SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要：本文根据物理化学在制药领域的应用情况，如新药的研制、新剂型的设计、药物的分离和纯化等方面，主要介绍了物理化学基础理论知识在制药领域的指导作用，旨在加强物理化学理论内容与制药工程专业知识的融合。此外，还能激发学生学习物理化学的兴趣，从而提高课堂教学质量。
关键词：物理化学；制药；药物研发；药物剂型；药物分离和提纯
本文引用格式：邢爱萍，等.物理化学在制药工程领域的应用[J].教育现代化,2019,6(10):166-168.
Application of Physical Chemistry in Pharmaceutics Engineering
XING Ai-ping,YUAN Juan,CHU Yi-xin
（Henan University of Chinese Medicine school of pharmacy,Henan Zhengzhou）
Abstract:This paper mainly introduces the application of physical chemistry in the field of pharmacy according to the development of new drugs,the design of the new drug dosage and the separation and purification of drugs,which provides the important guide of the basic theories of physical chemistry in pharmaceutics.The purpose of this study is to integrate the physical chemistry teaching with the pharmaceutical specialty knowledge,moreover stimulate the learning interests of students in pharmaceutics and promote teaching quality of physical chemistry
Key words:Physical chemistry;Pharmaceutics;Drug discovery;Drug dosage;Separation and purification of drugs
任何化学过程总是与各种物理过程相互联系着。一方面，化学反应发生时，通常伴随着物理变化，如体积的变化、压力的变化、热效应、电学效应和光学效应的产生。另一方面，温度、压力、浓度、光照、电磁场等物理因素的变化也会引起化学变化或影响化学变化。因此，物理化学是一门从物理现象和化学现象之间的联系中探索化学反应的一般规律的科学。物理化学将物理学、高等数学和化学的基本理论有效地联系起来，形成化学热力学、化学动力学和结构化学三个理论体系，从而解决化学反应能量及变化的方向和限度，速率和机理以及如何控制反应的发生等可能性和现实性问题[1]。
目前，物理化学是高等医药院校制药工程专业学生的一门重要专业必修基础课程。在制药工程专业知识体系中占有重要的地位。此课程面向于大二制药工程专业学生开设，其综合了无机化学、有机化学、分析化学、生物化学、物理学、高等数学等这些基础课程的基本知识，为后续课程的学习提供方法和理论指导，如药物化学、天然药物化学、药理学、药学和药代动力学等，并起到基础课程和专业课程的纽带作用。但制药工程专业学生对该门课程的认识程度不高，他们大多认为物理化学理论抽象、公式多、难以捉摸、难学，与本专业联系不大，不知道学习物理化学对此专业的用途。物理化学被学生们无情地贴上了“无用论”标签，导致学生学习此课程的积极性严重下降。
为了激发药学学生，尤其是制药工程专业的学生对学习物理化学的兴趣，从而提高物理化学课堂教学的效果，以下主要从新药的研制、新剂型的设计、药物的分离和纯化这3个方面的研究情况来阐述学好物理化学的重要性和实用性。
一 物理化学在新药的研制中的应用
（一）药物提取工艺的设计
药物提取技术的设计是中药生产中的重要组成部分。如何提高中药活性成分的产量，直接关系到中药生产的成本和经济效益。因此，有必要利用理化动力学和热力学知识，为中药提取提供可靠的工艺条件。根据Fick扩散的第二定律，储茂泉建立了中药提取过程的动力学方程。通过对有效成分甘草、五味子、麦冬和丹参酮提取的实验，结果和动力学方程有很好的一致性。速率常数不仅与温度有关，而且与颗粒半径平方成反比，与内扩散系数成正比。这些实验数据为优化中药提取工艺提供了有价值的理论依据[2]。欧阳平等通过对苦叶七中黄酮类化合物提取工艺的实验研究，发现从苦叶七中提取出的黄酮类化合物均符合一级动力学模型。在此基础上，可以计算出一系列有价值的动力学和热力学数据，包括速率常数、活化能、相对萃取残渣率、半衰期和平衡常数、摩尔焓变化、摩尔熵变化、摩尔吉布斯焓变化和摩尔亥姆霍兹焓变化，为苦叶七黄酮的提取工艺设计和操作条件的选择提供了有用的理论依据[3]。
（二）药物合成条件的预测
药物的合成条件的预测是基于热力学理论的。通过计算合成路线中各步骤的热量和自由能数据来确定合适的反应条件，从而为药物合成和进一步研究提供了科学依据。对于一个药物的恒压合成反应来说，可以根据吉布斯自由能做判断依据，根据Gibbs-Helmholtz方程：△G=△H-T△S，如果△H<0、△S>0，则△G<0，则反应是可行的。周淑晶等人利用键能和生成的热力学数据计算苄基嘧啶药物中间体4-溴-3，5-二甲氧基苯甲酸的反应热和自由△G=-45.3＜0，其反应路线和热力学数据如下图所示。因此，确定所设计的合成反应是热力学条件允许的反应，此路线是可行的[4]。
prediction)两大类。康文艺等用初始平均速度法和高效液相技术测定了不同温度下金银花中绿元酸的含量。获得到金银花的活化能Ea和分解速率常数K，并对金银花的有效期进行了预测[5]。詹先成等采用指数程序升温试验结合漫反射光谱法测定维生素C片的表面反射率，从而预测了维生素C的贮存期[6]。
二 物理化学在药物新剂型设计中的应用
为了提高药物疗效，减少其毒副作用，药物新剂型的设计将发挥越来越重要的作用。运用物理化学的理论知识和方法，对药物制剂的性质和内在规律进行了研究，为新剂型的设计和开发提供了强有力的理论依据。运用相平衡、表面化学、胶体化学等理论知识研究开发的固体分散体、纳米乳、包合物、脂质体剂型等逐渐成为近年来上市的新剂型。
（一）固体分散体
固体分散体（solid dispersions，SD）是一种分散系统，其中药物高度分散在合适的载体材料中。将不溶性药物分散到水溶性载体中形成的固体分散体中。因为药物存在于分子、无定形或微晶状态，减小了药物粒径，降低药物溶解的晶格能，同时亲水性载体抑制药物结晶，保证药物高度分散，通过增加药物的润湿性，可以提高药物的溶解度和溶出度，提高药物的生物利用度，进而增强药物疗效。李韶静等制备的槲皮素固体分散体可以显著提高槲皮素的溶出度和大鼠体内的生物利用度，5min后的溶出度是原药料的156倍，生物利用度为原药的61倍[7]。
（二）纳米乳
纳米乳又称微乳，是由水、油、表面活性剂和助表面活性剂自发形成的一种具有热力学稳定性、各向同性、透明或半透明的均匀分散体系，粒径1~100nm。纳米乳作为一种新型药物载体，可以明显提高药物的溶解度，起到缓释的作用，增加膜的通透性，促进对药物的吸收，提高药物的生物利用度。郑星星等制备的琥乙红霉素纳米乳粒径非常小，特别容易附着在细菌上，具有很强的穿透能力，能够更好地穿过细菌的细胞壁从而起到杀菌的作用；此外，纳米乳在缓释中起到一定的作用，从而延长了药物的有效杀菌浓度和时间，增强了杀菌效果，其抑菌效果优于琥乙红霉素颗粒和琥乙红霉素片组[8]。利用表面化学和胶体化学理论，近年来开发了大量的纳米药物新剂型，如脂质体、纳米球、胶束、纳米胶囊、固体脂质纳米颗粒和纳米混悬剂等。这些研究对口服吸收、生物利用度、靶向性增强、药物毒性降低、缓释等不溶性药物的治疗做出了越来越多的贡献。
（三）药物稳定性及储存期的预测
药物在贮存过程中，常因发生水解、氧化等反应而使含量逐渐降低，乃至失效。预测药物的贮存寿命，是利用化学动力学原理加速药物在较高温度下的降解，并对药物经过数学处理后在室温下的贮存寿命进行外推得到的。加速试验的方法可分为恒温法(Isothermal prediction)和变温法(Nonisothermal药物的有效杀菌浓度和时间，增强了杀菌效果，其抑菌效果优于琥乙红霉素颗粒和琥乙红霉素片组[8]。
利用表面化学和胶体化学理论，近年来开发了大量的纳米药物新剂型，如脂质体、纳米球、胶束、纳米胶囊、固体脂质纳米颗粒和纳米混悬剂等。这些研究对口服吸收、生物利用度、靶向性增强、药物毒性降低、缓释等不溶性药物的治疗做出了越来越多的贡献。
三 物理化学在药物分离和纯化中的应用
中草药和天然产物中活性成分的提取直接关系到产品中活性成分的含量，影响其内在质量、临床疗效、经济效益和GMP的实施。相平衡和表面现象在中药的提取、分离等方面有着实际的应用，如分离提纯常采用蒸馏、结晶、萃取和吸收等方法都与物理化学知识相关。
（一）传统的中药提取分离方法
在中药制剂生产中的应用，中药提取方法包括溶剂萃取和蒸汽蒸馏。溶剂提取方法有：浸渍法、渗透源法、水煎法、回流提取法、连续提取法等。分离纯化的方法包括：系统的溶剂分离、两相溶剂提纯、沉淀法、盐析法、透析法、结晶法和分馏法。胡女丹等利用Aspen Plus软件分析了在0.5KPa下柠檬烯与其他主要成分的相平衡关系，并比较了柑橘皮精油的其他主要成分和柠檬烯的分离难易度。以椪柑皮精油为研究对象，建立椪柑皮蒸馏分离模型，并对橘皮油进行了工艺的模拟和优化计算。在最佳工艺条件下，得到97%柠檬烯，其回收率为91%[9]。
（二）现代的中药提取分离方法
近年来，在中药提取分离中出现了许多新的技术和新方法。如超临界流体萃取、膜分离、超细粉碎、中药絮凝分离、半仿生萃取、超声波萃取、旋流萃取、逆流加压萃取、酶、大孔树脂吸附、超滤、分子蒸馏等。这些新技术、新方法的应用，使中药的提取不仅符合中医药理论，而且提高了有效成分的产率和纯度。因此，在中药研究中应用新的提取技术是实现中药现代化的重要途径，将为实现中药的现代化注入新的活力。李金华等采用scCO2萃取珊瑚姜，出油率提高到8％～12％，提取时间缩短为1~2小时，由于萃取过程始终在低温条件下进行，完整的保留了珊瑚姜的纯天然香气[10]。
四 结束语
鉴于物理化学的基础理论知识在制药工程专业课中的广泛应用，本文主要从新药的研制、新剂型的设计、药物的分离和纯化三个方面探讨了物理化学内容与制药工程专业内容的相互联系。物理化学知识已经渗透到制药领域的各个方面，为了提高学生学习物理化学的兴趣，为后续的专业发展打下坚实的基础，物理化学教师应加强自身对药学知识的积累，深知物理化学基础知识对制药工程专业课内容的指导作用，并加强二者之间的相互联系。
参考文献
[1]傅献彩，沈文霞，姚天扬，等.物理化学[M].北京：高等教育出版社，2005.
[2]储茂泉，刘国杰.中药提取过程的动力学[J].药学学报,2002,37(7)：559-562.
[3]欧阳平，张高勇，康保安，等.苦叶七中类黄酮提取的动力学及相关热力学研究[J].中成药,2004,26(12):991-995.
[4]周淑晶，李彬，李敬芬.4-溴-3,5-二甲氧基苯甲酸的合成热力学研究[J].黑龙江医药科学,2001,24(3):24.
[5]薛志平，王金梅，康文艺，等.初匀速法预测金银花的有效期[J].中国中药杂志，2012，37(21):3179-3181.
[6]詹先成，殷恭宽，马宝忠.指数程序升温药物稳定性试验[J].药学学报,1996,31(2):138-144.
[7]李韶静，廖应芬，杨慧慧，等.槲皮素固体分散体的制备及大鼠体内生物利用度研究[J].中草药,2017,48(10):4229-4234.
[8]郑星星，欧阳五庆.琥乙红霉素纳米乳的制备及其体外抑菌活性研究[J].安徽农业科学,2016，44(13):183-185.
[9]胡女丹，覃引，周剑丽.橘皮油气-液相平衡及连续精馏分离提纯柠檬烯的模拟研究[J]，江苏农业科学,2015,43(7):308-310.
[10]李金华，万固存，刘毅，等.珊瑚姜挥发组分的超临界CO2萃取工艺[J].中草药,1997,28(2):79-81.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！ 文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jiaoyulunwen/8040.html
