2的应用范围,强化SF-CO2的溶解性能和传质特性是非常必要的。引进外场是一个值得重视的方法。如超声场和电场的引入,增强了超临界SF-CO2水体系相接触的面积、从而强化SF-CO2的溶解性能和传质特性,减少萃取的外扩散阻力,提高萃取效率。目前这方面的研究处于刚刚起步阶段。如方瑞斌等研究了超声波强化超临界CO2萃取紫杉醇,结果表明强化超声的超临界CO2能显著提高萃取效率,充分显示了超临界萃取与超声技术并用的优越性。 1.4 高速逆流色谱法(High-speed Countercurrent Chroma- tography, HSCCC)高速逆流色谱法是两个互不混溶的溶剂逆向流动,样品在两相之间分配,而不采用固态吸附剂的全液态色谱法。它的优点就是不存在样品的不可逆吸附;样品可定量回收;极大的控制了样品的变性问题,样品不会遭到破坏。该技术分离效率高,产品纯度高,不存在载体对样品的吸附和污染,具有制备量大和溶剂消耗少等特点,而尤其适用于制备性提取。应用该技术研究生物碱、黄酮、蒽醌、香豆素、萜类等成分的分离都取得了较好的效果。目前已成功开发出分析型和生产型两大类,用于中草药成分的分离制备和定量分析。进样量可从毫克级到克级,进样体积可从毫升到几百毫升,不仅适用于非极性化合物的分离,也适用于极性化合物的分离,还可用于中药粗提物中各组分的分离或进一步精制。Tianyou等曾用正己烷乙酸乙醋 -甲醇-水(9:1.5:5)作为溶剂体系,上相为固定相,下相为流动相从掌叶大黄的根茎中分离出大黄素甲醚、芦荟大黄酸、大黄酸、大黄酚和大黄素。
1.5 微波提纯技术 微波提纯是利用微波场中,各种物料吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性的加热,从而使得物质内部产生能量差或热能差,使被萃取的物质有足够的动力从基体物料中分离。
微波提纯是里外同时加热,且没有高温热源,消除了热梯度,从而使提纯质量大大提高,有效的保护了中药中的有效成分;可穿透式加热,大大节省了提纯时间;同样的原料用常规方法需两三次,而在微波中可一次提净,大大提高了提纯能力。
微波加热的原理有两个方面,一是通过“介电损耗”或称为“介电加热”。具有永久偶极的分子在2450MHz的电磁场中所能产生的共振频率高达4.9×109次/s,使分子超高速旋转,平均动能迅速增加,从而导致温度升高。二是通过离子传导。离子化的物质在超高频电磁场中以超高速运动,因摩擦而产生热效应。热效应的强弱取决于离子的大小、电荷的多少、传导性能及溶剂的相互作用等。一般来讲,具有较大介电常数的化合物如水、乙醇、乙腈等,在微波辐射作用下会迅速被加热,而极性小的化合物(如芳香族化合物和脂肪烃类)、无净偶极的化合物(如二氧化碳、二氧六环和四氯化碳等)以及高度结晶的物质,对微波辐射能量的吸收性能很差,不易被加热。微波辐射导致细胞内的极性物质尤其是水分子吸收微波能量而产生大量的热量,使细胞内温度迅速上升,液态水汽化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破,形成微小的孔洞。再进一步加热,细胞内部和细胞壁水分减少,细胞收缩,表面出现裂纹。孔洞和裂纹的存在使细胞外溶剂易于进入细胞内,溶解并释放细胞内的物质。
微波具有很强的穿透力,可以在反应物内外部分同时均匀、迅速地加热,故提取效率较高。因此利用微波提取植物有效成分具有简便、快速、加热均匀的优点。但不适用于热敏性成分的提取。微波萃取的原理就是不同物质的介电常数不同,对微波的吸收程度也不同,由此产生的热量和传递给周围环境的热量也不同。在微波场中,利用不同结构的物质吸收微波能力的差异,使基体物质中的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热,从而使被萃取物质从基体或体系中分离,进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中。微波的作用应该包括微波使细胞内水分气化;使一些蛋白质和酶失活;提高了溶剂的活性,例如其溶解性大大增强。与传统热萃取相比,微波萃取具有以下特点:质量稳定,可有效地保护食品、药品以及其他化工物料中的有用成分;产量大;对萃取物具有高选择性;省时(可节省50%~90%的时间);溶剂用量少(可较常规方法少50%~90%);低耗能。微波辐射技术在食品萃取工业和化学工业上的应用研究虽然起步只有短短几年的时间,但已有的研究成果和应用成果足以显示其以下优越性:反应或萃取快;产率高,产品质量好;后处理方便;安全;无污染,属于绿色工程;生产线组成简单,节省投资。
1.6 大孔树脂吸附分离技术 大孔吸附树脂是一类不含离子交换基团,具有大孔结构的高分子吸附剂。理化性质稳定。不溶于酸、碱及有机溶媒,对有机物有浓缩、分离的作用,且不受无机盐类及强离子、低分子化合物的干扰,其吸附性能与活性炭相似。与范德华力或氢键有关。同时,网状结构和高比表面积,使得其具有筛选性能。
根据树脂的表面性质,大孔吸附树脂可以分为非极性,中极性和极性三类,非极性吸附树脂是由偶极距很小的单体聚合而得,不含任何功能基团,孔表的疏水性较强,可通过与小分子内的疏水部分的作用吸附溶液中的有机物,最适用于从极性溶剂(如水)中吸附非极性物质。中极性吸附树脂含有酯基,其表面兼有疏水和亲水部分,既可由极性溶剂中吸附非极性物质,也可以从非极性溶剂中吸附极性物质。极性树脂含有酞胺基、氰基、酚羟基等含N、0、S极性功能基,它们通过静电相互作用吸附极性物质。根据树脂孔径、比表面积、树脂结构、极性差异,大孔吸附树脂又分为许多类型,且分离效果受被分离物极性、分子体积、溶液 pH值、树脂柱的清洗、洗脱液的种类等因素制约。在实际应用中,要根据分离要求加以选择。
大孔吸附树脂法是从中药复方煎液中有选择地吸附其中的有效成分和去除无效成分。该技术是70年代末逐步应用到中草药有效成分提取分离中,与传统的提取方法相比具有缩小剂量,减小产品的吸潮性,可有效去除重金属,具有较好安全性,再生简单等优点。至于在生产过程中残留的某些杂质可以在使用前彻底清洗出来,完全能够达到药用标准。
大孔吸附树脂近年来在新药研究中的应用较多,适用的新药类别有四种:中药有效成分的粗分和精制;单味中药有效部位的制备;中药复方有效部位的制备,中药复方制剂中糖、氨基酸、多肤等水溶性杂质的去处。
1.7 膜提取分离技术 膜提取分离技术是现代分离技术领域中先进的技术之一。使用膜技术(包括超滤膜、微孔滤膜、半透膜、反渗透膜等)可以在原生物体系环境下实现物质分离。与其他提取方法相比具有明显潜在优势:富积产物或滤除杂质效率高;无需加热浓缩,有效成分不被破坏,能耗小;有效膜面积大,滤速快。该法与其他分离方法如高速离心法、醇处理法等结合用于中药液体制剂的澄清、分离、提取和浓缩。特别适用于中药注射剂等液体制剂。
2 中药制剂新技术
常规制剂、长效和肠溶制剂、控缓释制剂或药物输送系统或透皮治疗系统、靶向制剂是药物制剂发展的四个时代。传统中药的剂型研究也随着医药制剂工业的发展而得以逐步拓宽,从而更加符合日益发展的临床治疗的需要。
目前中药制剂的剂型主要有,硬胶囊、颗粒、注射剂、滴丸、软膏、软胶囊、缓释胶囊、栓剂、灌肠液、橡胶膏、咀嚼片、分散片、泡腾片、喷雾剂、膜剂、凝胶剂等,传统的膏丹丸散已很少见。
2.1 软胶囊和滴丸 软胶囊与滴丸发展迅速。适合用于浸膏、脂溶性成分和水溶性成分,填充容量可调范围较大。如大蒜和王浆等中药组成复方大蒜软胶囊,掩盖了大蒜的不良气味。辣椒碱软胶囊避免了药物的强烈刺激性,还有藿香正气软胶囊、银杏叶软胶囊、消炎灵软胶囊等也有相同作用。
以固体分散技术为基础的滴丸剂型,具有服用量少,崩解和溶出迅速等特点,对于提取量较小、脂溶性较强的中药是很好的剂型。复方丹参滴丸中由于减少了冰片用量,减少了胃肠刺激作用,提高了药物的生物利用度。其它如冠心丹参丸以及在传统的苏合香丸基础上简化的而成的“苏冰滴丸”等,在抗心绞痛礴等急性疾病救治中发挥了良好的效果。
2.2 缓控释制剂 近年来口服的中药缓释、控释制剂成为研发关注的方向之一。这种制剂主要要达到两种目的,使药效缓慢发挥和使药效迅速发挥,以达到减小服用剂量,降低毒副作用,提高生物利用度的目的。现已上市的中药缓释制剂较多,如雷公藤缓释片、脑络康缓释胶囊等。
在口服固体制剂中也出现了分散片等新型的片剂,这种新型的制剂,大部分可以服用后在3 min内崩解,疗效发挥快速。
2.3 膜剂 巴布剂与透皮吸收制剂 膜剂由于体积小,重量轻,携带方便,可用于口服及口腔、皮肤及妇科等多种途径,研制的复方口腔溃疡缓释贴膜(黄柏、细辛等)延长了在口腔的释药时间。现在已经有人制备出了复合的膜剂,中药提取物分别是混合于不同双层膜中,底层(缓释层)以 PVA(聚乙烯醇类)为成膜材料,溶化慢,具长效作用;面层(速释层)以白及胶为成膜材料,溶化快,具速效作用。
巴布剂在各种软组织疼痛、神经疼痛、关节炎等骨疾病疼痛、癌症疼痛等的治疗上有很好效果。与传统的中药硬膏剂相比,巴布剂能承载较大量的溶解性质不同的药物,持久地释放药物,由于高分子材料的亲水性,使用舒适。国内对中药透皮吸收给药发挥全身作用有浓厚的兴趣。现代研究表明,一些活血化瘀和芳香开窍类中药,如当归、乳香、没药、丹参、红花、川芎、血竭、冰片等,都能提高皮肤细胞的通透性,刺激皮肤腺体开口增大,改善微循环及机体血流动力学。经皮吸收为一些口服吸收差、注射消除快的中药提供了新的途径,如葛根素,在引入磷脂复合物后使其脂溶性增加,透皮迅速。中药复方的透皮吸收也有研究。如中药止咳化痰贴膏、小儿外感贴膏等,一般均以聚乙烯醇为载体,改用压敏胶代替橡胶,应用氮酮及其它中药挥发油促渗剂。
2.4 脂质体 脂质体可以作为抗癌、抗寄生虫和原虫药物的载体。如果将不稳定、易氧化的药物包封在脂质体内,因受到脂质体双层膜的保护,可以在很大程度上提高其稳定性,同时也增加了药物在体内稳定性,有助于药物的控释和疗效的提高。现已利用国产大豆磷脂制备出稳定的黄芪脂质体体系等。
研究的脂质体有紫杉醇、灯盏花素、青蒿酯、银杏叶提取物,喜树碱和长春新碱等。人参皂苷脂质体可增强药物的靶向性和生物利用度。蝎毒脂质体和双参脂质体均可提高药物的口服吸收,硫酸黄连素脂质体对大鼠小肠吸收比游离药物增加4倍多,黄芪多糖脂质体增强免疫效果,汉防己甲素经脂质体包囊后细胞毒性随之减轻。
2.5 微囊(Microcapsule) 微囊于60年代提供开始用于药物包裹,它是利用高分子材料将固体或液体包裹而成的粒径为5~250微米(μm)的粒子。微囊的生物利用度好,可提高药物的稳定性,特别适用于含有挥发油的中药。目前国内外已经研制出了数十种微囊,如盐酸黄连素微囊、汉防己微囊等。70年代以来在微囊基础上,发展了毫微囊,结构与微囊相似,但粒径小得多,一般粒径范围为10~100 纳米(nm),毫微囊的优点在于所用包裹材料便于进一步表面修饰,以达到主动靶向的目的。一般成品稳定性较好,可防止氧、介质和体内酶对药物的破坏,如制成缓释剂,可以延长疗效。选用适当囊材又可达到生物相容,在体内降解,从而减少毒副作用。
2.6 纳米中药 纳米中药是指运用纳米技术制造的、粒径小于100 nm的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂。毫微囊药物在纳米范畴,这方面的积累为发展纳米中药提供了很好的基础。但只有粒径小于100nm且产生了新的特性的药物才是纳米药物。
当颗粒尺寸进入纳米量级时,由于量子尺寸效应和表面效应,纳米粒子更是呈现出新奇的物理、化学和生物学特性。有对不同粒径雄黄对细胞存活率和凋亡的研究表明,纳米雄黄的细胞凋亡率最高;对纳米石决明血清微量元素药效学的研究表明,纳米石决明的性质与微米颗粒有极大差异。
2.7 超细粉体 超细粉体是指粒径小于3pm的粉体,超细粉体技术是从20世纪70年代逐渐发展起来的一项新技术。传统中药基本上以中药生物入药,用超细粉体技术,可以提高水不溶性矿物类药材的生物利用度,也可溶出脂溶性成分,使全成分入药成为可能。目前常见的设备有气流粉碎机、高速旋转粉碎机、介质搅拌式碾磨机、昆碾式粉碎机、液流式粉碎机和激波粉碎机等。气流粉碎技术是利用物料在高速气流的作用下,获得巨大的动能,在粉室中造成物料颗粒之间的高速碰撞,剧烈摩擦,以及高速气流对物料的剪切作用,从而达到粉碎物料的目的。具有粉碎温度低,生产周期短,收粉率高、纯度高等优点。目前利用该技术开发的中药品种有西洋参、人参、珍珠、三七、天花粉等。在进行超细粉碎的过程中,利用研磨混炼机可解决不能均质的问题,使药效充分发挥,目前已完成了桂附地黄丸、八珍丸、天门冬等数百种中药的粉碎。
3 中药质量控制
3.1 中药质量控制的现状 从中药形成至19世纪前后为古代中药质量控制发展阶段。这一时期中药质量控制的特点是以药材的图形、形状、大小、颜色、味、表面特征、质地、断面等特征鉴别药材之真伪。19世纪至20世纪50年代为近代中药质量控制发展阶段,这阶段逐步发展到基原鉴别、显微鉴别、性状鉴别及初期的理化鉴别与药图的重要区别是,显微镜可以深入到近微观层次研究组织结构,暴露出各种细微结构特征。20世纪50年代至今,是理化鉴定的现代发展阶段。由于各种现代分析技术的不断发展,紫外光谱,红外光谱,荧光光谱、原子吸收光谱,薄层色谱,气相色谱,高效液相色谱,核磁共振,扫描电子显微镜,X衍射,各种电泳技术,差热分析技术,同功酶分析法,分子生物学技术,计算机图像分析,聚类分析等数理统计力法均被用于中药质量控制中,逐步形成一套较为科学、先进、完善的中药质量控制体系。
尽管如此,中成药的质控基本都局限在药材的组织结构显微鉴定和某味药材中某种单一有效成分的薄层色谱斑点定性上,虽然高效液相法得到广泛的应用,但也局限在单一成分定量上。这些方法最大的缺点在于不能对中成药中每味药做出定性鉴定,而且不能判断每味药之间量比关系是否与处方相同。
中药质量控制虽有《中国药典的质量标准模式和指标》规定,但与国外的植物药药典一样,均是模仿化学药品的质量控制模式,选定1~2个有效成分、活性成分或指标成分进行鉴别和含量测定,对整体而言,中药的质量仍不可控。然而这种以单一化学成分分析的观点,导致人们力求把中药(天然药物)这一综合而复杂的“整体”分解成便于观察和研究的简单“单元”或“分子”,以便于清楚明确地研究。沿着这条思路,分析工作者力求运用各种分析检测手段测定某种有效成分或单一活性成分含量的多少,以此来判断某种药材的质量,对复方制剂也以同样的观点和方法制定其质量标准。
3.2 中药指纹图谱 中药指纹图谱是指某种(或某产地)中药材或中成药中所共有的、具有特征性的和某类或几类成分的色谱或光谱组成的图谱。其特点是:①通过指纹图谱的特征性,能有效鉴别样品的真伪;②通过制订指纹图谱特征峰的面积和比例,能有效控制样品质量,保证样品质量的相对稳定。目前指纹图谱已成为国际公认的控制中药或天然药材质量的最有效手段。
随着现代分析手段的发展,各种色谱、光谱技术越来越多的应用到中药的成分分析上来,在尚不清楚药材全体化学成分的基础上,可得到物质群整体的图谱。于是用指纹图谱的方法来控制中药材中成药的质量较传统的中药质量控制方法更为全面,更具科学性,更能被人们接受。
构建中药指纹图谱的方法有很多,主要有色谱法、波谱法、X-射线衍射法及分子生物学法。色谱法为目前最常用方法,包括TLC,HPLC,HSCCC等。薄层色谱具有快速、操作简便、色谱后衍生简单等特点,且能提供色彩斑澜的图像,特别适合我国国情而被广泛应用。但由子其为开放色谱,受外界环境及操作影响较大,重现性较柱色谱差。柱色谱给出的是分辨率高的轮廓色谱,重现性好,操作相对容易。HPLC具较高的分离能力,随着检测器灵敏度、种类的增加,如:UV,ELSD,FPS,DAD等的应用,其适用范围越来越广,已成为最有前途的一种方法。GC则用于含挥发性成分的中药材及其制剂的分析。HSCCC(高效逆流色谱)为近年来发展起来的新技术,具有较高的分离能力,适用范围广,样品预处理要求低,且无固体载体,无须担心样品与载体发生反应,是一种较具前景的质控手段。
波谱法包括UV,IR,NMR, MS。由于UV,IR反映的是化合物的结构信息,具加和性,很难表述中药材或中成药这样复杂体系中各成分浓度分布的整体状况,但借助于计算机分类技术或模糊数学方法进行处理,它们还是可以用于鉴别不同药材的。目前NMR一般用 1H-NMR,其图谱具有专属性、全面性、定量性、易辨性等特点,且信息量大,可重复性好,主要用于鉴别植物类药材的真伪优劣。但由于其仪器昂贵,应用较少。而MS对于提取液主成分的含量要求较高,一般很少单用,目前多以联用方式出现,如: HPLC-MS,GC-MS、LS-MS等。
X射线衍射法具有专属性强、快速,耗氧量少等特点,主要用于中药粉末鉴定,目前尚未多见。
分子生物学法:其理论基础是生物物种的多样性是其基因多态性的结果,而基因多态性可在分子水平上进行检测。一般方法包括电泳技术、免疫技术和DNA分子遗传标志技术。
3.3 中药质量控制的新技术 近年来,随着科学技术的发展,各种先进仪器的引进和应用,经过药学工作者的努力,现代仪器分析技术在中药检验中大量应用,为保证药品质量发挥了重要的作用。
扫描电镜(SEM)技术:扫描电镜已被广泛地应用于观察分析微观形态或结构的亚显微水平,它是由显微镜圆筒、电源线路、视频控制装置和真空系统组成,其最大特点之一就是能获得具实感的三维物体图像。目前电镜主要用于植物中药的种子、花粉、叶表面构造的研究和蛇类中药等的研究,并已取得了很多成果。扫描电镜的优点是无须经过繁琐的预处理,尤其是对处于干燥状态的中药材,就能直接进行观察并获得样品表面或断面的亚显微特征。
图像分析技术:用CCD摄像机直接对样本进行采样,将采样图像输入计算机图像分析系统,待图像完全格式转化后,用特定的图像分析程序进行分析测定,将分别得到系列参数(如最大直径、最大横截面积、周长、体积等),然后进行数学处理。图像分析与常规测量相比具有很多优点,用计算机代替人工进行繁琐的形态学测量,可以得到三维立体参数。为生药的现代鉴别探索了一条新路子。
色谱与MS联用技术:色谱技术,尤其是GC和HPLC 是中药检验分析的常用手段,但通常的检测器如紫外、荧光、电化学等检测器往往只能得到非常有限的分子结构信息,而质谱仪作为强有力的分析仪器,能够提供大量的分子结构方面的信息。色谱与质谱的联用是应用于中药分析检验中最为活跃的技术,能够使样品的分离、定性、定量一次性完成。
超临界流体萃取法与色谱法联用(SFE-C或SFC)技术:SFE所用的流动相是CO2超临界流体(SF),并加入改性剂以调节溶解、洗脱能力、改善峰形。CO2的临界温度 31℃,临界压力730kPa,价廉无毒,应用最为广泛。一般采用GC型检测器,如火焰离子化检测器(FID),电子捕获检测器(ECD)等。由于SFC对生产工艺及技术上的要求使其成为商品化仪器并加以推广尚有一个过程,目前仅对少量用HPLC和GC都无法进行分析的物质才考虑采用 SFE-C分析。
高效毛细管电泳(HPCE)技术:毛细管电泳法是近年发展起来的新技术,其原理是以高压电场为驱动力,以毛细管为分离通道,依据样品中各组分之间电泳淌度或分配行为的差异而实现分离的液相分离技术。高效毛细管电泳(HPCE)是近十几年发展起来的一项新的分析技术,它将电泳技术和色谱技术结合,是一种分离效率高、检测灵敏度高、样品用量少的分析技术,兼有电泳和色谱技术的双重优点,被认为是目前最重要的分离、分析手段之一。
总而言之,中药现代化需要药学工作者,发扬传统中药优势,结合现代先进科学技术,推陈出新,建立一套适合于中国国情的,能够广泛被国际接受的路子,还有很长的一段路要走。
(中医药学刊第24卷第8期 张振秋)
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