基于小波神经网络的中药化学成分（黄芩苷）结晶动力学研究

由于中药成分的复杂、影响晶化因素繁多，生产工艺不能满足目前高纯度注射剂原料制备要求。在不能直接应用现有理论的情况下，采用小波网络(WNN)函数逼近的方法，拟合结晶动力学曲线，考察常用中药原料（以黄芩苷为例）制备过程中影响晶化因素十分必要。.本项目从结晶法制备高纯度的黄芩苷入手，研究中药化学成分结晶动力学特征，通过对黄芩苷结晶热力学和动力学进行研究，确定结晶条件，对中药原料制备方法进行探索。以温度、pH、初始浓度、涡流为考察因素，通过对粒度分布函数数据进行分形预处理，以结晶速度和纯度为指标，拟合晶化过程的非线性曲线。数学建模过程中，选择适合的小波网络和算法，对结晶系统进行建模和预测，考察结晶过程中主要影响因素。通过拟合的动力学曲线，提供高纯度黄芩苷最优化的结晶条件,完善结晶工艺关键控制参数,同时为过程分析技术（PAT）打下基础。

黄芩苷（Baicalin）是中药黄芩中的主要成分，是多种中药注射剂的原料，具有抗炎、抗变态反应、泻火、解毒等作用。鉴于其物理化学特性，对黄芩苷分离提纯主要采用结晶法。目前采用的提纯方法受人为因素影响较大，不能保证其提纯精度。针对这一问题，提出了将机电一体化技术引入到中药提纯实验领域的方法，采用移液装置（移液机器人）实现提纯实验的自动化进行。. 本项目分析了国内外各类自动取样系统和搬运机器人的研究现状，并结合结晶提纯实验的实际要求，提出了移液机器人的设计指标及方案。移液机器人的主体机构采用空间RPR 构型，主体机构的末端串联1个执行机构。本项目对机器人的机械结构进行了详细地设计，并完成了关键零部件的强度校核。对机器人进行了运动学计算和运动学仿真，保证机器人的结构设计满足要求，为运动控制系统设计打下基础。此外，根据移液机器人的工作要求，设计并搭建了机器人的控制系统硬件，编写了下位机运动控制程序和上位机交互软件，实现了机器人的闭环控制，满足了系统的重复定位精度和响应速度要求。对机器人进行运动学分析，并应用运动学仿真软件ADAMS 对设计的机器人进行运动学仿真，为后面的控制和设备的性能分析提供必要的理论基础。利用有限元分析软件ANSYS 对结构进行强度校核，保证结构的强度和刚度，确保机器人运行的安全性和可靠性。根据结晶实验的实际情况，搭建了机器人的控制系统。控制系统上位机基于PC，下位机基于PMAC 运动控制卡和单片机，实现了对直流伺服电机和舵机的闭环控制。完成了控制系统交互程序的编写和运动控制程序的编写。. 黄芩苷结晶过程复杂，现有的结晶动力学研究方法，处于半经验半理论状态，本项目从实际情况出发，对结晶过程进行了探索。建立了黄芩苷的HPLC测定方法。通过溶剂扩散方法得到不同结晶条件下的晶形变化，通过电子扫描显微镜观测，推测黄芩苷结晶模式，研究了其晶习、热力学特征。利用自制的平台，间歇式结晶法，进行了黄芩苷结晶动力学的研究。利用小波和神经网络结合方法进行了结晶动力学分析方法的探讨，利用小波变换对显微图像进行增强、去噪和边缘强化等处理，为图像分析提供了条件。通过60组数据的神经网络预测，优化了黄芩苷结晶工艺，为结晶自动化控制奠定了基础。