制藥工程專業(yè)無機及分析化學中“藥味道”教學的思考

吳 瑛，王春棟，2

(1 塔里木大學生命科學學院，新疆 阿拉爾 843300；2 華中科技大學光學與電子信息學院，湖北 武漢 430074)

無機及分析化學是制藥專業(yè)學生在擁有中學化學知識的基礎(chǔ)上，將無機化學和分析化學經(jīng)過內(nèi)容整合后的一門必修基礎(chǔ)課程，它為后續(xù)制藥專業(yè)學生學習有機化學、藥物化學和藥理學等的學習提供基礎(chǔ)方法和理論指導。作為已經(jīng)確定專業(yè)的學生都有一個共同的想法和觀點，認為進入大學就是要學習與專業(yè)相關(guān)的知識、學會用專業(yè)知識和學實際點的內(nèi)容。又因?qū)W生對所學專業(yè)的培養(yǎng)目標了解的較少，對于基礎(chǔ)課都有個不成熟的認識，與自己的專業(yè)聯(lián)系不多，不夠重要，失去了學習的動力。而課程對于剛?cè)雽W的學生來說知識點多，難于掌握。這就要求老師在教學內(nèi)容和課堂教學組織上下功夫，調(diào)動學生的學習興趣和熱情，更好地適應制藥專業(yè)教育的要求。

本文從無機及分析化學知識點中挖掘與制藥專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容，探索在傳授化學知識同時融入藥的“味道”， 增強化學與后續(xù)藥學專業(yè)課程的聯(lián)系。簡介制藥領(lǐng)域中由化學學科創(chuàng)造出的成就，讓學生對基礎(chǔ)課程學習的重要性有了認識。結(jié)合無機藥物研發(fā)引導學生關(guān)注專業(yè)前沿科學，使學生看到了制藥專業(yè)對于為社會做出的巨大貢獻，對專業(yè)學習充滿興趣和信心。

1 梳理課程內(nèi)容融入藥學相關(guān)知識

1.1 緒論中融入藥味

作為先導課，緒論的講解往往關(guān)乎一門課程能否講好和激發(fā)學生學習興趣的關(guān)鍵章節(jié)。本課程緒論課不僅要介紹化學定義、研究對象和范圍以及在自然學科中的地位，使學生對學習內(nèi)容和方法等有一個全方位的了解，且通過實例介紹化學在制藥和藥學領(lǐng)域的一些作用和已取得的重要成就，否則會讓學生覺得與專業(yè)無關(guān)失去了關(guān)注。比如穿插一些簡單無機化合物：如MgSO4鹽，學生在中學已經(jīng)接觸到了的，對其性質(zhì)有所了解。但是可能對于其藥效不是十分了解的，說明它可以作為瀉藥，由于在腸道中難以吸收，高的滲透壓阻止了腸內(nèi)水分的吸收，擴張和刺激腸道蠕動，從而促進排泄；Na2SO4又稱芒硝，將芒硝外敷在患處，可以促進傷口愈合，幫助患者消腫止痛，防止傷口感染(一些外科手術(shù)后常用于外敷刀口)。芒硝也可以內(nèi)服，以清火消腫，緩解大便干結(jié)等癥狀，幫助牙齦緩解由于上火導致的腫脹感。雜多酸是有2個以上的無機含氧酸縮合脫水產(chǎn)生的一類物質(zhì)，看似簡單的脫水反應卻具有了抗病毒的作用[1]，一氧化氮NO常見的氮化物確有血管舒張的作用[2]等等。讓學生翻開書本后面附的元素周期表，簡單介紹表的組成結(jié)構(gòu)后。提問學生在周期表里你看到了哪些元素與我們用的藥物有關(guān)？可以講一下碘單質(zhì)，用于醫(yī)藥常備消炎、殺菌藥——碘伏。說明一下碘伏的組成成分是單質(zhì)碘與聚乙烯吡咯烷酮的不定型結(jié)合物。引入過渡元素，過渡金屬元素在生物體內(nèi)含量很低，但一些重要反應、能量轉(zhuǎn)移及信息傳遞確與其著重要的關(guān)系。如鐵元素生理功能主要有合成血紅蛋白，除此而外它還能激活一些酶參與體內(nèi)能量代謝，與免疫功能還有密切關(guān)系。機體缺鐵造成缺鐵性貧血，二茂鐵青霉素等藥物中間體，可用作補血劑治療缺鐵性貧血癥。稀土元素是鑭、鈰、鐠、釹等17種特殊的元素統(tǒng)稱，在抗炎、抗凝血和治療燒傷等方面的稀土離子表現(xiàn)出優(yōu)越性[3]。釓的配合物DTPA核磁成像中已經(jīng)作影像劑?；瘜W分析法測定VC的含量測定、糖尿病的化驗等；免疫測定[4]中用到的電學分析、光學分析等，目前的抗癌藥物，鉑、銻、錫、釩、硒、鍺等的配合物在抗癌金屬配合物中占重要地位，芯片技術(shù)等前沿發(fā)展引入激發(fā)學生的興趣。且由此得出，無機及分析化學在藥物化學中占具著重要地位。

1.2 溶液與制藥

溶液這章中包含了溶液濃度計算、體系概念分類和稀溶液的依數(shù)性。講到了水的相圖，可以將制藥工藝中常用的冷凍干燥、減壓升華方法，在水的相圖講解時深入到理論中解析其原理。無論是生產(chǎn)、生活和科學研究都常用到稀溶液的依數(shù)性，它還與健康和醫(yī)學都有著密切的關(guān)系。醫(yī)院輸液的時候，經(jīng)常有輸液輸幾瓶的情況，為什么不把藥物全部放到起去一起注射，節(jié)省時間呢？生理鹽水的濃度為什么不能高或者低(滲透壓知識)？再如稀溶液的依數(shù)性中的凝固點降低知識點，可以把生物材料的存儲方法加入，如造血干細胞、角膜和精子等低溫保存，往往采用加入甘油等保護劑，降低細胞外介質(zhì)的冰點或過冷點，減輕損傷。血液透析是一種血液凈化的方式，是根據(jù)膜平衡滲透原理利用膜兩側(cè)溶質(zhì)濃度差將腎臟衰竭代謝產(chǎn)物和毒性溶質(zhì)排除，且向體內(nèi)補充所需溶質(zhì)。膠體化學[5]章節(jié)中關(guān)于溶膠的制備可以引入溶膠劑，溶膠劑是將固體藥物分散在溶劑中形成的非均勻液體分散系，藥物粒子直徑在1～100 nm之間，分散成溶膠狀態(tài)的藥物，藥效會顯著出現(xiàn)變化。再如人們研制的“控制釋放給藥”體系，大多數(shù)是用高分子材料和藥物制成的特殊膠體分散系。藥物按照控制釋放給藥裝置在確定的時間和程序有控制地將藥物釋放進血液循環(huán)或病灶，使得血藥濃度維持在有效治療范圍內(nèi)。而這類藥物的滲透泵給藥方式的原理又與我們上面談到的滲透壓有關(guān)，是通過改變半透膜的滲透壓和泵內(nèi)藥物的含量等方法控制釋放藥物速度和時間。透皮給藥則是利用藥物在皮膚兩側(cè)的濃度差，擴散藥物透過皮膚進入局部靶組織或血液循環(huán)系統(tǒng)，從而發(fā)揮治療作用的一種給藥方式。將膠體化學知識點和滲透壓等知識點融入藥學緊密聯(lián)系，使學生能學以致用。

1.3 化學反應的熱力學及動力學與制藥

熱力學的內(nèi)容主要講的是關(guān)于化學反應的熱效應，是對中學知識的加深，課程內(nèi)容較易于理解。因此在教學內(nèi)容里可以加入介紹生物ATP熱力學[6]；化學熱力學函數(shù)ΔG來確定藥物合成的反應路線，如阿司匹林為例從熱力學數(shù)據(jù)判斷此藥物某一設計合成路線的可能性，從溫度、壓力等來控制得到最大產(chǎn)率。在講解化學動力學內(nèi)容時引入藥代動力學，藥代動力學是藥物在體內(nèi)作用的過程的速率論，采用數(shù)學方法定量地研究藥物在體內(nèi)的量變特征，藥物會在體內(nèi)停留數(shù)天、數(shù)月甚至數(shù)年，藥物作用強度會隨著藥物用量的增加而增加，但是只能達到一定限度或最大值，超過最大值，無論藥物濃度多高，藥物的作用也不會增加。給藥方案是按照藥代動力學計算的，在此教會學生確定藥品分解的反應級數(shù)，計算出藥品在常溫下分解需的時間，即“貯存期”預測藥物的有效期，從藥品半衰期，計算每次服藥間隔時間。將枯燥的公式推導和計算變的有實際意義，提高了學習的積極性。

1.4 酸堿理論與藥學

1.5 其他章節(jié)

還有類似這樣的內(nèi)容可以與藥味相聯(lián)系，如在電化學內(nèi)容學習時, 電學工作原理的說明在傳感器設計和應用，如有毒害氣體都可發(fā)生氧化還原反應，利用這些反應，分辨氣體、檢測濃度，做出“電子鼻子”等探測儀器。再如生物傳感器利用生物物質(zhì)的敏感，將其濃度轉(zhuǎn)換為電信號進行檢測，可以用于疾病的診斷等。納米傳感器是利用納米微電極為機體制作的納米傳感器，非常有利于傳感器的微型化、集成化，便于進行在體連續(xù)監(jiān)控、活體細胞檢測和藥理研究等，可以為細胞工程、酶工程等生物工程研究提供新的工具和手段。中科院上海物理研究所研制出一種高靈敏、高特異性的電化學DNA納米生物傳感器，它能檢測到約2萬個DNA分子，檢測靈敏度達到 10 fmol/L。教師應充分利用這些密切聯(lián)系，基礎(chǔ)知識點具體化、應用化，加深學生的理解。通過對課程各章節(jié)內(nèi)容的梳理，將化學知識點與制藥專業(yè)相關(guān)內(nèi)容進行對接，建立融入藥物知識點的無機及分析化學知識體系，有助于學生的藥學知識網(wǎng)絡的形成，提高基礎(chǔ)課與專業(yè)課的融合度和專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2 引入前沿科學內(nèi)容，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識

在無機藥物化學、配位化學和生物無機化學等領(lǐng)域的研究進展令人矚目，也是十分活躍的交叉領(lǐng)域。與有機小分子藥物不同，無機藥物的化學多樣性、可變性及豐富的光磁等性質(zhì)，決定了無機金屬藥物具有許多其他藥物無法比擬的優(yōu)點，癌癥是嚴重危害人類健康的一大頑癥，如以順鉑類藥物在臨床癌癥化療中發(fā)揮了巨大作用，順鉑化學名稱順式二氯二胺合鉑，是第一代鉑類抗癌藥，具有光譜、作用強、活性高，易于其他抗癌藥配伍，活性與氯離子濃度有關(guān)。后續(xù)又研制了舒鉑、洛鉑、環(huán)鉑等配合物，以及其他金屬配合物抗癌藥物，目前有釕配合物、鈦配合物和鍺配合物等。銀離子是良好的抑菌劑，目前研究銀離子不僅有效抑制各種耐藥菌，還能增強抗生素的抑菌譜。醫(yī)藥不分家，因此在談到無機化學藥物發(fā)展時，也可以將作為疾病監(jiān)測的無機化學技術(shù)中內(nèi)容也可以融入進來。量子點是指由III-VI族或IIIB-VB族元素原子組成的納米顆粒，常用的如：CdS、ZnSe、MgTe等，其中CdX(X=S、Se、Te)量子點具有優(yōu)異的熒光特性而廣泛應用，作生物探針制備和生物傳感器，為活體示蹤、成像、生物分子標記檢測等提供了新的契機。例如用生物素華的量子點對B型葡萄球菌毒素的檢測靈敏度可達到10 ng/mL，在靈敏度和特異性2個方面都比傳統(tǒng)方法有著很大的提高，可以在10萬個正常細胞中檢測出10個腫瘤細胞，對于腫瘤等重大疾病的早期診斷有著重要意義。 “納米機器人”通過血管送入人體去觀察和診斷疾病，更換或修復有缺陷的片段用其攜帶的DNA[8]，體現(xiàn)了無機及分析化學在藥學和醫(yī)學方面的應用，反映了本專業(yè)發(fā)展的前沿知識，學生的學習過程中充滿新奇和好奇，且憧憬著未來藥物的發(fā)展。

3 文化自信思政元素

無機化學藥物早在我國古代早已應用，礦物藥的使用領(lǐng)先了歐洲數(shù)百年。授課中融入我國的國粹中醫(yī)中藥《本草綱目》收載的礦物藥物達222種[9]，蘊藏著寶貴的藥物資源。在傳統(tǒng)醫(yī)學中發(fā)掘新藥物，如砒石為砷礦[9]，首次記載于宋《開寶本草》，現(xiàn)代用于療惡性血液病的“癌靈一號”是張亭棟等科學家受到啟發(fā)研制而成，使得白血病患者的“5年無病生存率”從約25%躍升至約 95%。在無機藥物化學等領(lǐng)域出現(xiàn)了許多為國家做出巨大貢獻的科學家[10]，王夔教授從分子層次與細胞層次研究架起溝通橋梁，創(chuàng)造性地將兩種研究結(jié)合到一起，開拓了細胞無機化學研究的新途徑；孫紅哲教授研發(fā)出了活體細胞內(nèi)標記的熒光探針，徐光憲院士在傳統(tǒng)分離稀土方法的基礎(chǔ)上，建立了串級萃取法，國際稀士分離的難題且將該方法應用于生產(chǎn)，我國由稀土資源大國成為生產(chǎn)應用大國。對學生進行愛國主義教育，中國夢終將在青年的接力奮斗中變?yōu)楝F(xiàn)實。

4 結(jié) 語

無機及分析化學作為制藥專業(yè)的基礎(chǔ)課，勢必與后續(xù)相關(guān)的藥學課程之間存在千絲萬縷的聯(lián)系。作為教師，建立與后續(xù)相關(guān)課程之間的橋梁和引渡人。作為任課教師的就需要在完成課堂教學之外，加強專業(yè)以及相關(guān)專業(yè)知識的攝取，要求老師涉獵很多非化學專業(yè)的知識，閱讀新文獻，吸收一些新的教學成果。以具體的無機及分析化學知識點出發(fā)，通過案例從引入藥學知識，授課要突出基礎(chǔ)知識和制藥專業(yè)知識的關(guān)聯(lián)，與基礎(chǔ)理論課程相輔相成，為制藥人才打好基礎(chǔ)知識和技能，探索適合專業(yè)培養(yǎng)的模式和途徑。