宜的环境把相应的经碾碎的植物组织就可以分离提取出来。对于动物组织也可以利用此技术。
三、 利用半透膜的通透性进行中药成分的提取分离的技术
半透膜是一种通透性的薄膜,它与生物膜异曲同工的作用,其原理是利用半透膜两侧的浓度差距作为动力,设定有用的中药成分的分子的直径大小范围,把这种直径较适当的成分分子通过这种动力运输到半透膜的另一侧,进而达到提取、分离和提纯的目的。半透膜的这种优势把复杂的草药的化学组分,如生物利用碱、糖苷类、有机酸类、酚类以及蛋白质肽类、无机盐等进行比较系统的分离提纯。这种技术具有以下几点优点:(1)半透膜的选择性比较广泛,对于大多数的自然界物质的分离都有显著的作用;(2)这种技术的实用性比较强,滤出率比较高;(3)由于半透膜的物理特点——俱温性,因此在提取分离过程中不需要加热或者高温进行蒸发浓缩,因而中药的有效成分的药效性不易变质,提高了药效率。综上所述,采用半透膜的提取分离技术,可以克服中药成分在高温蒸发浓缩时失去药效性。此外自然界物质经过半透膜提取分离技术处理后,可以使中药达到品质优良,药效显著的目的,为消费者节省医疗费用。
四、 利用液体的分子蒸馏法进行中药成分的提取分离的技术
我们知道,当液态的分子遇到高温或者高热时会变成气态分子,根据气体分子之间的重量的差别,其悬浮度有高有低,当再次遇到比较低的温度时就会液化而落下来形成液态分子,继而达到分离的目的。这种液态分子的蒸馏技术主要具有以下特点:(1)操作过程中所需要控制的温度要比原材料的固有沸点低,当分子气化使比不需要达到其沸点值,这种特点相对于沸腾时的常规蒸馏法要优越的多;(2)蒸馏时控制的压强相对较低,这种做法不仅降低了原材料的沸点值,同时也保障了药物成分分子的药效性,以免被破坏,以及减轻了设备的技术水平的压力;(3)此外在分离的流程中,原材料是在真空和低温的环境中进行的,这样的做法相对的使原料分子所消耗的时间缩短,减低了废物生成率,保证了成分在分离时的活性;(4)最后所分馏出的产物的纯度比较高,并保障了工作环境清洁卫生,污染率极低,适应国家环保的要求。
五、 利用高速离心机对原材料进行离心分离的技术
离心分离技术的主要设备是一种转运速度非常迅速的离心设备,学名称为高速离心机,它的转速可达到上千倍,因而有利于物质分子加速沉降,进而使不同分子量的成分分子分离开来,并与过滤技术结合起来,有效地提高了提取分离的效果。高速离心技术具有节省时间和人力的特点,效率比较高,纯度较好。通过介绍,我们知道这种提取分离技术属于一种物理方面的技术,它可以有效地降低损坏药物成分的损失度,较大程度地保障了中药的活性成分,节约了时间和金钱,提高了工作进度。高速离心分离技术已经广泛地应用在分离提纯方面。
六、 利用生物分子进行跟踪的分子印迹分离的技术
这种技术的理念是将待提纯分离的原材料以分子化合物的形式,用其相应的具有识别标记功能的高分子聚合物为模板进行配对,利用色谱达到提取分离的目的。这种印迹分离技术具有精确度高、获得纯度高的产物的特点,即其识别功能强,并具有较好的机械性能和较长的使用寿命,已被相关工作人员作为一种高效率的中药的有效成分的提取分离的技术。
到目前为止,已经有多项研究表明,以上的诸多技术在中药提取分离方面都有非常广泛的前景,但仍需要我们不断地努力,才能让中药更好地服务更多地患者。
参考文献
[1] 曹宝平.高新技术在现代中药提取分离领域中运用.中国现代药物应用, 2011,05(18).
[2] 董立丽.中药提取分离新技术的进展.海峡药学,2009,21(12).
一、引言
目前,我国中药生产技术明显落后于其他制药技术,中药产业在我国制药市场中呈现下滑趋势。中药产业若想在激烈的制药市场中立足和发展,就必须不断的引入现代新技术,向高科技制药技术的水平和方向发展。随着我国加入世界贸易组织,我国的中药产业得到了较好的发展,大多数中药企业都投入大量资金,引入了现代化高新技术,这刺激和影响着传统的中药产业。现代化科学制药技术和各种制药新工艺、新设备的应用,使我国中药产业取得了举世瞩目的成就,也推进了中药制药剂量和药效稳定发展。
二、现代化中药制药技术实例概况分析
进入二十一世纪以来,中航建发在医药方面形成了自己的特色,拥有了一支专业的设计队伍。其医药工程项目设计主要涵盖生物制药、中药提取和医药制剂以及配套的设施等。特别是中药提取车间的工程项目设计,把国内外的先进制药技术和我国传统中药制药技术联系起来,不断的改革和完善,形成了一套全面的中药现代化生产技术体系,被国家发改委员会评为“高技术产业化示范工程项目”。
此制药项目占地面积达到3000多平方米,厂区分为两期工程进行规划和整理,一期工程建筑面积达到8000平方米,为双层,高度为18.75米,结构形式为钢筋混凝土结构。在整个厂房的布局中,规划了发酵车间、提取车间、电房、仓库以及办公区域等。各辅助生产区域采用岗位轮流的工作模式,在不影响工作有序进行的前提下,将厂房分为2层,方便工作人员的工作。
在设计中,将提取车间分成了三层,包括出渣层、操作层和投料层。在第三层可以布置同提取罐配套的冷凝器、冷却器;提取罐可以悬挂在第二层上,同时单效蒸发器也放置在第二层。整个设计工序方便操作、流程顺畅,既充分利用了空间,又减少了占地面积,降低了成本的投入。
图1 中药提取生产车间
三、现代化制药技术在中药生产中的设计和应用
在一个工程项目中,好的方案和规范是工程项目成功与否的重要基础,也是影响建设全过程有效的控制理论。在科学技术日新月异的今天,我国的中药制药现代化技术不断进步,促进了我国制药工艺和行业的快速发展,满足了各种各样的需要。
(1)采用自动化技术对固体进行发酵
现代化中药制药工艺突破了原来的生产技术,适应了国家和社会高新化、现代化的发现要求,使固体发酵工艺实现了技术创新。在工作设计和制度中,引入了先进的开发技术和单元操作技术,建立了一套适应国家先进水平的现代化自动生产线,以满足相应发酵环境下各种新工艺、新技术以及新设备的发酵工作和在不同自动化技术控制阶段的标准和理念。此技术有效的推动了中药制药技术的发展,使现代化先进制药技术广泛的应用在中药生产过程中,提高了中药生产效率,保证了中药药性和剂量。
(2)实现了中药胶囊有效成分的定量控制
目前,我国大多数制药企业为了实现质量控制现代化,在生产检查中采用了高效液相色谱法(HPLC)检测质控手段,它采用了高压输液泵、高灵敏度检测器和高效微粒固定相,能对液体混合物进行成分分离。超高效液相色谱-质谱联用、气相色谱-质谱联用方法在定量控制中的应用也越来越多。例如,三聚氰胺就可以用此法检测其含量。相关部门还制定了科学严格的质量标准,使中药制剂更具有安全性和稳定性。
图2 高效液相色谱法(HPLC)
(3)中药的提取和制剂生产设备对生产过程进行全面的质量检测控制
生产工艺和质量控制直接关系着中药现代化的发展。单元制造技术系统集成的自动化全面质量检测控制生产线是该项目实现制药工艺现代化的重要工作之一。在此项目中,单元制造设备建立了提取、浓缩、干燥等操作系统,这些相互独立又相互连接的方式,使整个提取工艺流程实现连续化和物料转移管道化。
设计中,采用了国际先进水平的铝塑包装设备,提高了产品包装过程的质量控制;同时具备了在线检查和称重、自动去除不合格产品的功能,有效的增加了中药生产的效率和质量。设计中用到NT25型铝塑包装机,利用数字和红外线扫描,能精确的保证产品的质量参数,高效快速的控制质量,提高了中药生产技术水平和设备水平,进而推动了中药产业的稳定发展。
(4)高温、高湿的空调处理技术
在现代化制药技术中,中药生产流程非常的复杂。在生产过程中,提取工序使用大量的酒精,存在安全隐患和质量风险,应该在送风支路上设置防爆防火阀,并采用直流形式排风。如果外界自然空气能达到一定的使用要求,可以利用自然风,采用排风扇,实现变风量、变新风的运行。
(5)膜分离技术在中药提取、分离中的应用
膜分离技术是以选择性透过膜为分离介质,利用膜两侧的电位差、浓度差或者压力差,使原料选择性的透过膜,达到最佳的分离效果。在中药成分分离过程中,由于存在较多较大的杂质和胶体,不仅会对膜产生一定的破坏,也会对中药的提取、分离以及制造工作带来不必要的麻烦。因此可以在中药中加入絮凝剂,使部分悬浮颗粒发生沉淀,使其过滤,更好的被超滤膜分离,达到中药生产的最佳效果。由于该技术操作方便、污染小、成效高,能全面提高中药生产的质量,促进我国中药产业更好更快的发展。
四、结束语
此工程设计整体来讲,布局比较合理,各项工艺流程和设备都已经达到国内先进水平,其生产过程稳定可靠,有效的提高了中药生产的效率,保证了中药的剂量和药效。中药制药作为我国传统医学的精髓,运用现代制药技术进行生产是必然的选择。相关部门应该充分利用现代技术,调动科学力量,促进中药走向现代化、国际化的发展方向,为我国人民的健康做出应有的贡献。
参考文献:
[1]杨哲萱,周立红,章顺楠,叶正良,柳文媛. NIRS技术在中药生产中的应用及其验证方法探讨[J]. 中草药,2013,10:1342-1348.
中药是祖国医学防病治病的物质基础,是我国传统药学宝库,包含中药材、药材饮片及中成药。中药在医疗保健中发挥着越来越大的作用,对进入高龄化社会的21世纪来说,中药制剂作用缓和、对慢性疾病疗效显著,标本兼治,适于老年患者,具有广阔的发展空间[1]。中医药是几千年来中华民族赖以生存、繁衍的医学瑰宝,但我国作为中药资源大国,却不是中药产业大国。在现代主流医学中,中医药仅扮演配角,竞争力明显低于国外同行业。据统计,日本一家中药企业用中国的“六神丸”配方和地道中药材制成“救心丹”后返销我国,2003年在我国的销售额达1亿美元。韩国仅“高丽参”一项出口就相当于我国全部中药材出口额的50%,价格比我国人参高出10倍左右。国际市场上中成药的销售额每年约300亿美元,日本占80%,韩国占10%,而我国只占5%左右。专家认为,“洋中药”疗效稳定,质量可控,特别是在有效成分提纯方面科研创新和技术水平高。而我国中药还未摆脱传统用药方式,即使是制成的丹、丸、散、片,也有着标准不一、质量不稳的问题。绝大多数中成药在安全性及有效性方面没有完整的科学数据,从原材料到产品生产缺少可控的质量标准,中药产品与国际药品标准和要求并不接轨。我国中药资源丰富,历史悠久,但这一优势在竞争激烈的国际医药市场上却没有得到充分体现,在出口及基础研究领域落后于日本、韩国、台湾等国家和地区。中药材原料生产与质量标准化,是我国中药现代化的最大“瓶颈”。要改变这种局面,争得世界传统药物市场的一席之地,针对控制标准不科学,生产管理不够规范,药物作用机理和毒理作用不明确以及新药有效成分的筛选缺乏科学性这些弊端,唯有利用现代生物技术改造中药,加快中药现代化进程。
1.中药现代化
中药现代化是以中医药基础理论为指导,用现代科学技术,研究中药的科属种源、成分分析、炮制研究、组方原理、制剂开发、制剂标准、质量控制等一系列工作。现代化中药产品的特点为三效:高效、速效、长效;三小:剂量小、毒性小、副作用小;三便:便于储藏、便于携带、便于服用[2]。
2.中药现代化中的一些生物技术
2.1提取分离中药有效成分难是导致中成药疗效差、质量不可控的主要原因。应用指纹图谱技术的色谱图标示可以改善这一关键技术难题。色谱主要是利用物质在流动相与固定相中的分配系数差异而分离样品。样品中的各组分在两相相对运动时被多次分配,分配系数大的组分迁移速度慢;反之则速度快,因此被分离。
2.2DNA遗传标记、电泳技术DNA作为生物群体细胞中的遗传物质,具有遗传稳定性,代表了该种群的基本遗传特征,对其标记,制定出其正品的标准DNA指纹图谱,为鉴别不同类别中药提供了方便快捷的方法。
2.3分子免疫技术疾病发生时异常基因功能的实现最终还依赖于蛋白质表达,中医药预防和治疗疾病的疗效最终也往往落实到蛋白质,通过对有关蛋白质的调控而发挥作用,因此,观察蛋白质水平的变化是中医药作用机制研究的重要环节。
2.4转基因技术国外获得成功的转基因药用植物有8种,其中转基因烟草可以生产人用溶酶体酶及多种人与动物疾病抗体,转基因玉米生产重组霍乱疫苗、单克隆抗体等。
2.5基因芯片技术基因芯片技术可显示出中药作用的所有靶基因。药物处理后基因表达的改变对研究药物作用机制有一定的提示作用。此技术可以分析单味中药或中药复方用药前后机体的不同组织、器官基因表达的差异,从而发现一组病症相关基因和药物效应基因,作为药物筛选靶标,优化靶点,开发新药。同时可对中药中的各种成分进行平行筛选,比较各种成分作用后机体基因表达的差异,结合体内组织学和生物化学的改变,探索中药的有效成分及存在状况,寻找有效部位和制备单体。
2.6植物细胞工程实施药用植物的细胞工程,可以利用生物反应器对植物细胞组织大规模培养,通过一系列的单元操作和有效的细胞程序调控,提高中药有效成分含量,通过对有效成分含量的标准化,可提供与天然中药材具有相同药理作用的中药原料产品。其次,还可运用植物细胞工程技术分离和提取中药有效成分,解决原料(栽培)质控、安全性和有效性等问题,使中药产品的技术含量高,质量可控, 疗效确切, 易于制备各种现代制剂。植物细胞工程有助于实现中药生产标准化,实现濒危珍稀中药材和具有较高临床价值的现代中药产品的二次开发。
主管单位:中国科学院
主办单位:中国科学院科技政策与管理科学研究所
出版周期:双月刊
出版地址:北京市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1664-3849
国内刊号:11-5699/N
邮发代号:2-534
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1999
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中图分类号:R944 文章编号:1009-2374(2015)25-0064-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.25.032
维吾尔医药是祖国医药学不可分割的组成部分,也是新疆璀璨文化中绚烂的一章。丰富的天然资源是维吾尔药材的主要来源,千年来经过不断增补完善,积累经验已逐渐形成了独具维吾尔特色的药物学。喷雾制粒技术是将制粒和干燥一步完成,能够在数秒内完成水分的蒸发,使物料燥成粉状或颗粒,大大提高了工作效率。而且喷雾制粒过程是密闭操作,符合GMP标准。该技术应用已从乳制品、染料、化肥和脱水食品领域扩展到医药、陶瓷、冶金等工业生产中。在维药的生产中更是被广泛应用,发挥着重要作用。
1 喷雾制粒干燥技术基本原理与工艺过程
喷雾制粒机集混合、干燥、喷雾制粒功能于一体,能直接将液态物料一步制成颗粒,具有快速干燥颗粒、粉状物料等多种功能。工作原理:物料受进风气流的推动在原料容器及扩展室内上下运动利用高速的热气流使粉料悬浮成流化态,液体通过安装在扩展室的气动喷嘴加入到系统中制粒,雾化的液体覆盖流化物料,使流化态的粉末凝结成多孔状的颗粒。工作时,雾化器喷嘴将原料液分解成雾滴,并将其抛洒于温度为120℃~300℃的热气流,利用雾滴运动时与热气流的速度差,使物料在几秒至几十秒内迅速干燥。干燥的原料液可以是溶液、乳浊液,也可以是熔融或膏糊液。干燥的产品可以根据工艺要求制成粉状、颗粒状、团粒状甚至空球状。利用液态物料作为制粒的润湿黏合剂,可节约大量的酒精,降低生产成本,并能生产出小剂量、无糖或低糖的中药颗粒。
2 喷雾干燥技术的优势及缺陷
2.1 喷雾干燥技术的优势
2.1.1 喷雾制粒技术可以将混合、制粒、干燥等操作一步完成,大大简化了其生产工艺,缩短了干燥时间,提高了药品的生产效率和产品质量。
2.1.2 喷雾制粒是将一部分制好软材颗粒放入机仓底部作为底粉,将混合好的浸膏或黏合剂由上部或下部喷入流化室内,使粉末聚结制成颗粒,然后进行干燥,药液是在不断的搅拌状态下喷成雾化分散体,瞬时完成干燥,制成的颗粒粒度均匀,流动性好,含水量低,可以直接进行压片填充胶囊。
2.1.3 喷雾制粒解决了维药提取液浓缩干燥的问题,这就可把处方中可制成提取液的成分尽可能地干燥制成浸膏粉,可以减少处方中辅料的用量,使服药剂量大大的减小。
2.1.4 生产总染菌或污染环境的机会减少。这是由于整个操作在一个密闭的生产设备中,制粒干燥过程中物料始终处于密闭的负压下,与空气不相接触,杜绝了暴露在生产环境中及与操作者接触的机会。
2.1.5 符合GMP《国际药品生产管理规范》:国际化的GMP生产车间以及符合GMP要求的先进技术及设备是现代维药的标志,在生产中可以发挥更有价值的作用。
2.1.6 维药的原料主要来源于天然药物植物。其成分较为复杂,利用喷雾干燥技术时维药的药物成分不会发生改变,特别适用于受热不稳定成分的干燥。
2.2 喷雾干燥技术的缺陷及注意事项
2.2.1 喷雾干燥属于对流型干燥器,热效率比较低,投资费用较高。
2.2.2 部分维药提取液黏度相差很大,不能用固定不变的喷头,含有挥发性成分的不宜直接喷粉,应先一区挥发油,再将其加入粉中。
3 喷雾干燥技术与传统工艺的比较
3.1 喷雾干燥技术与减压干燥技术的工艺过程
减压干燥技术的工艺过程为:提取浓缩液减压干燥粗粉碎细粉碎湿法制粒。
喷雾干燥技术的工艺过程为:提取浓缩液喷雾干燥湿法制粒。
3.2 工艺路线比较
传统的减压干燥工艺由提取液到制粒这一过程为三个步骤,且在制粒前还需根据药物自身的因素进行加工和调整后再制粒。相对于喷雾干燥技术只有一个步骤即可直接制粒而言工艺路线长,由此比较喷雾干燥的工序步骤明显更加简易。
3.3 生产成本比较
3.3.1 干燥时间比较。从物料本身受热干燥的时间来看:喷雾干燥的过程中,物料瞬间干燥,受热时间仅为数秒到数十秒,是烘箱干燥技术无法相比的。从整批物料进行干燥多用时间来看:采用该方法后,颗粒剂制粒工序单批次生产时间缩短为2.5天,在实际生产中的工作效率提高50%以上。
3.3.2 能源适用情况比较。一批颗粒剂产品采用喷雾制粒干燥工艺一班即可完成,而烘箱减压干燥工艺则需延续两班才可完成,故能源的消耗是喷雾工艺的一倍以上。喷雾干燥工艺在生产中大大提高了效率,节省了工时,节约了能源,降低了生产成本,所以更多地用在中药、维药等产品的生产中。
4 喷雾制粒干燥技术应用中存在的问题及解决
喷雾干燥技术广泛应用与不断完善的同时,在生产中仍存在着问题和缺陷:
首先,关于确定不同中药的最佳工艺的问题。维药的种类很多,因此理化性质也各不相同,即使采用相同设备、相同干燥条件下,其传质、传热的速率也有较大的差异。如果按照一般的方法进行干燥,既达不到理想的干燥效果,也是对能源的浪费。因此对每种产品都需通过试验进行了解,摸索出最佳工艺,减少其成本与能源的消耗。
其次,黏壁及吸湿问题。大多数维药提取液黏度很大,喷雾干燥时易出现黏壁现象,对此可加入些辅料减低其黏度。进风温度太低,物料处于半湿状态易产生黏壁现象。低熔点物料易黏壁,应将塔内最高温度控制在物料的熔点以下。含糖成分高的药材存在吸湿性强的问题,可通过调整辅料中糊精的比例或用大孔吸附树脂对维药提取液进行纯化,可防止吸潮。唐雪梅将中药浸膏经过大孔吸附树脂纯化后,再制粒时粉末不吸潮。
最后,维药提取液进行喷雾制粒干燥时,雾滴表面有水饱和,因此温度不高,故对含热敏物质的制剂,干燥后产品的质量稳定。卢忠东对不同温度下野刺梨汁喷雾干燥前后的Vc含量进行比较无明显差异,证明高温喷雾没有改变其Vc含量。
5 结语
喷雾制粒技术可应用于现代维药制剂干燥、制粒等生产环节,可以通过调整辅料、控制温度、纯化提取液等方式,摸索出最佳工艺,解决热敏性、吸湿、黏壁等问题。喷雾制粒技术不仅在生产中大大提高了效率,同时能有效地降低生产成本,未来会更多地在维药产品生产中广泛应用。
参考文献
[1] 李绍华.中药喷雾干燥生产经验介绍[J].中成药,2003,25(3).
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[6] 李绍华.中药喷雾干燥生产经验介绍[J].中成药,2003,25(3).
1 衍生技术
随着液相色谱技术的发展,要求使用通用型的高灵敏检测器,但迄今为止,高效液相色谱还没有一个足以同气相色谱相比拟的通用型检测器。为了扩大高效液相色谱的适用范围,提高检测灵敏度和改善分离效果,采用化学衍生法是一个行之有效的途径。化学衍生法是借助化学反应给样品化合物接上某个特定基团,从而改善样品混合物的检测性能和分离效果。
高效液相色谱的化学衍生法是指在一定条件下利用某种试剂(一般称作化学衍生试剂或标记试剂)与样品组分在色谱分离之前或分离之后发生化学反应,从而使得反应产物有利于色谱检测或分离。简言之,化学衍生法主要有以下几个目的:
(1)提高对样品的检测灵敏度;
(2)改善样品混合物的分离度;
(3)适合于进一步作结构鉴定,如质谱,红外或核磁共振等。
衍生主要分为紫外和荧光衍生,下面我们将介绍这两种衍生方法。
1.1 紫外衍生技术
紫外衍生即加入发色团使正常形式下不能被检测的物质能够检测。发色团应具有较大的摩尔吸收系数,使其吸收光谱能尽量提高检测灵敏度,使背景噪音变小。
一般情况下用于紫外衍生的试剂要有两个重要的官能团。第一个用于控制试剂与被测物反应,第二个用于紫外检测,即发色团。
常用的紫外衍生试剂有4-溴甲基-7甲氧基香豆醛、对-(9-葸酰氧基)苯甲酰甲基溴化物、对-硝基苄基-N,N,-二异丙基异脲、3,5-二硝基苄基-N,N’-二异丙基异脲、溴化对-溴苯甲酰甲基、卜氨基萘(1.NA)、3,5-二硝基氯苄,4-二甲基胺偶氮苯-4-亚磺酰基、卜萘异氰酸酯、对-硝基苄基羟胺盐酸盐、3,5-二硝基苄基羟胺盐酸盐、N-琥铂酰亚胺基-对-硝基苯醋酸酯、N-琥铂酰亚胺基-3,5-二硝基苯醋酸酯等。
1.2 荧光衍生技术
高效液相色谱的荧光检测器比紫外检测器灵敏度更高。具有强紫外吸收的化合物检测灵敏度可达ng级水平,而荧光衍生物的检测水平一般为10-12.1044mol/L灵敏度比紫外检测器提高10-100倍。HPLC结合荧光检测方法所具有的高选择性、高灵敏度以及试样用量少的特性,使得其对各种复杂生物样品中的分析物测定变得更加灵敏、准确、快速。但荧光检测器要求被检测样品能被激发产生荧光。对于荧光较弱或不产生荧光的样品灵敏度则很低,甚至不能被检测。为了扩大检品范围,提高检测灵敏度,常采用荧光衍生法。
衍生化反应的关键是衍生试剂的选择,从实际分离和检测经验方面考虑,用于荧光衍生化反应的衍生化试剂应具备下列条件:(1)试剂应具有较大的摩尔吸光系数。(2)试剂应具有良好的发光发色性能,与分析物结合后不减弱。(3)衍生试剂对某一官能团的衍生反应具有高度选择性。(4)过量衍生试剂易从反应产物中分离,衍生物应具有好的色谱分离稳定性。(5)在温和条件下能够很快定量地生成衍生物。(6)形成的衍生物的荧光信号应远高于溶剂的背景吸收,对比明显且检测灵敏度高。(7)试剂合成方法简单,原料易得、毒性小。(8)生成的衍生物在甲醇或乙睛溶液中有足够的溶解度。(9)衍生物对光有足够稳定性。
目前常用的荧光衍生化试剂有:荧光胺、邻苯二甲醛、丹酰氯、4-氯-7-硝基-2,1,3-苯骈恶二唑等。荧光胺是最常用的荧光衍生化试剂,可同伯胺及大多数氨基酸反应,反应迅速,衍生物具有高的荧光强度,而试剂本身则迅速水解为不发荧光的产物,是一种理想的柱前衍生化试剂;丹酰氯是应用最广的荧光衍生试剂,常用于含氨基药物的测定,同伯胺和仲胺都能反应,也可用于含酚羟基的药物如雌激素的测定;邻苯二甲醛,常用于伯胺类及氨基酸类化合物的荧光分析。胺类化合物的衍生试剂还有荧光素异硫氰酸酯、芴代甲氧基酰氯、4-氯-7-硝基.2,1,3.苯骈恶二唑、6-氨基喹啉琥珀酰亚胺碳酸酯等。目前已开发出一些醇和酸的衍生化试剂。醇、酚的衍生试剂有:羰基氯类,芴代甲氧基酰氯;磺酰氯类,丹酰氯,卤代三嗪类,1-乙氧基-4-(二氯.三嗪)萘(EDTN);羧酸类化合物的衍生试剂有:4-溴甲基.7-甲氧基香豆素,7-N-哌嗪-4-二甲氨基苯骈呋喃重氮、9-葸重氮甲烷、4-氨甲基.6,7-二甲基香豆素、9-(2-羟乙基).吖啶酮等。羰基化合物的衍生试剂还有肼类,如DNs.H、CEOC.H;氨基类,如氨基甲基芘等。
衍生化反应从是否形成共价键来说,可分为两种:标记和非标记反应,标记反应是在反应过程中,被分析物与标记试剂之间形成共价键。而所有其它类型的反应,如形成离子对、光解、氧化还原反应、电化学反应等都是非标记反应。另一种区分衍生化反应是根据衍生反应的场所,分为柱前衍生化,柱上衍生化和柱后衍生化三种。从是否与仪器联机的角度来分有在线和离线两种。目前在HPLC中以离线的柱前衍生法(简称柱前衍生法)与在线的柱后衍生法(简称柱后衍生法)使用居多。
柱前衍生是在色谱分离前,预先将样品进行衍生,然后根据衍生物性质进行色谱分离并检测的方法,其优点是勿需考虑衍生反应的动力学因素,衍生化试剂、反应条件和反应时间的选择不受色谱系统的限制,不需附加仪器设备。缺点是操作过程较繁琐,容易影响定量分析的准确性,且衍生反应形成的副产物可能对色谱分离造成较大干扰,从而影响分析结果。但使用柱前衍生化方法衍生效率高,所以柱前衍生仍是目前分离分析中最常用的方法之一。
柱后衍生是将混合样品先经色谱柱分离,再进行荧光标记,最后进入检测器检测的方法,是液相色谱中比较常用的一种手段。在分离柱和检测器之间连接一个小型反应通道,反应混合物以恒定的速度流过,使得衍生反应的操作简便、重现性好,并且可连续反应,便于实现分析自动化,因此引起了许多分析专家的兴趣。但由于反应是在色谱系统中进行,对衍生试剂、反应时间和其它反应条件均有严格限制,需要通过控制反应通道的尺寸、流动相的流量以及反应通道的温度来实现在特定温度下特定时间内的反应,所以在一定程度上限制了它的广泛应用。
2 色谱联用技术
由于色谱和各种光谱、质谱手段的多样性,包含了各种各样的联用方式和技术,包括不同色谱技术之间的联用等。由于对分析要求的日益增高和各种微量、高通龟色谱及光谱、电子计算机技术的发展,每种联用均得到较大发展,其中最引人注目的是色谱与质谱的成功联用与多维色谱技术。
2.1 多维色谱技术
常规的以一维色谱为核心的分析方法由于峰容量的限制,样品分析时要么采用繁琐的预处理方法,要么采用选择性的检测器,否则色谱峰重叠不可避免。为了解决这方面的共性问题,建立多维分离方法十分必要。多维色谱分离技术是将样品注入呈正交分布的多个分离体系中,样品中各组分以进样点为原点在多维的分离方向上展开。多维液相色谱在不同的分离阶段采用不同的分离模式,而分离阶段的数日多少被称为维度。对于柱串联色谱系统而言,其维度依据所连接分离模式的数目可以是2.3,或更多。因此,多维分离系统提供了比一维系统更多的分离空间,允许组分峰沿着各分离维的坐标方向展开,从而减少了峰重叠。
多维色谱实现的关键技术在于样品在两种分离模式之间的转换,接口与控制技术是该项技术应用的瓶颈。Ste-ven[91]综述了多维液相色谱分离在生物医学和药物分析中的应用,指出在多维色谱法中样品使用的不仅仅是一种分离机制,任何一种分离机制都被看成是独立的分离维数,被测物的分析可以通过离线收集或直接在线完成。
2.2 色谱/质谱联用技术
在色谱/质谱联用技术中,气相色谱和质谱联用仪(GC/MS)是开发最早的色谱联用仪器,现已广泛用于药物滥用监测、兴奋剂检测、临床疾病诊断、药动学研究等体内药物分析。液相色谱与质谱联用技术(HP I-C/MS)的发展主要体现在液相色谱通过各种连接口与各种质谱的联用上。目前,大气压下的液相色谱与质谱的联用接口主要是电喷雾接口(ESI)和大气压下化学电离接口(APCI),其原理是利用气体辅助(或加高压)下流动相进行喷雾,将溶剂挥发掉,同时,流动相中的溶质分子在大气压下进行电离。这种方式在很大程度上解决了使用LC/MS时对流动相的限制问题,灵敏度也得到了很大的提高。HPLC/MS技术可以用来对新药研发的各个阶段进行整体分析,并测定和评价这些新的化学实体的各种物理和化学性质。此外,一系列的药物代谢和药动学实验需要测定药物的吸收、分布、代谢和排泄的特征,以及分析药动学(PK)参数。药物代谢研究是LC/MS的一个重要的应用方面,LC/MS除了可确定分子量以外,还可以根据特异性断裂规律推导出部分结构共至是完整的结构。LC/MS鉴定药物代谢产物主要包括以下几个步骤:测定原形药物的质谱;选择准分子离子、加合离子和主要的碎片离子进行多级质谱分析;选择原形药物的主要中性丢失,测定生物样品的中性丢失谱,图谱中的离子即为原形药物和可能的代谢物的分子离子;选择主要的子离子测定生物样品的母离子谱,所得母离子即为各个代谢物;测定生物样品中所有可能代谢物的子离子谱,解谱得到代谢物的结构。串联质谱(MS/MS)是将一个质量选择的操作接到另一个质量选择的后面,在单极质谱给出化合物相对分子量的信息后,对准分子离子进行多极裂解,进而获得丰富的化合物碎片信息,确认目标化合物,对目标化合物定量。HPLC/MS/MS联用技术在新药研发和药物研究方面已成为一种很重要的应用技术。大部分的候选药物的分析方法都是以GC或HPLC为基础的,并且这种技术已经使药物代谢并入药物的研发过程中。MS/MS与单级MS相比,能明显改善信号的信躁比,具有更高的灵敏度及选择性,其检测水平可以达到pg级,其高灵敏度和宽选择性使得血浆中的药物分析发展成为快速、定量的分析。当前,CE的检测通常由紫外、二极管阵列或激光诱导荧光等检测器来完成。近年来,由于MS能提供更为丰富的有关相对分子质量和分子结构的信息,已经成为CE的最重要的检测技术之一,CE/MS联用技术得到很大的发展。CE/MS联用中,主要离子化手段有快原子轰击(FAB)和电喷雾电离(ESI)离子化;而CE的分离模式则主要集中在CZE,MEKC,毛细管凝胶电泳(CGE)和毛细管等速电泳(CITP)等。CE/MS联用的关键问题是CE和MS的接口技术。当前主要采用无鞘接口、液体接界和鞘式液体接界等接口技术。CE/MS虽然发展很快,但是现阶段,该技术的应用广度离常规定量检测还有很大距离。主要问题是:较低的样品利用率以及由此产生的较弱的浓度灵敏度;与LC/MS相比有更大的检测波动性;分离灵敏度过于依赖样品基底离子强度等,解决这些问题必将是未来CE/MS联用技术发展的重点。
【参考文献】
1 机电控制系统
机电控制系统为分层分布式结构,采用上位机+下位机+集成电路板的技术进行综合控制。其电路系统结构框图如图2所示。具体介绍如下:
(1)上位机使用PC机,负责管理级和监控调度级的控制。上位机不采用工控机的原因是因系统对于界面、数据库处理及网络联系等均有较高的要求。上位机的主要功能是将人机界面输入的二进制编码信息通过RS-232串口传送给下位机,并对下位机的工作状况进行实时监控,完成药方打印和液晶显示。另外,它与药品管理信息系统之间的信息交互,是通过医院内部的局域网来进行并采用TCP/IP协议实现的。
(2)下位机负责设备级控制。其功能是接收并解码上位机发送的二进制配药信息,然后根据配药信息选定所需药品,驱动相应集成电路板进行下药控制,并驱动机械手进行定位、取出药品、包装成袋,连同打印药方一起交付患者。下位机之所以采用PLC而没有选择价格相对低廉的单片机,原因之一是为了满足中药配药机对高速运作的要求,X轴导轨和Y轴导轨均采用伺服电机驱动,而单片机对伺服电机的控制能力相对较差,很难做到精确控制;原因之二是中药智能配药系统对可靠性的要求很高,而单片机的稳定性与PLC相比要差一些,且容易受到外界电磁的干扰。
(3)下药直流电动机的控制采用以ALTERA
公司的ACEX1K芯片为核心的集成电路板来完成。在该芯片中集成了在Max+plus II开发系统中用VHDL语言编写的控制、计数和定时功能。该电路板的功能是接收从PLC发来的命令和药品质量数,控制电动机的转数,在0.07g/转的精度下完成规定重量的下药。由于本系统使用了多达420个下药直流电机,因此采用可减少I/O点数及PLC布线的集成电路板。该系统的所有下药电机由28块集成电路板分别控制,每块集成电路板控制的下药部分相对独立。这样,检查和维修不受位置限制,具有较高的可靠性和性价比。
1.1 PLC控制
1.1.1 PLC配置
本系统PLC配置采用OMRON公司的C200HE型PLC,并在其基础上扩展了一个16点继电器型开关量输出模块C200H-OC225、一个32点晶体管型开关量输出模块C200H-OD215、两个16点开关量输入模块C200H-ID212和一个四轴位置控制模块C200HE-NC413。各模块的作用为:
(1)两个输入模块用来接收配药机器中各种接触器的位置反馈或动作的故障反馈,对其配置无特别要求;
(2)两个输出模块发出指令,用来操作配药机器。继电器型开关量输出模块驱动电流大,但不能频繁动作,因此用来控制所有电磁阀和各种直流电机、步进电机;晶体管型开关量输出模块则正好相反,且其输出为TTL电平,具有可以与其它集成电路接口的优点,用来驱动集成电路完成下药操作。
图3 伺服电机控制电路
(3)四轴位置控制模块用来控制四轴(X、Y、Z、U)互相独立的两个伺服电机和三个步进电机。在X、Y轴上分别配置了两个伺服电机,而三个步进电机由于工作时间互相错开,全部配置在U轴上。另外,X、Y轴上各有左右限位开关和原点接近开关3个,Z轴有原点接近开关1个,这样,共7个接近开关接到C200HENC413上。该模块以不超过10ms的响应时间从PLC内存取得命令,在500kp/s的高频脉冲下与PLC内存数据建立映射关系,完成通过修改内存数据定位伺服电机和步进电机的位置以及通过内存数据反馈伺服电机和步进电机的位置情况的功能。
1.1.2 伺服电机控制电路
在本系统中,配置了两个OMRON公司的SMARTSTEP A伺服系统,对X、Y轴完成定位操作,具体控制电路如图3所示。其中包括四轴位置控制模块C200HE-NC413、通用控制电缆R88A-CPU002S、伺服驱动器R7D-AP04H、伺服电机R7M-A40030-BS1(为带制动器的带键直轴圆柱形电机)。图中,CN1代表伺服驱动器,CN2代表与伺服电机同轴的分辨率为2000脉冲/转的光学增量型编码器用连接器,它可以完成从驱动器到伺服电机的具有位置反馈和速度反馈的闭环控制。在伺服电机中,M代表电机本身,E代表编码器,B代表动力制动器。由于固定脉冲代表固定距离,因此当伺服电机接收到控制系统发出的若干条脉冲指令后,就可以完成预定的定位。在本系统中,设置电机的分辨率为5000脉冲/转(0.072度/步),伺服电机连接的同轴减速器比例为31,其带动导轨移动的速率为60mm/转。因此,伺服电机带动导轨移动的速率为20mm/5000脉冲。伺服电机控制电路的控制原理为:位置控制单元从设备处得到各种控制信号,并根据不同药罐间的距离与20mm/5000脉冲的数据大致算出映射到四轴位置控制模块NC413在PLC中的脉冲数据;然后通过通用控制电缆输出高速脉冲给伺服驱动器,由其驱动伺服电机,使之根据误差反馈自动微调该数据,最终达到精确定位的目的。
图4 步进电机控制电路
1.1.3 步进电机控制电路
步进电机驱动器与C200HE-NC413的连线类似于图3中伺服电机驱动器与C200HE-NC413的连线,而步进电机驱动器与步进电机间的连线则如图4所示。本系统中控制机械手摆动的步进电机采用STONE公司的86BYG250B,驱动器采用STONE公司的混合式步进电机驱动器SH20806C;控制送袋与推袋的两个步进电机采用SANYO公司的103H548,驱动器采用STEP公司的四相混合式步进电机细分驱动器ST4HB03X。步进电机的控制类型为不具有位置反馈功能的开环控制,控制方法为在确定运动起点与终点的基础上,将位移或角度改变
以200脉冲/转(0.18度/步)为分辨率转变为脉冲数,写入映射在NC413中的内存位置,从而控制步进电机完成定位。1.2 系统工作步骤
系统中有各种电机、限位、定位用传感器以及与真空气泵连接的电磁阀,可以完成取空药袋、打开空药袋及封装、输送药袋等功能,其工作时序见图5。
图5 系统工作时序图
1.3 PLC程序实现
利用OMRON的编程软件CX-Programmer完成梯形图的编写,程序包括如下六个模块:
(1)初始化模块,其功能是将PLC的内存单元初始化,进行电气部分的归零操作,目的是为配药系统进行运转做好准备,防止误操作对系统造成不可挽回的破坏;
(2)接收模块,其功能是接收上位机界面中输入的二进制编码的信息(包括药品种类、数量、贴数等),存入预先定义的内存单元;
(3)发送模块,其功能是将药品种类、数量等按照数据库与伺服电机结构中已定义的方式分别转变为下药直流电机位置和转动圈数,并发送到集成电路板,完成下药操作;
(4)反馈模块,其功能是接收来自集成电路板的直流电机转动停止(即规定重量下药动作完成)的反馈信号;
(5)控制模块,其功能是在确定下药过程完成后,驱动机械手完成取空药袋、打开空药袋、定位及集药等任务,并驱动药袋封口装置动作,触发直流电动机带动皮带转动,送出药品;
(6)故障处理模块,其功能是接收各处传感器反馈的接近或故障信号,随时停止系统的配药动作,以进行故障处理。
此外,在发送模块和控制模块中建立时间联系,使得在一次多贴药配药过程中,下一贴药的下药、取空药袋动作与上一贴药的封口、传输动作并行进行,缩短了配药时间。
2 上位机软件控制系统
上位机软件控制系统包括药品信息数据库和人机对话界面,前者主要存储医院的药品信息,包括名称、数量、价格、药性、有效期等;后者则与数据库建立连接,可以实现查询、开处方、药品管理、处方管理、打印、液晶显示等功能。其流程图如图6所示。
2.1 工控组态软件FIX32
FIX32是美国 Intellution公司开发的基于视窗的大型应用软件,包含动态显示、报警、趋势、控制策略、控制网络通信等组件。在本系统中,应用FIX32编写了主界面和系统运行的动态模拟显示程序。
(1)主界面是上位机与下位机之间的连接桥梁,其功能是与VB编写的界面建立联系,激活配药控制界面和药品管理界面。
(2)系统运行动态模拟显示的实现方式是首先在
FIX32的DRAW模式下画出整个配药系统的模拟图,包括静止物体及各种动作显示,设定限位与故障反馈警报;然后在FIX32中对I/O点进行组态,并在数据库中建立各药罐、各动作I/O类型及其在下位机PLC中的地址。这样,当PLC中的程序开始运行时,相应地址中的模拟量或开关量便发生变化。这种变化可在配药系统动作的同时显示到动态模拟界面,使动态模拟同步进行。在配药系统封闭运行的情况下,其作用之一是可以从动态模拟画面中实时观察到系统的运作情况,之二是可在系统发生可反馈性故障时在第一时间得到提示,快速完成对故障的调整。
该部分软件包括取药与加药两个模块,均具有权限控制功能,用户需输入密码,可保证系统的安全性。VB界面框架图如图7所示。
取药模块的主要任务是与ACCESS数据库取得联系,将需要的药品名、数量、贴数等通过FIX32传入下位机中,完成取药操作。其中,在数据库中的药品名采用拼音查询,数量与贴数则可多次修改。同时,VB还要向液晶屏输出患者及处方信息,并完成处方打印。
在现代中药的生产研发中,如何用最小的服用剂量取得最大的药效,是一项亟待解决的焦点课题。其中,提高药物吸收率成为影响中成药疗效的重要一环。作为以现代特色中药生产为主的大型现代医药企业,以岭药业始终把高新技术应用放在药物研发的首位,并投入了大量的科研力量。近几年,一项前沿科技――超微粉技术。引起了科研人员的注意,他们要对此项技术在中医药领域的应用做首次尝试。
超微粉技术是“通过对物料的冲击、碰撞、剪切、研磨、分散等手段,把原材料加工成微米甚至纳米级的微粉”。超微粉能够“对粉体原料进行高精度的分级,并改变粉体的表面活性”,正是这一特性使其在中成药的加工方面具有了独特优势。为此,他们与清华大学材料系合作,共同开展通心络胶囊超微粉技术的研究,这是国内医药企业第一次将超微粉技术应用于中成药生产。“超微粉技术在通心络胶囊中的应用示范研究”课题受到国家及省市各级相关部门的重视,并被国家发改委列入“国家高技术产业化示范工程”,同年进入国家“‘十五’科技攻关计划”。在历时三年、耗资几千万元的课题研究中,科研人员采用多种动物、多种模型、多项指标,明确了超微粉粒度与药理活性的相关性,在项目中建立了多种动物药在中成药中专属性强的TLC鉴别方法。首次在中成药质量标准中引入了超微粉粒度的标准,并提供了检测依据和方法。研究结果表明,将超微粉技术应用于通心络胶囊的生产过程,大大提高了动物药制备的工艺技术水平。2005年4月,“通心络胶囊超微粉技术应用示范研究”通过了国家中医药管理局成果验收。同年年底,河北省科技厅成立专家组对该项课题进行成果鉴定,国内数十名医药界专家组成的鉴定委员会一致认为:“超微粉技术在通心络胶囊中的应用示范研究”项目整体技术处于国际领先水平!
至此,传统中医药与现代高新技术的一次完美结合――超微粉通心络诞生!
让利于民,就是药品质量的不断提高
作为药品的最终受益者,我们都知道真正的让利于民就是药品质量的不断提高。以岭药业多年来严格的GMP和ISO9001国际质量体系认证、现代高新制药技术、世界先进的检测设备和标准规范的优质原料,都为保证药品质量提供了硬标准。超微粉技术应用,更使通心络胶囊中的药粉粒度达到5~10μm(传统药粉为150~200μm),极大地增加了药粉的表面积,药物有效成分的溶出度和生物利用率也随之大大增加。技术专家和评审专家们将超微粉通心络的产品特性总结为更加通俗易懂的“三不变、三提高、两减少”:三不变即处方不变、适应症不变、服用方法不变;三提高即工艺提高、药理活性提高、临床疗效提高;两减少即胶囊型号变小、胃肠道反应减少。至此,国内首次将超微粉技术应用于含动物药的中成药工业化生产中,首次在中成药质量标准中引入了超微粉粒度检测,为含超微粉的中成药控制成品质量的均一性提供了检测依据和方法。首次建立了动物药材在中成药中专属性强的TLC鉴别方法。同时,有效成分的溶出度和生物利用度大大提高,也使药物的吸收更加迅速,从而对冠心病、脑梗塞等缺血性心脑血管病的疗效较原通心络胶囊明显提高。
这一经由国家高技术示范项目研发的创新药物,也吸引了媒体的多方关注,国内各大报纸、杂志、网络等相继报道了以岭药业这项最新的科研成果。