新技术在兽药研发生产中的应用

发布: 2010-04-03 |  作者:  |   来源:

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  1、现状

  据统计我国现有兽药生产企业2000余家,生产的兽药品种规格约有2000多种,年产值已超过150亿元人民;全国约有经营企业5万多家,年销售额约170亿元人民币。主要剂型仅有水针剂、片剂和针剂,原料药厂所占比重不到5%。缺乏市场需要的群体疾病防治的浇泼剂、缓释剂、气雾剂等。大多数生产厂的生产环境、设备、工艺简陋和落后,生产规模小。兽药研发创新能力弱,新药数量少,产品科技含量低。农业部已限定2005年底为兽药生产厂达到 GMP要求的最后期限。这预示着兽药生产整体水平的提高,优胜劣汰的竞争会更加激烈,有利于新技术、新工艺及新产品的研发和应用。

  2、提取技术

  在中药制剂生产中常用的提取方法主要有煎煮法、回流法、浸渍法、渗漉法等,但这些方法存在有效成分损失大、周期长、工序多、提取率不高等缺陷。目前在药物研发生产中应用的提取新技术主要包括:

  2.1超临界流体萃取技术

    超临界流体萃取(SCFE)技术是目前国内外较广泛研究和应用的一种新技术。由于超临界流体的密度仅是温度和压力的函数,在一定压力范围内其密度与其溶解能力成比例,故可通过对温度、压力的控制来改变对物质的溶解度,而且在临界点附近温度与压力的微小变化有可能导致溶质溶解度发生数量级的突变。在超临界萃取体系中,处于超临界状态流体(溶剂)的性质可以通过添加其他物质(夹带剂)改进;溶剂的溶解能力随密度增大而增强;溶质的蒸气压随温度升高而指数上升;低挥发性物质在高压下,溶解度随温度升高而增大,在低压下溶解度随温度升高而降低。因此SCFE可以通过控制体系的压力和温度使其选择地萃取其中某组分,然后通过温度或压力的变化,降低超临界流体的密度,对所萃取的物质进行分离,并让超临界流体循环使用。目前广泛使用的是超临界co,萃取。

  SCFE由于可通过调控压力和温度,选择性地萃取某些成分,使萃取到分离可一步完成,因此特别适用于提取分离挥发性成分、脂溶性物质、高热敏性物质,产品基本无有机溶剂残留,产品纯度亦较高。但它较适用于亲脂性、分子量较小物质的萃取,对极性大、分子量大的物质如苷类、多糖类,要加夹带剂(一般常用的夹带剂有水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等),在夹带剂的使用上还缺乏足够的理论方面的研究,可测性差,主要靠实验摸索,操作在很高的压力下进行,设备属高压设备,一次性投资较大,运行成本较高,给工业化广泛应用带来了障碍。

  2.2 超声循环提取技术

    超声波对各种成份的提取分离的强化作用主要源于其空化作用。在空化发生时液体中的微小气泡核在高强度超声波作用下发生振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。湍流效应、微扰效应、界面效应和聚能效应等是空化作用在超声提取体系中的具体体现。超声提取早已广泛应用于实验室少量样品处理,它所具有的时间短、温度低、提取率高等优点已被公认,缺乏有效的工程放大手段是限制其大规模应用的瓶颈。虽然目前国内逐渐有越来越多的超声提取设备出现在市场上,但真正能够适于工业大生产的超声提取装备仍然很少,本文仅对超声循环提取技术和设备作简要介绍。

    超声循环提取技术是在国家863和攻关项目的支持下,根据生化工程理论和方法,提出了物料和超声场之间“模拟移动”,根据流体流动、混合理论和给予每个物料颗粒“相同机会”,最大限度地提高超声场的利用率,解决局部过度超声处理和超声波在介质中的快速衰减问题。通过采用独特的循环技术和超声场的合理设计,极大地增加了超声场的物料处理能力,小功率超声场即可处理大量物料,从而解决了超声提取的工程放大难题。目前已形成了从0.5升到8000升有效容积的实验室SY、中试HF、生产SC三大系列产品,数十个品种,已在北京同仁堂、北京大学药学院等近三十家研发、生产单位使用。
同国内外相关设备相比较,通过大量试验证明,超声循环提取技术和设备具有如下特点。效率高:提取时间仅为常规提取方法的几分之一到几十分之一;能耗低:一般均在室温下提取,单位物料处理量能耗较常规提取方法可降低50~4;产品质量高:由于提取时间短、温度低,产品中杂组份含量减少,提高了提取产品品质;提取率高:有效成份得以充分释出,甚至有些用常规方法难于提出的组份亦能快速提取出来;适用范围广:不受溶剂性质、提取物分量大小、极性等限制,还可以用于提取——纯化的耦合、超声分散、乳液制备、缓释药物超微胶囊和纳米胶囊制备等;操作简便:可进行间歇提取或多级连续提取,有顺流和逆流两种方式可供选择、易于实现自动化,符合GMP要求;产品性/价比高:价格大大低于超临界萃取和进口设备,设备占地面积小。但需要加强成套生产线的集成和自动控制的集成等方面的研发。

  2.3 微波萃取技术

    微波提取技术亦是目前研究较多的提取新技术之一。它是根据不同物质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加热,从而使得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,达到提取的目的。

    微波萃取具有时间短、设备简单、适用范围广、萃取效率高等特点。微波萃取选择性差的问题可以通过对微波的施加功率及时间的控制或者与另一些优势技术相结合来改善。微波提取一般适用于热稳定性的物质,对热敏性物质,微波加热易导致它们变性或失活;要求物料有良好的吸水性,否则细胞难以吸收足够的微波能将自身击破,产物也就难以释放出来;微波提取对组分的选择性差。

  2.4 酶法提取

  酶法提取是利用酶反应较温和地将植物组织分解,从而可以最大限度从植物体内提取有效成分。纤维素酶用于以纤维素为主的中药材提取有效成分能提高有效成分的收率。酶法提取要求酶有极高的活性、高度的专一性和温和反应条件。在植物药用成份提取中酶可以作为浸提辅助剂,在动物药提取中可以作为激活剂和脱毛剂等,可以作为提取液的澄清剂和药渣再利用的催化剂。酶法提取的效果主要取决于酶的种类、用量、酶解时间、温度、酸碱度、物料细度、搅拌等多种因素。酶法提取要拓宽其应用领域,还需要进一步深入探讨酶的浓度、底物的浓度、温度、酸碱度、抑制剂和激动剂等对提取物有何影响。

  2.5 半仿生提取法   

  半仿生提取法(SBE)是从生物药剂学的角度,模拟口服给药及药物经胃肠道转运的原理,为经消化道给药中药剂设计的一种新的提取工艺。它应用于中药提取中坚持了“有成分论,不唯成分论,重在机体的药效学反应”。这种新提取法可以提取和保留更多的有效成分,能缩短生产周期,降低成本。但 SBE的有效成分利用率较低。

  3、分离纯化技术

  传统的分离方法主要有沉降、过滤、离心,传统的纯化方法主要有水提醇沉法(水醇法)、醇提水沉法(醇水法)、酸碱法、盐析法、离子交换法和结晶法等。目前新的分离纯化方法主要有絮凝沉淀法、大孔树脂吸附法、超滤法、高速离心法等。

  3.1 絮凝沉淀

    絮凝沉降是在混悬的提取液或提取浓缩液中加入一种絮凝沉淀剂以吸附架桥和电中和方式与蛋白质果胶等发生分子间作用,使之沉降,除去溶液中的粗粒子,以达到精制和提高成品质量的目的。目前使用的絮凝剂主要有鞣质、明胶、蛋清、101果汁澄清剂、ZTC澄清剂、壳聚糖等。

  在絮凝沉淀过程中可以加人交流电场或直流电场强化,即电场絮凝。电场絮凝可以大大降低絮凝剂的用量,增加絮凝体的大小和强度,缩短絮凝时间。电场絮凝不但可以用于混悬液的液固分离,亦可以代替部分乙醇沉淀等过程。

  3.2 超滤浓缩

  膜分离技术是以压力为推动力,利用膜的选择性实现混合组份的分离。膜分离主要包括微滤、超滤、反渗透及纳滤。超滤(Ultrafiltration)是根据体系中分子的大小和性状,通过膜的筛分作用,在分子水平上进行分离,可分离分子量为1000道尔顿~1000000道尔顿的物质,起到精制、富集及浓缩的作用。同微滤过程相比,超滤过程受膜表面孔的化学性质的影响较大。影响超滤效果的主要因素包括膜的选择性、料液预处理方式、压力、流速、温度、浓度、pH值、时间、膜再生的方式等。目前超滤主要用于浓缩、分级、大分子溶液的净化等。应用时主要应考虑膜的寿命、膜面污染的防治、清洗及膜的再生方式。

  3.3 高速离心

  通过离心机的高速运转,使离心加速度超过重力加速度的成百上千倍,从而使沉降速度增加,以加速药液中杂质沉淀并去除的一种方法。沉降式离心机分离药液具有省时、省力,药液回收完全,有效成分含量高、澄明度高的特点,更适于分离含难于沉降过滤的细微粒或絮状物的悬浮液。

  3.4 分子蒸馏

    分子蒸馏(molecular distillation)是一种在高真空度下进行的液一液分离操作的连续蒸馏过程,它亦是一种在高真空度条件下进行非平衡分离操作的连续蒸馏过程。它是基于在一定的温度和真空度下不同物质的分子平均自由程差异,液体混合物各分子受热后会从液面逸出,并在离液面小于轻分子平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一个冷凝面,使轻分子不断逸出,而重分子达不到冷凝面,从而打破动态平衡而将混合物中的轻重分子分离。由于轻分子只走了很短的距离即被冷凝,所以分子蒸馏亦称短程蒸馏(short-path distillation)。在分子蒸馏过程中,物料处于高真空、相对低温的环境,停留时间短,损耗极少,故分子蒸馏技术特别适合于高沸点、低热敏性物料。目前该技术已广泛应用于石油化工、医药、食品、化妆品等行业。对于一些热敏性极强的物料(如二十八烷醇和三十烷醇的分离)、天然维生素E等分子蒸馏均取得良好的分离效果。

    目前有关分子蒸馏基础理论的研究非常少,还无法从理论上指导分子蒸馏器的设计,现有的分子蒸馏器的设计主要是依靠经验,而且只局限于对降膜式分子蒸馏器和离心式分子蒸馏器液膜内流动状态、传热、传质及汽相分子的运动状况的研究。对刮膜式分子蒸馏器设计研究很少的主要原因是很多情况下降膜式和离心式分子蒸馏器内液膜的流动状况可以看成是稳态层流,而刮膜式分子蒸馏器内的液膜流动为非稳态的湍流流动。

  国内对分子蒸馏技术的研究起步较晚,基础较弱,现在还处于消化吸收及小试研究阶段。分子蒸馏技术目前面临的主要课题是扩大应用领域,尤其是对一些分离难度大的天然药物的应用。

  3.5 大孔吸附树脂

  大孔吸附树脂是由有机单体加交联剂、致孔剂、分散剂等添加剂聚合而成,是不含离子交换基团的由许多微观小球组成的多孑L球状交联聚合物。树脂理化性质稳定,不溶于酸、碱及有机溶媒,不受无机盐类及强离子低分子化合物存在的影响。依据其表面性质的差异可分为非极性、极性和中性大孔吸附树脂。大孔吸附树脂是吸附性和筛选性原理相结合的分离材料。它本身具有的吸附性,是由于范德华力或产生氢键的结果。筛性原理是由于其本身多孔性结构所决定。大孔吸附树脂根据孔径、比表面积及构成类型被分为许多型号,一般根据所需分离纯化物质的分子大小及极性强弱,选用与之相适应的大孔吸附树脂,可收到较好的分离效果。影响大孔吸附树脂分离效果的主要因素包括比表面积、孔径、粒径、强度、溶胀系数、孔的三维结构等。一般根据所需分离纯化物质的分子大小及极性强弱,选用与之相适应的大孔吸附树脂。大孔吸附树脂可用于多种药用成份的分离,还可用于含量测定前样品的预分离。应用大孔吸附树脂富集药物有效成分,具有分离度好、专属性强及重现性好,无杂质干扰,灵敏度高等特点。在实际应用中,要达到满意的分离效果,必须根据化合物的结构特点并综合考虑各种影响因素,设计合适的分离条件,在必要情况下,可进行预试验而确定。

  4、其它技术

  4.1 超微粉碎

    中药有效成分的溶出速度与药物细度有关,同时与药物在体内的生物利用度之间存在密切关系。应用超微加工技术可将原生药从传统粉碎工艺得到的中心粒径150目-200目的粉末(75im以下),提高到现在的中心粒径为51m~lOim,在该细度条件下,一般药材细胞的破壁率95%。

    超微粉碎的机理一般包括对物料的冲击、碰撞、摩擦、剪切、研磨、同步断裂等作用。选择粉碎方法时,须视粉碎物料的性质和所要求的粉碎程度而定。一般来说,粒度较大或中等的坚硬物料采用压碎、冲击的方式;粒度较小坚硬的物料采用压碎、冲击、碾磨方式;粉状或泥状的物料采用剪切、压碎、碾磨的方式;韧性材料采用剪切或快速打击的方式。

  超微粉碎技术由于粉碎过程中不产生局部过热,且在低温状态下进行,粉碎速度快,因而最大限度地保留了材料中的生物活性物质及各种营养成分,适用于多种药物制剂和保健品、化妆品等。但在超微粉碎过程中,由于粒径的减小,其物理特性会发生很大变化(如表面能增加等),使颗粒处于不稳定状态,流动性差,易聚集形成假大颗粒,所以只有不断优化工艺参数才能对物料进行高质量、高效率地粉碎。

  4.2 干燥技术

    喷雾干燥是流化技术用于液态物料干燥的一种方法,由于是瞬间干燥,特别适用于热敏性物料,故所得产品质量好,保持原来的色香味,且易溶解。利用喷雾干燥制备微囊的研究正在进行,它是将心料混悬在衣料的溶液中,经离心喷雾器将其喷入热气流中,所得的产品是衣料包心料而成的微囊,这种微囊粉末可采用于直接压片,也可制备胶囊剂、糖浆剂或混悬剂。

  冷冻干燥是将需干燥的液体物料冷冻成固体,在低温减压条件下利用冰的升华性能,使物料低温脱水而达到干燥的一种方法。由于物料在高度真空及低温条件下干燥,故特别适于某些极不耐热物质的干燥。喷雾冻干制得的产品微粒小、干燥快、时间短、均匀、流动性好,并具良好的速溶性。

  4.3 制粒技术

    流化床制粒又称一步制粒技术,它可以大大减少辅料的用量,浸膏在颗粒中的含量可达50%~70%,颗粒在沸腾状态下形成,表面圆整,流动性好。同时,由于制粒过程在封闭的制粒机内完成,生产过程不易被污染,成品质量能得到更好的保障。

    快速搅拌制粒时,通常将盛有固体物料(辅料)的容器提升密闭,由加料口加入浸膏,开启三向搅拌叶以一定的速度转动,使物料从盛器的底部沿壁抛起形成旋转的波浪,其波峰通过时被高速旋转的刮粒刀切割成带一定菱角的小块,小块间相互摩擦,最后形成球状颗粒。该法制成的颗粒均匀、圆整,辅料用量少,制粒过程密闭、快速。
干法制粒是将具有一定相对密度的药液,经喷雾干燥得到干粉,添加一定辅料后,以滚筒平压制粒机制粒。该法所需辅料少,甚至不用辅料。

  4.4 固体分散技术

  固体分散技术是指药物以微粒、微晶或分子状态等均匀分散在某一固态载体中。药物在载体中分散的状态分为简单低共熔混合物、固溶物、偏晶体、玻璃态固溶体和分子复合物等。固态载体常用水溶性和亲水性很强的物质,以增加一些难溶性药物的溶解度和溶解速率,增加药物口服后的生物利用。常用于增溶作用的载体有水溶性聚合物,水溶性小分子化合物,有机酸类物质及其它亲水性辅料等。也可以应用一些水不溶性载体或难溶性材料作为药物的载体,如乙基纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素、聚丙烯酸树脂、胆固醇、棕榈酸甘油酯等,阻止药物的释放,以达到缓释或控释的目的。

  4.5 微型包囊技术

  微型包囊技术是利用高分子材料(通称壁材),将药物微粒或药液微粒(通称心材)包埋成微小囊状物的技术,药物微囊化后,具有延长疗效,提高稳定性,掩盖不良气味,降低在胃肠道中的副作用,减少复方配伍禁忌,改变某些药物的物理特性等作用。微囊以往多以凝聚法制备而成。喷雾干燥法制备微囊也日趋成熟,在喷雾过程中,由心材和壁材组成的均匀物料,被雾化成微小液滴后,受周围热空气的影响,使雾滴表面形成一层半透膜,形成粉末状微囊颗粒。

  5、结束语

    由于我国已正式加入WTO,仿制兽药受阻。我国兽药企业普遍创新能力较差,企业基本没有新药研发机构,在新药的研发上经费投入很少,企业和研发机构之间、企业和企业之间缺乏新药创新上的有效合作,而核心关键技术的竞争将会是决定我国的兽药企业之间竞争的主要因素之一,因此,要想振兴我国的兽药工业,增强我国兽药工业的国际竞争力,研发和采用各种高新技术,形成具有自主知识产权的核心关键技术和产品是必由之路。(赵兵)

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