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。     

基于中药水提液浓缩过程溶液环境特征参数相关性的瞬时能耗计算方法探索——以玉屏风散水提液为例

目的寻找中药水提液浓缩过程瞬时能耗计算简便方法。方法以玉屏风散为模型药物,测定其水提液浓缩过程中多种溶液环境特征参数的动态变化数据,构建中药溶液环境特征参数白利度(简便、易测、准确)与浓缩能耗计算需要的相关参数的相关性模型。结果白利度与固含率、密度、比热容、导热率等具有优越的线性相关,相关系数(R~2)均高达0.99左右。结论可通过测定白利度及构建与其他物理参数如比热容(Cp)、导热率(kf)等关系模型,计算浓缩的动态能耗;为中药制药过程工程原理研究开辟新思路。     

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。     

基于中药液、固体物料指标成分含量相关性的膜工艺评估方法创新研究——以杜仲叶水提液为例

目的以杜仲叶EucommiaeFolium水提液为模型药物,通过探索液、固体物料指标成分含量相关性,构建面向中药澄清精制膜工艺过程评估的简便方法。方法将杜仲叶水提液依次以多种微滤和超滤膜集成工艺澄清、精制,杜仲叶水提原液记为W1,过200 nm陶瓷膜透过液记为W2,之后分别过相对分子质量为10 000、3500超滤膜,透过液记为W3、W4,测量过膜前后药效物质(粗多糖、总黄酮、总多酚、绿原酸)和大分子非药效杂质(蛋白质)含量。并开展液、固体物料指标成分含量相关性模型的理论推导。结果发现指标性成分在干浸膏中的含量为指标性成分在液体物料中的含量与固含率的比值,以绿原酸与总蛋白为例进行验证,实测值与估算值极为接近。结论作为实际生产中对膜澄清、精制工艺科学、合理性判断的一种简便方法,该模型虽有一定局限性,但作为解决复杂体系膜工程化问题的手段,则表现出较大的灵活性和实用性,可为基于膜过程的中药制药分离工艺智能化提供新的思路与方法。