基于超臨界流體技術(shù)的中藥及天然藥物研究與應(yīng)用

中山大學(xué)廣東省中藥超臨界流體萃取工程技術(shù)研究中心是依托中山大學(xué)成立與發(fā)展的科研平臺，同時以中山大學(xué)（南沙研究院及藥學(xué)院）為依托建立了南藥集成制造與過程控制技術(shù)研究中心和天然藥物研究中心、以中山大學(xué)為技術(shù)支撐聯(lián)合共建了超臨界流體技術(shù)及裝備國家地方聯(lián)合工程研究中心等平臺。由葛發(fā)歡教授團(tuán)隊負(fù)責(zé)建設(shè)與運行。團(tuán)隊重點針對中藥研究及生產(chǎn)中提取分離等過程涉及的科學(xué)和關(guān)鍵技術(shù)問題，以超臨界流體技術(shù)為核心，研究開發(fā)了先進(jìn)實用的中藥提取分離過程單元技術(shù)及裝備、過程質(zhì)量控制技術(shù)及系統(tǒng)、現(xiàn)代納米藥物制備技術(shù)，并通過集成優(yōu)化，形成了中藥提取分離及過程控制成套技術(shù)與裝備，建立了相應(yīng)的中試線。

一、研究方向與應(yīng)用概況

1.中藥超臨界流體萃取技術(shù)方法的研究與建立及應(yīng)用發(fā)展

超臨界流體技術(shù)是“環(huán)境友好”的綠色新技術(shù)。CO2由于來源廣、惰性、無毒，是最常用的超臨界流體，因其具有許多獨特的性質(zhì)，超臨界流體技術(shù)在萃取、反應(yīng)、材料、分析、清洗、印染等多個領(lǐng)域的研究和應(yīng)用中顯示了較大的優(yōu)勢。

超臨界CO2流體萃取技術(shù)始于20世紀(jì)70年代，之后迅速發(fā)展，成為新一代提取分離技術(shù)。用超臨界CO2萃取天然產(chǎn)物，由于具有較佳的提取分離效率、選擇性高、周期短、無溶劑殘留等優(yōu)點，國際上率先在食品、香料、化工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。國內(nèi)的研究始于80年代，但能否在中藥領(lǐng)域應(yīng)用當(dāng)時爭議較大。

圖1 超臨界CO2流體的特點

葛發(fā)歡教授及團(tuán)隊早在80年代末就率先將超臨界流體萃取的理念和方法引入中藥領(lǐng)域，研究開發(fā)了中藥的超臨界CO2流體萃取技術(shù)，通過主持承擔(dān)國家“八五”科技攻關(guān)項目“超臨界CO2萃取技術(shù)在中草藥中的應(yīng)用研究與開發(fā)”及隨后相繼承擔(dān)的國家及省市“八五”跨“九五”到“十三五”的相關(guān)項目及大量橫向項目，進(jìn)行了近100種中草藥的超臨界CO2萃取技術(shù)研究，歷經(jīng)多年的努力，從超臨界CO2萃取在中藥或天然藥物應(yīng)用基礎(chǔ)研究、國產(chǎn)裝備的開發(fā)、中藥與天然藥物品種的研究開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化等方面展開了系統(tǒng)深入的研究，證明了超臨界CO2萃取技術(shù)可用于中藥領(lǐng)域并揭示了其應(yīng)用規(guī)律性，解決了很多重大技術(shù)問題，建立了中藥超臨界流體萃取技術(shù)方法；開發(fā)了適合中藥萃取的裝備及多個中藥及天然藥物品種，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化及推廣應(yīng)用，充分顯示了超臨界CO2萃取技術(shù)在中藥中藥現(xiàn)代化中的優(yōu)勢。有關(guān)成果有力推動了國內(nèi)超臨界CO2萃取技術(shù)在中藥及天然藥物中的研究與應(yīng)用。

近三年來，團(tuán)隊通過合作，又研究開發(fā)了新一代高效節(jié)能連續(xù)式超臨界CO2萃取技術(shù)。在原間歇式超臨界CO2萃取技術(shù)設(shè)備的基礎(chǔ)上，開發(fā)了三釜瞬間等壓智能切換萃取等系統(tǒng)，并優(yōu)化流程及系統(tǒng)配置，形成連續(xù)式高效節(jié)能超臨界CO2萃取成套技術(shù)與裝備。品種的效果驗證研究證明：與傳統(tǒng)超臨界CO2萃取技術(shù)比，提取過程由原來的間隙式操作變成連續(xù)式操作，相同的藥材處理量，可大大節(jié)約工時、縮短生產(chǎn)周期，減少CO2耗量和用電量，大幅提高了生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗。該成套技術(shù)已開始在藥用與功能性油脂、中藥健康產(chǎn)品中推廣應(yīng)用。另外，在一般超臨界萃取壓力（通常小于40MPa）基礎(chǔ)上，還開發(fā)了中藥高壓及超高壓超臨界萃取技術(shù)，大大提高了超臨界CO2流體的溶解度，拓寬了中藥有效成分的萃取范圍，提高了萃取效率。

圖2 超臨界流體萃取技術(shù)用于中藥有效成分群的提取分離

2.中藥超臨界流體技術(shù)的過程機(jī)制研究

超臨界流體技術(shù)尤其是中藥及天然產(chǎn)物的超臨界萃取存在一個有趣的現(xiàn)象，即其過程機(jī)制的基礎(chǔ)研究滯后于其應(yīng)用發(fā)展的步伐。盡管超臨界萃取技術(shù)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于中藥及天然藥物成分的產(chǎn)業(yè)化提取分離，但如何快速獲得最佳的工藝參數(shù)及大型設(shè)備的設(shè)計方案仍然是普遍存在的問題，目前通常憑借經(jīng)驗設(shè)計或通過大量的條件試驗來優(yōu)化。

研究團(tuán)隊根據(jù)超臨界流體與中藥成分相互關(guān)系的基本特點，針對如何快速高效獲得藥物有效成分的關(guān)鍵問題，設(shè)計精密設(shè)備對藥物成分在超臨界流體中的相行為進(jìn)行深入分析，通過PR方程、半經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀⑾嗷プ饔梅匠痰确椒枋隽怂幬?CO2等二元及多元相平衡規(guī)律，建立了藥物在超臨界流體中的相行為擬合模型，并結(jié)合超臨界萃取過程機(jī)理研究，建立了萃取過程數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)了萃取過程最優(yōu)參數(shù)的快速預(yù)測。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊將這一研究方法進(jìn)一步拓展到基于超臨界流體技術(shù)的納米藥物研究之中，并建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫。

3.基于超臨界流體技術(shù)的現(xiàn)代納米藥物研究

研究團(tuán)隊利用超臨界CO2的獨特性質(zhì)，根據(jù)中藥及天然藥物成分的理化性質(zhì)和藥學(xué)特點，通過應(yīng)用化學(xué)、流體動力學(xué)、藥劑學(xué)、現(xiàn)代藥理學(xué)等多學(xué)科交叉，建立了多種“因藥制宜”的現(xiàn)代納米藥物制備的基本方法—超臨界快速膨脹過程與超臨界抗溶劑過程融合的成套技術(shù)，著力探索高效的中藥及天然藥物成分新型給藥系統(tǒng)，為進(jìn)一步發(fā)展中藥及天然藥物的新劑型提供新的思路和方法。

圖3 超臨界流體中藥物成分相行為的研究

圖4 多元相平衡模型建立與參數(shù)預(yù)測

圖5 納米藥物產(chǎn)物形貌的靈活控制

圖6 SEDS技術(shù)改善難溶性藥物水溶性

圖7 實現(xiàn)藥物緩控釋及提高生物利用度

例如，通過對超臨界CO2多相體系中的相轉(zhuǎn)變、相平衡、傳質(zhì)過程、成核生長機(jī)制等方面的深入研究，實現(xiàn)了基于超臨界流體技術(shù)制備納米藥物產(chǎn)物形貌的靈活控制；通過超臨界RESS和SEDS技術(shù)將難溶性藥物轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定型納米顆粒，有效改善了藥物的水溶性和吸收；通過研究SAS過程中“藥物-載體”相互作用規(guī)律，構(gòu)建多種不同的固體納米給藥系統(tǒng)，改善藥物的體內(nèi)穩(wěn)定性、藥代動力學(xué)性質(zhì)、生物利用度；通過超臨界SSI和藥物“穿墻”載藥技術(shù)，構(gòu)建藥物-介孔納米給藥系統(tǒng)，實現(xiàn)藥物的應(yīng)激釋藥、靶向給藥等功能。

二、科研團(tuán)隊及科研支撐條件

以葛發(fā)歡教授為學(xué)術(shù)帶頭人的科研團(tuán)隊現(xiàn)設(shè)有專職科研人員13人，其中正高級職稱1人、副高級職稱2人、中初級職稱6人、其他工程技術(shù)人員4人，具有博士學(xué)位2人、碩士學(xué)位6人，在讀研究生5名。另外尚有兼職研究人員10多人。是一支專業(yè)從事以中藥超臨界流體萃取技術(shù)及中藥現(xiàn)代提取分離技術(shù)、基于超臨界流體技術(shù)的現(xiàn)代納米藥物技術(shù)、中藥提取分離過程近紅外質(zhì)量控制技術(shù)研究的研發(fā)團(tuán)隊。

團(tuán)隊目前擁有研發(fā)試驗場地近1400平方米，按照實驗室功能，下設(shè)有中藥超臨界流體萃取室、中藥新型提取分離室、超臨界流體納米藥物制備室、中藥質(zhì)量分析與過程控制室、細(xì)胞實驗室、中藥及健康產(chǎn)品開發(fā)室等。專門配有設(shè)備儀器總值達(dá)1800多萬，包括超臨界流體相平衡儀、超臨界流體萃取及逆流萃取裝備、新一代連續(xù)式超臨界CO2萃取裝備及超高壓超臨界流體萃取裝備、超臨界納米藥物制備裝備、連續(xù)式高壓破碎提取裝備、動態(tài)軸向壓縮工業(yè)色譜定向分離裝備、分子蒸餾裝備、納濾膜分離與濃縮裝備等及相應(yīng)的3條成套技術(shù)裝備中試示范線；精密儀器包括LCMS-IT-TOF液質(zhì)聯(lián)用儀、氣質(zhì)聯(lián)用色譜儀、高效液相色譜儀、近紅外光譜離線及在線分析系統(tǒng)、酶標(biāo)儀等。

三、主要科研成果及國內(nèi)外技術(shù)交流與合作

多年來，團(tuán)隊負(fù)責(zé)人承擔(dān)了國家科技攻關(guān)計劃、支撐計劃、重大新藥創(chuàng)制專項、重點研發(fā)計劃及廣東省、廣州市等科技項目40多項，大部分項目與中藥及天然藥物的超臨界流體技術(shù)相關(guān)；研究的中藥及天然藥物、中藥健康產(chǎn)品多項獲得批文，大部分已產(chǎn)業(yè)化；獲各級科技獎勵11項，其中國際發(fā)明金獎1項、省部級科技進(jìn)步一等獎、二等獎各1項；發(fā)表中文及SCI論文140多篇，主編專著2部。

近5年來，團(tuán)隊申請發(fā)明專利50余項、實用新型專利4項、軟著作權(quán)5項，充分利用關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢，積極開展與國內(nèi)外企業(yè)、大專院校及科研院所的技術(shù)交流與合作，技術(shù)服務(wù)與合作項目30多項，相當(dāng)一部分已投入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；舉辦了第十屆全國超臨界流體技術(shù)學(xué)術(shù)及應(yīng)用研討會、第三屆海峽兩岸超臨界流體技術(shù)學(xué)術(shù)研討會、第四屆中-法超臨界流體技術(shù)國際學(xué)術(shù)會議。