基于超臨界流體技術的中藥及天然藥物研究與應用

中山大學廣東省中藥超臨界流體萃取工程技術研究中心是依托中山大學成立與發展的科研平臺，同時以中山大學（南沙研究院及藥學院）為依托建立了南藥集成制造與過程控制技術研究中心和天然藥物研究中心、以中山大學為技術支撐聯合共建了超臨界流體技術及裝備國家地方聯合工程研究中心等平臺。由葛發歡教授團隊負責建設與運行。團隊重點針對中藥研究及生產中提取分離等過程涉及的科學和關鍵技術問題，以超臨界流體技術為核心，研究開發了先進實用的中藥提取分離過程單元技術及裝備、過程質量控制技術及系統、現代納米藥物制備技術，并通過集成優化，形成了中藥提取分離及過程控制成套技術與裝備，建立了相應的中試線。

一、研究方向與應用概況

1.中藥超臨界流體萃取技術方法的研究與建立及應用發展

超臨界流體技術是“環境友好”的綠色新技術。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，超臨界流體技術在萃取、反應、材料、分析、清洗、印染等多個領域的研究和應用中顯示了較大的優勢。

超臨界CO2流體萃取技術始于20世紀70年代，之后迅速發展，成為新一代提取分離技術。用超臨界CO2萃取天然產物，由于具有較佳的提取分離效率、選擇性高、周期短、無溶劑殘留等優點，國際上率先在食品、香料、化工等領域廣泛應用。國內的研究始于80年代，但能否在中藥領域應用當時爭議較大。

圖1 超臨界CO2流體的特點

葛發歡教授及團隊早在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域，研究開發了中藥的超臨界CO2流體萃取技術，通過主持承擔國家“八五”科技攻關項目“超臨界CO2萃取技術在中草藥中的應用研究與開發”及隨后相繼承擔的國家及省市“八五”跨“九五”到“十三五”的相關項目及大量橫向項目，進行了近100種中草藥的超臨界CO2萃取技術研究，歷經多年的努力，從超臨界CO2萃取在中藥或天然藥物應用基礎研究、國產裝備的開發、中藥與天然藥物品種的研究開發及產業化等方面展開了系統深入的研究，證明了超臨界CO2萃取技術可用于中藥領域并揭示了其應用規律性，解決了很多重大技術問題，建立了中藥超臨界流體萃取技術方法；開發了適合中藥萃取的裝備及多個中藥及天然藥物品種，并實現了產業化及推廣應用，充分顯示了超臨界CO2萃取技術在中藥中藥現代化中的優勢。有關成果有力推動了國內超臨界CO2萃取技術在中藥及天然藥物中的研究與應用。

近三年來，團隊通過合作，又研究開發了新一代高效節能連續式超臨界CO2萃取技術。在原間歇式超臨界CO2萃取技術設備的基礎上，開發了三釜瞬間等壓智能切換萃取等系統，并優化流程及系統配置，形成連續式高效節能超臨界CO2萃取成套技術與裝備。品種的效果驗證研究證明：與傳統超臨界CO2萃取技術比，提取過程由原來的間隙式操作變成連續式操作，相同的藥材處理量，可大大節約工時、縮短生產周期，減少CO2耗量和用電量，大幅提高了生產效率、節能降耗。該成套技術已開始在藥用與功能性油脂、中藥健康產品中推廣應用。另外，在一般超臨界萃取壓力（通常小于40MPa）基礎上，還開發了中藥高壓及超高壓超臨界萃取技術，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用于中藥有效成分群的提取分離

2.中藥超臨界流體技術的過程機制研究

超臨界流體技術尤其是中藥及天然產物的超臨界萃取存在一個有趣的現象，即其過程機制的基礎研究滯后于其應用發展的步伐。盡管超臨界萃取技術已經開始廣泛應用于中藥及天然藥物成分的產業化提取分離，但如何快速獲得最佳的工藝參數及大型設備的設計方案仍然是普遍存在的問題，目前通常憑借經驗設計或通過大量的條件試驗來優化。

研究團隊根據超臨界流體與中藥成分相互關系的基本特點，針對如何快速高效獲得藥物有效成分的關鍵問題，設計精密設備對藥物成分在超臨界流體中的相行為進行深入分析，通過PR方程、半經驗模型、相互作用方程等方法描述了藥物-CO2等二元及多元相平衡規律，建立了藥物在超臨界流體中的相行為擬合模型，并結合超臨界萃取過程機理研究，建立了萃取過程數學模型，實現了萃取過程最優參數的快速預測。在此基礎上，團隊將這一研究方法進一步拓展到基于超臨界流體技術的納米藥物研究之中，并建立相關數據庫。

3.基于超臨界流體技術的現代納米藥物研究

研究團隊利用超臨界CO2的獨特性質，根據中藥及天然藥物成分的理化性質和藥學特點，通過應用化學、流體動力學、藥劑學、現代藥理學等多學科交叉，建立了多種“因藥制宜”的現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，著力探索高效的中藥及天然藥物成分新型給藥系統，為進一步發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預測

圖5 納米藥物產物形貌的靈活控制

圖6 SEDS技術改善難溶性藥物水溶性

圖7 實現藥物緩控釋及提高生物利用度

例如，通過對超臨界CO2多相體系中的相轉變、相平衡、傳質過程、成核生長機制等方面的深入研究，實現了基于超臨界流體技術制備納米藥物產物形貌的靈活控制；通過超臨界RESS和SEDS技術將難溶性藥物轉變為無定型納米顆粒，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”相互作用規律，構建多種不同的固體納米給藥系統，改善藥物的體內穩定性、藥代動力學性質、生物利用度；通過超臨界SSI和藥物“穿墻”載藥技術，構建藥物-介孔納米給藥系統，實現藥物的應激釋藥、靶向給藥等功能。

二、科研團隊及科研支撐條件

以葛發歡教授為學術帶頭人的科研團隊現設有專職科研人員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、其他工程技術人員4人，具有博士學位2人、碩士學位6人，在讀研究生5名。另外尚有兼職研究人員10多人。是一支專業從事以中藥超臨界流體萃取技術及中藥現代提取分離技術、基于超臨界流體技術的現代納米藥物技術、中藥提取分離過程近紅外質量控制技術研究的研發團隊。

團隊目前擁有研發試驗場地近1400平方米，按照實驗室功能，下設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、中藥質量分析與過程控制室、細胞實驗室、中藥及健康產品開發室等。專門配有設備儀器總值達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、連續式高壓破碎提取裝備、動態軸向壓縮工業色譜定向分離裝備、分子蒸餾裝備、納濾膜分離與濃縮裝備等及相應的3條成套技術裝備中試示范線；精密儀器包括LCMS-IT-TOF液質聯用儀、氣質聯用色譜儀、高效液相色譜儀、近紅外光譜離線及在線分析系統、酶標儀等。

三、主要科研成果及國內外技術交流與合作

多年來，團隊負責人承擔了國家科技攻關計劃、支撐計劃、重大新藥創制專項、重點研發計劃及廣東省、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相關；研究的中藥及天然藥物、中藥健康產品多項獲得批文，大部分已產業化；獲各級科技獎勵11項，其中國際發明金獎1項、省部級科技進步一等獎、二等獎各1項；發表中文及SCI論文140多篇，主編專著2部。

近5年來，團隊申請發明專利50余項、實用新型專利4項、軟著作權5項，充分利用關鍵技術優勢，積極開展與國內外企業、大專院校及科研院所的技術交流與合作，技術服務與合作項目30多項，相當一部分已投入產業化應用；舉辦了第十屆全國超臨界流體技術學術及應用研討會、第三屆海峽兩岸超臨界流體技術學術研討會、第四屆中-法超臨界流體技術國際學術會議。