化學專業藥用高分子材料學教學改革初探

張海磊 宋偉華 張海松

摘要：藥用高分子材料學是高分子科學、藥學、臨床醫學等學科融合而成的一種交叉性學科，目前已進入化學專業本科教學課程體系。針對化學專業藥用高分子材料學教學中遇到的相關問題，要從改革課程教學模式入手，提高學生的學習積極性、主動性和創造性，進而提升教學質量。

關鍵詞：藥用高分子材料學;教學改革;PBL教學法

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2020）12-0121-04

藥用高分子材料學是研究各種藥用高分子材料的合成、結構和性能，旨在為新劑型設計和新劑型處方提供新型高分子材料與新方法，對創造新劑型、新制劑和提高制劑質量起著重要的支持和推動作用[1]。藥用高分子材料學吸收材料學、高分子物理、高分子化學和藥劑學的有關內容，在我國于20世紀90年代逐漸引起藥學專業教學的重視，并逐漸發展成為我國藥學專業的基礎課程，是培養合格藥學高級專門人才必不可少的課程之一[2]。

進入21世紀，學科交叉融合成為當代科技發展的重要標志。藥用高分子材料已不再局限于傳統的天然高分子材料，如淀粉、纖維素、殼聚糖等。許多具有特殊性能的合成高分子逐漸從科研領域發展到藥品生產的實際應用中，包括pH響應型高分子材料、溫敏型高分子材料和具有特異性靶標識別作用的高分子材料等[3]。上述發展使藥品研發領域對化學專業、材料專業畢業生的需求與日俱增。近幾年，有關藥用高分子的相關研究報道逐年增加。如圖1所示，藥用高分子的相關研究報道由2010年的5446篇上升到2017年的11373篇，年均增長率約為15%。因此，針對化學專業開設藥用高分子材料學相關課程，對我們醫藥領域的進一步發展具有十分重要的意義。

為適應學科發展需要，本校在高分子材料科學與工程和材料化學2個本科專業同時開設藥用高分子材料學課程。該課程在大四第一學期設置，旨在使學生了解藥物研發、藥品生產中常用的高分子材料的結構、性能和應用，及三者的相互關系，利用相關知識理解高分子材料在微球、緩釋制劑、腸溶制劑、控釋制劑等新劑型中的應用，進一步加深學生對藥用高分子的認識，理解高分子材料在藥品研發和生產中的重要地位。筆者在實際教學中認識到以下問題：第一，由于高分子材料科學與工程和材料化學2個專業的本科課程體系并未涉及醫學、藥學方向的基礎課，學生對人體給藥系統并未形成清晰認識，使其對緩釋給藥、腸溶給藥的意義難以理解;第二，學生學習熱情不高，認為該課程與本專業的關聯度不高;第三，由于缺乏相關實驗課程支持，學生對藥物釋放等概念難以形成清晰認識等。針對上述問題，我們對化學和材料專業本科生藥用高分子材料學的教學改革進行實踐與思考，并提出相應的解決方案。

一、合理設計教學內容，有針對性地進行知識鋪墊

針對化學和材料專業醫學、藥學基礎薄弱的問題，筆者結合相關知識點，對涉及的醫學、藥學背景知識進行講解，利于學生理解。以下為兩個示例。

示例1-1：片劑輔料分類

知識點簡介：片劑輔料的常見類型包括填充劑、崩解劑、黏合劑、潤滑劑等。

存在問題：學生并不了解片劑的生產工藝，無法通過字面含義深入了解不同種類高分子在片劑輔料中的應用，更無法建立結構、性能和應用的有機聯系。

解決方法：引入片劑輔料類型的知識點前，對濕法制粒制備片劑的工藝流程進行簡要介紹，流程圖如圖2所示，并對工藝流程所用的儀器設備、裝置等進行講解。學生了解上述背景知識后，能夠通過高分子的結構特點和性能，對應相應的輔料類型。

示例1-2：腸溶制劑

知識點簡介：腸溶制劑是指在胃液中不崩解，而在腸液中崩解和吸收的一種制劑。

存在問題：學生不了解人體胃腸道的生理解剖學知識，難以理解腸溶制劑的設計原理，無法建立高分子材料結構、性能和應用的有機聯系。

解決方法：教學腸溶制劑的概念前，對人體胃腸道的生理解剖學背景知識進行簡要介紹，主要對胃部、十二指腸、小腸、大腸等部位的pH值進行介紹。學生在了解上述背景知識后，理解到腸溶制劑是根據胃部和腸道的pH值差異進行設計，并可以直接聯想到pH響應型高分子材料在腸溶制劑領域的應用。

二、應用PBL教學法，提高學生的學習積極性

PBL（problem-based learning）教學法是Barrows在20世紀60年代提出的，是以問題為基礎、以學生為中心的小組討論式教學方法[4]。傳統教學模式的授課手段單一，容易使學生產生積極性不足的缺點。圖3所示為PBL教學法的教學模式，即“提出問題、建立假設、收集資料、論證假設、總結”。將PBL教學法應用到藥用高分子材料學的教學過程中，可鼓勵學生自主探索和調研，促進學生提出問題和解決問題，有助于改善非藥學專業藥用高分子材料學的教學效果，解決學生積極性不高的問題[5]。以下為筆者引用PBL教學法的教學示例。

示例2-1：高分子包衣材料

知識點簡介：高分子包衣膜材對比傳統糖衣片包衣具有明顯優勢，如降低毒副作用、降低脆碎度、提高穩定性等。

實施過程：首先提出問題“為什么小時候常見的糖衣片現在很少見了？”這一問題引起學生的興趣，使學生產生學習積極性。進而引導學生建立假設：“糖衣片由于存在某些不可避免的缺陷，目前已被薄膜衣片取代。”然后對學生分組布置作業，鼓勵學生課下收集資料，指明收集方向，包括：糖衣片的制備工藝，鈣、鋁、硅、鐵、鎂等元素與人體健康的關系，高分子包衣膜材的種類等。第二節課上討論時，學生的論證假設過程可清晰指明，糖衣片輔料滑石粉含有的大量金屬鎂元素，有可能直接導致服用者出現腹瀉等不良反應，而高分子包衣膜材主要由纖維素衍生物組成，不含金屬元素，可有效避免上述不良反應。上述原因導致薄膜衣片取代糖衣片，成為目前藥品市場的主流產品。

該方法有效調動學生對該問題思考的積極性。學生對高分子包衣材料產生濃厚的興趣，通過課上討論加深對高分子包衣材料其他優勢的理解。

三、設計藥用高分子材料學相關實驗

目前，藥用高分子材料的教學一直以理論教學為主，相關實驗課程鮮有相關教學研究，使學生對某些概念無法獲得清晰認識。藥用高分子材料學是一種典型的交叉學科，若按照傳統實驗教學模型對學生進行培養，注重學生操作能力的培養，則忽視對學生實踐、邏輯思維和創新能力的培養[6]。鑒于此，筆者利用本學院設立的《研究與創新實驗》課程，設計了一系列具有一定前沿性的實驗課程，供對藥用高分子材料學感興趣的學生選修，以下為其中一個示例。

示例3-1：活性氧響應型聚乙烯醇載藥凝膠的制備和釋放度測試

知識點簡介：人體發生炎癥、癌癥等病變時，相關部位的活性氧出現過度表達，因此，活性氧釋藥體系已發展成為生物材料領域，特別是腫瘤靶向性治療領域的研究熱點之一。

實施過程：將聚乙烯醇溶液加熱至80—90攝氏度后，加入1，4-苯二硼酸溶液和一定量的藥物己酮可可堿，于該溫度下繼續加熱1h，冷卻至室溫，得聚乙烯醇載藥凝膠。分別置于含有H2O2和不含H2O2的磷酸鹽緩沖液，設定時間取樣，使用紫外-可見風光光度計測量其吸光度，進而通過標準曲線計算釋放度。

學生通過本次實驗可清晰認識到藥物釋放的相關概念，并對載藥凝膠和釋藥過程產生直觀認識，對兩種模式下產生的釋藥行為差異產生濃厚的興趣，進一步了解響應型釋藥的概念和特點。

四、結合前沿科研進展，提高學生的認知度

傳統的藥用高分子材料的教學模式，一般針對以藥物輔料為主的藥用高分子材料進行介紹，使學生對藥用高分子材料的認識僅限于藥物輔料領域。這種教學一方面限制了學生的思路，另一方面也無法凸顯高分子材料在藥學領域的重要地位。隨著科技的進步和發展，高分子材料在藥學領域的應用已突破輔料的限制，甚至在藥物制劑中可充當主藥進行相關疾病治療，對比小分子具有明顯的優勢。本教學團隊通過融入具有臨床醫學、藥學等背景的人員進行相關教學改革活動，結合前沿科學熱點問題，總結出利于提高學生認知程度的若干教學示例，以下為其中兩個示例。

示例4-1：新型高分子藥物用于治療艱難梭狀芽孢桿菌

知識點簡介：艱難梭狀芽孢桿菌是一種廣泛存在于土壤和動物腸道中的出芽細菌，其在人體結腸中生存時，會釋放出對人體具有一定毒性的外源性蛋白——腸毒素。腸毒素可破壞腸道內壁，導致細胞死亡或炎癥，進而使患者并發痢疾和大腸炎等胃腸道疾病?；颊卟捎眯》肿铀幬锟股刂委熢摲N感染性疾病時，會破壞結腸正常的菌群特點，導致艱難梭狀芽孢桿菌的感染概率和復發率急劇上升。針對此問題，美國健贊公司研制了一種新型高分子藥物Tolevamer ，其可以與艱難梭狀芽孢桿菌代謝產生的腸毒素產生特異性結合，進而利用其高分子鏈的特點，使腸毒素及艱難梭狀芽孢桿菌與胃腸道中的其他物質隔絕，以糞便形式排出體外。Tolevamer 作為一種用于治療艱難梭狀芽孢桿菌感染的非抗生素“非吸收”型高分子藥物，具有保護腸道菌群和避免抗生素使用帶來的耐藥性等優點。

示例4-2：新型高分子藥物用于治療高血脂癥

知識點簡介：人體胃腸道中存在多種小分子，如膽酸、核苷酸、單糖、脂類等。這些小分子的表達水平和人的健康密切相關。例如，膽酸擁有促進脂溶性物質消化吸收的功能。人體內脂肪的攝入量過高時，將導致膽酸過度分泌，從而發生高脂血癥等疾病。針對上述問題，相關研究學者和藥企研發了考來替泊、考來烯胺和等用于吸附膽酸的高分子吸附劑。上述高分子吸附劑對胃腸道中的膽酸進行特異性吸附，促進膽酸以糞便形式排出，并通過調節分子鏈中陽離子的數目，使其親水性和疏水性達到較好的平衡，獲得更優的吸附效果。

上述示例的講解，加深學生對藥用高分子材料的認知程度，清晰認識到高分子在藥學領域不僅可以扮演輔助角色，也可以通過自身結構特點充分發揮主要藥理作用的成分。上述教學也從一定程度上提高了學生對藥用高分子材料的學習興趣。

五、靈活考評，鼓勵自主學習

本課程在面向化學、材料等專業學生授課時，出于激發學生自主學習積極性的目的，采取較為靈活的考評方式，主要通過結課論文的形式對學生進行考評：鼓勵學生自主選題，通過文獻調研，以綜述形式對藥用高分子材料的某一知識點或熱點問題進行論文寫作，鼓勵學生對自己感興趣的話題進行更深入的學習，使學生了解藥用高分子材料的熱點問題。此外，由于本課程一般在高年級學生中設立，以論文形式結課，對學生本科畢業論文的順利撰寫具有一定的促進作用。

近5年的藥用高分子材料教學改革，激發了化學專業、材料專業選課學生學習的主動性和積極性，也使學生充分認識到藥用高分子材料對化學和材料相關專業的重要性，開拓了學生的視野，使學生的創造性思維有所提高，解決了學生對本課程認可度和認可度不高的問題。上述方法可操作性強，易于實施，具有推廣潛力。

參考文獻：

[1]Discher，DE;Eisenberg，A.Polymer vesicles[J].Science，2002，297（5583）：967-973.

[2]鐘志容，林燕，郝娜等.多專業同課堂藥用高分子材料學教學方法探討[J].藥學教育，2018，34（6）：52-57.

[3]Stuart，MAC;Huck，WTS;Genzer，J;et al.Emerging applications of stimuli-responsive polymer materials[J].Nature Materials，9（2）：101-113.

[4]梁旭東，祝洪瀾，黃振宇，等.PBL教學在臨床醫學面臨的機遇與挑戰[J].中國高等教育，2012，3（4）：69-70.

[5]沙先誼.PBL教學法與藥用高分子材料學教學探討[J].教育現代化，2017，8（34）：200-201.

[6]王森，劉龍忠，歐水平，等.藥用高分子材料學綜合實驗項目的設計.藥學教育，2017，3（4）：63-65.