第1章 制药分离工程-绪论.ppt

1 第一章绪论 1 1制药工业1 2制药分离技术1 3制药分离工程的发展趋势1 4本课程的任务 药品 是指用于预防 治疗 诊断人的疾病 有目的地调节人的生理机能并规定有适应症或者功能主治 用法和用量的物质 包括中药材 中药饮片 中成药 化学原料药及其制剂 抗生素 生化药品 放射性药品 血清 疫苗 血液制品和诊断药品等 3 1 1制药工业 人类防病治病的三大药源 化学药物中药生物药物制药工业 化学制药中药制药生物制药 4 1 1 1生物制药生物药物 从动物 植物 微生物等生物体中制取的各种天然生物活性物质及其人工合成或半合成的天然物质类似物 原料 生物体 生物组织或其成分 方法 采用生物学 生物化学 微生物学 免疫学 物理化学和药学等原理与方法 如酶工程技术 细胞工程技术 基因工程技术等 5 分子生物学医药生物技术微生物学生物技术疫苗生物化学现代生物技术生物技术诊断遗传学农业生物技术细胞生物学家畜生物技术化学工程海洋生物技术 1 生物技术 6 2 新试剂新技术不断出现细胞移植用于 骨髓移植治疗白血病 免疫缺陷 再障性贫血等 基因治疗有 致死性遗传疾病 癌症 爱滋病 心脏病等 生物试剂开发单克隆抗体用于 诊断和治疗 荧光抗体法 DNA探针 PCR 生物学的聚合酶链式反应 等检测技术的建立 7 3 不断出现的新型生物反应器有 气升式生物反应器流化床式生物反应器固定床式生物反应器袋式或膜式生物反应器中空纤维生物反应器 8 目的产物 预防 诊断 治疗制品 包括抗生素 氨基酸和植物次生代谢产物 如纯化胰岛素 甲状腺素 肾上腺皮质激素 脑垂体激素 尿激酶 溶菌酶 天冬酰胺酶等 医药生物技术产业化 商品化成高新技术产业之一 高投入 高风险 高利润 利润率达17 6 9 1 1 2化学制药原料 化学结构比较简单的化工原料 方法 由化工原料通过化学合成的方法制造药物的过程 称全合成 由对已知具有一定基本结构的天然产物进行化学结构改造的过程 称半合成 目的产物 预防 诊断 治疗制品 如磺胺 扑热息痛 诺氟沙星等 10 化学制药技术简介 化学制药技术研究的对象 化学药物生产工艺 药物工艺路线的评价与选择技术 单元反应的次序安排 最佳反应条件选择技术 催化技术 11 1 1 3中药制药随着人们对化学药物的毒副作用的认识和了解 回归自然 使人们更倾向于采用天然植物药物 从而为中医药发挥其特长提供了前所未有的机遇然而 由于中药原料的地域性 组成的复杂性 复方配伍的多样性等 再加之生产工艺落后 缺乏科学的 严格的工艺操作参数及系统的量化指标 致使中药产品质量不稳定 产品仍多是传统的丸 散 膏 丹类剂型 很难满足国际市场的需求 目前中药在西方草药市场上仅能以食品名义进入 还不能以治疗药物为国际社会所接受 12 中药工业化生产流程中药 指中国传统医药 中药工业化生产是指以各种天然植物 动物和矿物为主的中药材为原料生产出各种剂型的中成药 方法 中药材的预处理及炮制 中药有效成分的提取与中药浸膏的生产 中药制剂的生产 13 1 2制药分离技术 1 2 1制药过程上游过程 合成原料药的生产 研究对象 制药工业的中间产品 下游加工过程 分离纯化制药过程制剂的生产 制药工业的终端产品 14 1 2 2下游加工技术的重要性下游加工过程也即目标产物的提取 浓缩 纯化及成品化等过程 是制药技术转化为生产力不可缺少的重要环节 正因为其重要性 人们将制药技术比喻为一条河流 把制药分离工程称为下游加工过程 制药分离过程与发酵过程或药物合成过程同样重要 甚至从某些方面说 是有过之而无不及 一般而言 中 上游过程 只是解决 丰产 的问题 下游分离过程则是解决 丰收 问题 如果仅有丰产而无丰收 那么这丰产的成果 未必变成物质财富 只有既丰产 又丰收 才能最大限度地创造出物质财富 15 1 2 3下游加工的特点 1 生物产品的稳定性差 在高温 pH 金属离子等环境下会变性 为满足其生物活性的要求 就增加了分离的难度 2 培养液是多组份的混合物 原料液中常存在与目标分子形成难分离的混合物 因此要求利用特殊高效分离技术纯化产品 3 对最终产品的质量要求很高 很多情况下 特别是药产品和作为生物试剂用的产品 与人类生命息息相关 因此对其纯度的要求很高 4 原料液中目标产物的浓度一般都很低 提取时所耗费的能量越大 费用也就越高 产品的价格也越高 16 1 2 4下游加工技术的原理和单元操作 1 原理 根据药物成分与杂质在物理和化学性质方面的差异 选择合适的分离方法 制定合理的工艺流程和操作条件 设计或选择适当的设备 完成分离纯化 使其成为高纯度的 符合药品标准的原料药 17 2 制药分离过程分为 机械分离 处理对象是由两相以上所组成的混合物 分离过程只是简单地进行相分离 如过滤 沉降 离心 旋风分离等 传质分离 处理对象是多组分均相混合物 其特点是发生质量传递现象 传质分离又分为平衡分离过程和速率分离过程 18 平衡 扩散 分离过程 是原料中的各组分在相平衡时在两个相中的分配不同而进行的分离过程 均相混合物 两相各组分在相间质量传递达到平衡 改变原混合物浓度 使均相混合物分成两相 一般需加入分离媒介 分离剂 常用的分离媒介有两种 能量媒介ESA和物质媒介MSA ESA 指的是传入或传出系统的热或功 如精馏塔釜加入热量 塔顶加入冷量 MSA 加入另外一种物质使混合物变成两相 如吸收剂 萃取剂等 19 速率 输送 分离过程 靠原料中的不同组分在某种推动力 压力差 温度差 浓度差 电位差等 的作用下 经过某种介质 间隔物 如半透膜 时的扩散速率的差异而实现的分离过程 所处理的原料和产品一般属于同一相态 只有组成上的差别 如膜分离是利用流体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的单元操作 20 1 1 21 1 工业应用的生物分离技术 回收技术 絮凝 离心 过滤 微过滤 细胞破碎技术 球磨 高压匀浆 化学破碎技术 初步纯化技术 盐析法 有机溶剂沉淀 化学沉淀 大孔吸附树脂 膜分离技术 高度纯化技术 各类层析 离子交换 结晶 成品加工 喷雾干燥 气流干燥 沸腾干燥 冷冻干燥 22 2 常用中药纯化技术超临界流体萃取技术 SFE 超声波提取微波辅助诱导萃取技术 MAE 超高压提取技术 23 1 2 6下游加工过程的一般步骤 以生物技术下游加工过程为例 具有四个基本的分离阶段 1 发酵液的预处理与固液分离主要任务是去除发酵液中的固相物质 为后继过程提供澄清或洁净的原料液体 过滤和离心分离是这方面的主要单元操作 2 初步纯化 或称产物的提取 主要任务是提高产品的浓度和质量 蒸发 沉淀 萃取和吸附是该阶段的典型操作 24 3 高度纯化 或称产物的精制 去除与产品有类似化学性质和物理性质的杂质 大大提高产品的纯度 层析 超滤 电泳与沉淀是该阶段的有效方法 4 成品加工 产品的精制 常采用结晶和干燥 25 1 3制药分离工程的发展趋势 存在的问题 研发费用高 成本高 周期长 制药分离工程发展的瓶颈如何解决 加强基础理论研究 研究非理想溶液中溶质与添加物料之间的选择性机制 影响因素 研究界面的结构 动力学和传质机制 以及影响因素 完善老技术 正确对待 新 老 分离技术 26 发明新技术 研发新型高效经济的分离技术 推进各分离技术的杂交 集成 分离技术与发酵技术结合 强化化学对分离技术的影响 高效分离技术的工程化 分离技术的环保化 27 1 4课程的性质与任务 1 4 1性质制药分离工程是化学制药技术专业的专业必修课程 讲授制药工程领域常用分离技术及近年发展的新型分离技术的原理 方法 工艺及其应用 28 1 4 2任务 运用 化工单元操作的基本知识 溶液相平衡理论 动量 热量和质量传递的原理 三传 研究 制药生产实际中复杂物系的分离和提纯技术 分析和解决 在制药生产 设计和科研中常用的分离过程的理论和实际问题 讨论 分离设备的处理能力和效率 分离过程的节能技术和分离流量的选择 29 1 4 3培养目标 掌握各种常用分离过程的基本理论 操作特点 简捷和严格的计算方法和强化 改进操作的途径 对一些新分离技术有一定的了解 通过对典型实例的分析和讨论 培养选择适宜的分离方法 进行分离过程特性分析 解决操作和设计方面的实际问题的能力 培养和建立工程与工艺相结合的观点和经济学的观点 以及考虑和处理工程实际问题的能力 培养科学的思想方法 注重实际的求实态度 30 1 4