基于“陶瓷膜微结构—受限传递”特征分离规律的中药特种分离膜设计原理研究

The basic properties of membrane material and the previous research shows the clarification of the chemical mechanism interaction between membrane microstructure and traditional Chinese medicine ingredient is the core of the key issues of the high efficient separation on water extract of Chinese medicines using ceramic membrane. Proposal: based on the method of Multi-scale, the model of structure and mass transfer on membrane was sat up to illustrating the correlation of membrane microstructure and structure of molecular in solution, and the design principle of special separation membrane for TCM was formed. Based on above consideration, this project intends to carry out works as follows: (1) according to our preliminary studies, the types, concentrations and chemical structure characteristics of identical polymer materials were elucidated by date mining from 218 kinds of Chinese herbal compounds and Chinese herbal medicines. (2) the model systems of alkaloids, flavonoids, iridoids and glycosides were established on the basis of Huang-Lian-Jie-Du decoction, and the data of membrane process were measured and calculated by means of SEM, XPS, computer simulation technology, etc. (3) the chemical mechanism of microstructure deriving and space-confined was clarified using the research method of the interactions of theory, simulation and experiment. Meanwhile, the mass structure transfer model of membrane process for TCM was established, and the original separation law of components from Chinese herbal medicines was revealed on under the action of confined transfer. Finally, the design principle of special separation membrane for TCM was elucidated. This study would lay a foundation for promoting the independent innovation ability of Chinese traditional medicine industry.

基于膜材料基本性能与项目组前期研究发现阐明膜微结构与中药成分相互作用的化学机理是陶瓷膜技术实现中药水提液高效分离的核心关键问题。提出：引入“多尺度”研究先进理念，建立表征“微结构衍化—分子溶液结构”相关性的膜过程传质结构模型，形成中药特种分离膜设计原理。因此，拟开展工作如下：（1）从项目组前期建立的218种中药复方及单方水提液的理化参数、共性高分子物质等数据中挖掘出影响膜过程的共性高分子物质类型、浓度和化学结构特征；（2）以黄连解毒汤生物碱、黄酮、环烯醚萜、苷类等代表性中药成分基本组成建立模拟体系，通过SEM、XPS、计算机仿真等实验手段测定与计算膜过程数据；（3）通过理论、模拟、实验三者互动的研究方法挖掘出微结构衍化和空间受限的机理，建立符合中药水提液特征的膜过程传质结构模型，揭示中药成分受限传递的特征分离规律。最终形成中药特种分离膜设计原理，为提升我国中药产业的自主创新能力奠定基础。

中药绿色制造的技术关键是提高中药药效物质的分离效率。膜技术以其节约能源和环境友好等特征，已成为解决水资源、能源、环境及传统产业改造等领域重大问题的共性技术。近年来，我国中药行业尝试采用膜技术等新型工艺技术对传统中药及其复方进行提取、分离，有力地提升了行业的整体技术水平。中药及其复方水提液是创新药物研究的重要载体，通过水提液的精准分离获取小剂量有效部位是创制新型给药系统和新型制剂的关键环节。膜技术应用于中药及其复方水提液的分离，不仅可有效保留中药传统用药方式的整体性、多元化特征，还可有效解决中药制药生产过程中普遍存在的能耗高、药材利用率低、污染大等问题。本项目针对中药特种膜分离技术设计与应用中化学基础薄弱等难点和共性问题，引入材料化学工程的最新进展，依照计划书的研究目标，完成以下工作：（1）以黄连解毒汤为模拟药物，选取生物碱、黄酮、苷类等代表性中药小分子成分以及蛋白质、鞣制、果胶等共性大分子成分制备模拟水溶液体系，建立检测方法考察大分子成分对膜表面性质的影响及其对小分子成分造成的透膜阻力、影响因素；（2）基于黄连解毒汤模拟体系研究，从中筛选生物碱、酚酸等特征性中药小分子成分，通过界面相互作用计算、解析，确定成分结构与膜传质过程的关系；（3）基于电化学、SEM、膜阻力等实验测定结果与分子动力学模拟、XDLVO理论计算，客观表述中药成分与膜材料微结构的“构效关系”。因此，本项目探索性地建立了实验检测与模拟预测相结合的研究方法，并探索性地将中药特种膜材料与专属装备用于中药复方、有效部位的高效分离，通过中药新药创制、中药有效部位分离的“短流程化”涉及建立“制”“用”的结合研究模式。本项目共培养硕士研究生6名、博士研究生2名，发表学术论文14篇，出版专著1部，获发明专利2项（转让1项），获科研奖励2项。项目研究填补中药特种膜基础研究的空白，对于推进我国中药行业新技术应用具有深远意义。