以“材料化学工程”理念构建“基于膜过程的中药绿色制造工程理论、技术体系”的探索

中药膜科技具有重大国家科技战略需求,是我国中药制药工业亟需推广的高新技术。中药制药技术主要来源于化学工程领域,其分离技术的提升与产业的升级主要依赖于化学工程的发展。在紧密围绕膜技术在中药制药工业的产业化应用所开展的中药绿色制造关键技术研究工作基础上,结合成功申报"中医药现代化研究"重点专项2019年度项目的若干认知,引入新兴的"材料化学工程"理念,提出"基于膜过程的中药绿色制造工程设计"的理论框架:针对实际应用体系的性质和需求,以实现高通量和高分离因子的统一为目标,根据中药物料复杂体系的化学多元性和药效物质整体观,建立中药水提液"溶液环境"检测技术,基于安全性、有效性对膜技术进行系统考察,开展膜过程优化、工艺集成等工艺设计。在多尺度范围内,特别是在介观尺度揭示中药物料与膜分离介质的"结构、性能与制备"的关系,并对过程设计、生产加工的流程进行模拟,构建中药绿色制造工程的理论基础。致力解决制约我国中药制药工业可持续发展的能源、资源和环境等瓶颈问题,构建中药制药学与材料化学工程交叉研究的学科新生长点。     

基于膜科技创新中药制药分离工程原理的“低碳流程再造”

膜分离技术对中药制药工艺的创新来源于多学科交叉研究。中药膜分离科技是材料化学工程学科先进的分离科学技术与中药制药学跨学科结合的产物,其技术原理是对传统中药制药分离各主要操作单元技术原理的创新。逐一论述了中药制药分离过程各主要操作单元的本质特征、技术原理及膜科学技术对中药制药分离过程工程原理的创新作用。并指出基于膜“绿色制造”技术的中药制药分离过程“低碳流程再造”的工程原理与工艺基础实现了膜科学技术的多尺度效应、“膜一体化”系统与中药制药分离工艺流程的全面兼容;而中药行业膜技术标准零的突破则为该“低碳流程再造”的规模应用及可复制提供了坚实的基础,展示出巨大的市场应用前景。     

基于“绿色设计”理念的中药制药膜分离工艺选择原则与方法

面向绿色制造的中药制药工艺路线设计,亦称"绿色设计",其目的是极小化产品全生命周期过程的资源消耗和环境影响,协调优化经济效益和环境效益。以膜技术为核心的制药分离工艺技术与药物绿色制造息息相关,"环境、性能和成本"三大要求和成熟度、分离技术原理是制药分离工艺绿色设计的基本要素,"清洁工艺"可降低原料及能源耗损,切合"预防优于治理"的理念,也可提高企业的经济效益,对生态保护和经济建设的和谐发展具有重要保障作用。以构建膜与树脂技术系统集成为例,介绍中药制药工艺绿色设计具体实施方案,对中药制药分离工艺设计的技术经济问题开展分析和讨论。     

关于构建中药绿色制造理论与技术体系的思考和实践

"绿色制造"是一个综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式,其宗旨是对环境负面影响最小,资源利用率最高,并使企业经济效益与社会效益协调优化。《中医药发展战略规划纲要(2016—2030年)》明确将建立中药绿色制造体系制定为重点任务,在中药制药行业大力推广绿色制造理念与技术迫在眉睫。依据绿色制造的基本理念,结合科技实践,系统论述"中药绿色制造"的概念、目标与重点研究内容,以期为构建中药绿色制造理论与技术体系提供借鉴。主要论点包括中药绿色制造是一项系统工程;中药绿色制造理论与技术体系中的"资源"定位具有国家战略意义;具有各种活性成分的化学组合体是中药资源的核心价值所在;中药制造绿色工艺技术的核心是分离;产业生态学及其实践产物工业生态园是中药绿色制造的根本出路等。     

第三届中药现代化发展论坛暨第二届中药现代化提取纯化关键技术及新工艺交流大会、第二届全国中医药行业膜技术研讨会在贵阳市召开

由世界制药技术学会联合会、中国医药技术学会、中药新工艺应用专业委员(筹)、中国医药信息学会联合举办的"第三届中药现代化发展论坛暨第二届中药现代化提取纯化关键技术及新工艺交流大会、第二届全国中医药行业膜技术研讨会     

集成膜技术在中药制药工业中的应用研究进展

传统中药提取、分离技术步骤复杂、能耗高、污染大,已成为中药工业生产面临的主要问题。膜分离技术因具有无需有机溶剂、分离效率高、操作温度低、适用范围广等优点,符合制药行业绿色环保和智能制造的理念,近年来在中药领域得到了推广应用。笔者对膜技术的分类,特点及原理进行介绍,对膜分离技术在中药有效成分提取分离中的应用进行综述,对膜分离技术存在的问题进行分析,并对其发展前景进行展望。     

口服中药膜控多组分同步释放制剂的研究进展

中药膜控型缓释制剂具有较高的释放调节操作性,不同的包衣材料、包衣厚度及膜控型缓释技术可以控制口服中药膜控缓释制剂的释药速率、释放时间或释放部位,易于实现中药中各成分的同步释放,己成为主要的研究方向。通过整理归纳近几年中药缓释制剂的相关文献,对口服中药膜控型缓释制剂进行综述,以期为口服中药膜控缓释制剂的研究与开发提供参考。     

面向清洁生产的中药制药过程废水资源化循环利用基本思路及其关键技术

水环境的污染和破坏已成为当今世界主要的环境问题之一。中药制药过程所产生的废水具有组成不稳定、有机污染物种类多、不同厂家废水差异较大等特点,属于较难处理的高浓度有机废水之一。因此,中药制药过程废水的资源化循环利用是综合防治水污染、净化水环境的重要研究内容,也是中药行业绿色发展与产业升级的必然选择。在分析中药制药过程所产生废水的组成特征的基础上,提出了基于清洁生产的"一级处理-用于药效组分回收的二级处理-三级处理"的资源化循环利用基本思路。鉴于膜科学技术应用于污水处理的技术优势,特别是近年来用于制水和污水处理市场份额的快速增长,提出膜分离技术是中药制药过程废水资源化循环利用的重要选择之一,也是中药制药行业建立能源节约和环境友好集成技术群的有效途径,为中药制药废水的减排和资源化循环利用提供了新的思路。     

中药制药过程分析技术方法学研究与应用进展

中医药产业高质量发展需要先进制药技术作为支撑。中药制药企业在传统制造模式下，过程认知不足，缺乏有效的过程检测工具和过程控制方法，终产品质量依赖于检验，不能有效提升产品质量的批次一致性。中药制药过程分析技术(process analytical technology, PAT),作为中药先进制药技术框架中的关键技术之一，能够突破中药制药过程质量控制的瓶颈问题，有利于提高生产效率、提升产品质量、降低物耗能耗，并为智能制造、连续制造等先进制药模式提供过程控制和实时放行工具。该文归纳了中药制药PAT研究的总体思路；通过对中药制药PAT技术固有特点和现状分析，提炼了中药产品全生命周期持续应用并改进PAT技术的方法学；总结了过程认知、过程检测、过程建模、过程控制、持续改进5个关键技术的研究方法和前沿技术，并对应用进展进行了综述；最后，对我国PAT技术推行过程中的企业应用难点及监管科学研究提出了一些意见和建议。旨在为企业在先进制造、智能制造、连续制造框架中开发和应用PAT技术提供参考借鉴。     

目前中成药在医院应用中存在的问题探讨

中成药是采用中药通过制剂加工制作而成的不同剂型中药制品,制药是将中医药理论作为指导,根据规定处方和生产工艺、质量标准生产的制剂。所以临床上使用中成药时,要基于辨证论治开具处方,也强调医师对中成药成分的掌握,注重临床配伍禁忌和个体差异、剂量控制等,保证中成药合理使用,以使中成药的临床疗效充分发挥。对当下中成药在临床应用中存在的问题进行探讨,以提出对应的处理对策。     

基于“整体观”的中药制剂质量过程控制体系探讨

＂质量可控、安全有效＂是我国药品研发过程须遵循的首要原则。产品质量的优劣不仅依靠检验方法,更依靠设计开发、过程控制及规范化管理等产品制造的所有环节,质量源于过程控制水平。该文首先系统回顾了中药制剂质量控制的历史和发展现状,借鉴国际药品质量控制的发展模式,并针对中药制剂质量控制的误区,分析总结影响中药制剂质量均一性的原因。针对中药特色的基础上,如何控制中药的多样性,将＂不均一＂的中药制成均一性良好的中成药,提出基于＂整体观＂和＂质量源于设计（quality by design,QbD）理念＂,创建＂整体化、模块化、数据化、规范化＂为核心的中药制剂质量过程控制＂四化＂模式。倡议科学研究需致力于中药制剂生产实际,结合先进装备技术升级,将科学研究成果切实做到中成药大品种中,推动中药制药技术集群创新和转化应用,实现中药产业提质增效、绿色发展。     

基于数据科学的中药膜过程研究的思考与实践

"数据科学"是关于数据的科学,其宗旨为探索数据界奥秘的理论、方法和技术。鉴于中药膜分离过程是一个非线性系统,其工艺数据具有多变量、非线性、强噪声、自变量相关、非正态分布、非均匀分布等全部或部分特征,"数据科学"已成为中药膜过程复杂系统探索、技术创新的重要武器。"数据科学"引入中药膜科技领域的技术关键:(1)可精准表征中药膜过程传质的特征技术体系的建立;(2)"分子模拟"技术对膜传质过程的动态描述;(3)计算流体力学在膜领域的应用;(4)强大、先进的数据处理技术。并以课题组多年开展的基于数据科学的中药膜过程研究为实例进行阐述。     

基于膜科学技术的中药废弃物资源化原理及其应用实践

中药废弃物的资源化是中药行业形成现代、环保、集约新产业的必然选择。在分析中药废弃物来源与主要化学组成的基础上,针对膜科学技术应用于制药工业的技术优势,特别是近年来膜分离技术已作为应用于中药制药行业传统提取、分离工艺改良的技术储备,提出膜科学技术是中药废弃物资源化过程工艺设计的重要选择之一。中药废弃物为组成与性质十分复杂的物质体系,"分离"过程的科学、有效是其再利用领域的技术关键,而过程集成有助于提高目标产物的收率或提高分离过程产品的纯度,可以解决许多传统的分离技术难以完成的任务。鉴于集成分离技术具有简化流程、降低消耗等优点,符合现代制药工业的发展趋势,而膜分离技术可为过程集成提供宽阔的平台,膜分离及其集成技术在实现中药废弃物的资源化和产业化过程中有着广阔的应用前景。该文通过探讨膜分离及其集成技术用于中药废弃物有效组分资源化的原理、方法与应用实践,描述了膜技术在中药废弃物的提取、分离、浓缩、纯化工程集成技术中的应用前景,比较系统地论述了膜技术在中药资源产业化过程中的适宜性和可行性。     

面向中药产业新型分离过程的特种膜材料与装备设计、集成及应用

人类社会的发展历程是以材料为主要标志的。《学术引领系列·国家科学思想库·未来10年中国学科发展战略:材料科学》指出:材料科学已经成为现代科学技术赖以发展与深化的实质性环节,对科学技术的发展起着基础和先导作用;一类新材料的出现还可以带动一个产业领域的诞生。过程工业对资源、能源的过度消耗和对环境的污染已经成为制约人类社会可持续发展的瓶颈问题,而化学工程一直是实现物质高效转化和能量有效利用的重要手段,进入21世纪,化学工程的目标已转化为:依托性能优越、环境友好和功能齐备的新型结构功能材料发展新的过程工业技术,形成新的工艺流程和集成技术,以达到高效、低耗、无污染的目的。膜技术以先进分离材料为载体,可在温和、低成本条件下实现物质分子水平的分离,特别适合现代工业对节能、低品位原材料再利用和消除环境污染的需要,已成为解决当代人类面临的能源、水资源、环境等领域重大问题的共性关键技术。膜材料与装备应用于中药产业可显著提升生产效率。通过分析膜材料与技术在国外医药产业和国内中医药产业的应用概况,面向中药产业应用过程的产业升级与绿色发展,提出将材料化学工程理论与方法引入中医药领域,开展具有自主知识产权的原创研究,构建以膜分离技术为核心的新型分离过程、分离流程及其专属装备,实现中药生产过程的节能减排。通过阐述20年来本课题组在中药及其复方水提液体系、油水混合体系等复杂体系分离过程产业化基础研究探索与工程化应用实践,为建立以特种膜技术为核心的中药新型分离过程的设计、集成与应用提供理论基础与应用示范。     

创建以过程管控为核心的中药质量控制技术体系

该文首先简述中药质量控制技术现状、瓶颈问题及严峻的挑战,提出应改变以事后检验为主要手段而不重视过程管控的药品监管现象,扭转业界忽视发展制药过程管控技术的局面,重构中药产品质量控制技术体系;通过建立以制药过程管控为核心的中药质量控制技术和监管体系,从根本上解决质量控制技术落后、质量风险管控措施不力、产品质量声誉不高等中药行业重大现实问题,从而突破中成药产品质量可控性差等难关。围绕中药质量控制技术领域中的难点问题和薄弱环节,提议尽快构建具有中国原创特色的中药CMC(chemistry,manufacturing and controls)技术规则并推动其得到国际认可,同时设计了以临床疗效为导向、制造方式为主轴、过程控制为重点的中药CMC技术架构。根据中医药临床特色及中成药生产特点,建议将药物分析学与中药化学、中药药理学、制药工程学、控制工程学、管理工程学等学科相结合,创立中药质量控制工程学。进而,提出中药质量控制工程理论模型及数字制药工程方法学,阐述了显著提升中药标准、实现中药国际化战略目标的技术路径。     

近红外光谱学与化学计量学在中成药液体制剂过程分析中的应用

近红外光谱技术是一种快速、无损的分析方法,化学计量学可以用于复杂数据的分析处理.将近红外光谱技术与化学计量学结合,可以作为中药制药过程控制的一种强有力的工具.近年来,近红外光谱技术已经较为广泛地应用于中药制药过程控制或在线监测.将重点介绍化学计量学和近红外光谱技术在中成药液体制剂方面的应用进展,主要应用领域包括:定性、定量分析方法和中成药液体制剂生产过程监控.     

中药饮片生产现状及发展方向

中药饮片是指在中医药理论指导下,根据辨证施治及调剂、制剂的需要,对中药材进行特殊加工炮制后的成品.中药由中药材、中药饮片、提取物和中成药四部分组成.中医临床采用的治病药物是中药饮片(包括配方颗粒饮片)和中成药,而中成药的原料亦是生、熟饮片.饮片入药,生熟异治是中医用药方面的一个鲜明特点.而中药炮制历史悠久,包含着深厚的中医药理论及丰富的经验技艺,是最具有民族特色和自主知识产权的独特制药技术.     

计算机化学及其在中药分离技术研究领域的应用进展

中药分离技术是中药研发领域的关键技术,是中药制剂现代化的重要环节.计算机化学能够从中药体系的“复杂数据”中构造模型、寻找规律.该文分析了计算机化学应用到中药分离领域的适用性、技术关键、基本模式及常用算法,介绍了提取动力学的数学模型及其建立方法,研究了基于计算机化学的中药膜过程的若干问题,并展望了该研究方向的应用前景.     

中药制药工业对膜科学技术的重大需求与关键问题

论述了中药制药工业在获取中药整体药效物质、改造传统工艺、降低能耗、保障产品安全、污水处理、技术创新等方面对膜科学技术的重大需求.分析了制约中药膜分离技术产业化进程的关键问题,并提出相应对策.当前高分子科学和分析技术的进展以及环境友好战略的实施使膜技术步入了快速发展的新阶段,从而为中药生产的提取、分离、浓缩、纯化一体化工程技术的解决提供了保证.同时膜分离技术在与中药体系特性接近的生物大分子的分离、浓缩和纯化上所得到的广泛应用,也从一个侧面说明膜技术如果用于中药生产,应当同样会获得较高的效益.     

中药工业4.0:从数字制药迈向智慧制药

该文对中药制药工程科技进行前瞻分析,设计了中药制药业"未来工厂"愿景,进而提出"中药工业4.0"战略构思和技术路线图,构划了相关核心技术体系,由此阐明中药工业从数字制药迈向智慧制药的技术发展路径。在定义中药制药过程控制、在线检测、过程质量监测等概念及术语基础上,阐述了数字制药与智慧制药的技术理念及技术特征,倡议大力推进中药数字制药技术的广泛应用,通过制药过程高度信息化和多学科集群创新,创建中药智能制造技术,为中药产业提质增效及技术升级提供新动能。