吸附分离树脂在医药工业中的应用

1、大孔树脂在医药研究中的应用广州中医药大学新药开发研究中心苏子仁 研究员实验室：药科楼A204 办公室:药科楼B225 树脂 树脂：树的分泌物，松脂去油得松香 遇热变软，具有可塑性的高分子化合物的统称，一般为无定形的粉未或半固体。 现代树脂：不溶解、不熔化、形状不可塑的高分子材料。 离子交换树脂 吸附树脂：多孔性、较大的表面积离子交换树脂 离子交换剂、有机聚合物 阳离子交换剂 阴离子交换剂 纯水制备 生物碱的纯化枳实注射液中草药有效成分的提取分离 溶剂萃取法 SFE-CO2萃取法 树脂吸附分离法 有效的分离技术 最具竟争力的分离方法中草药提取分离用的大孔树脂广谱性吸附树脂选择性吸附树脂脱色树脂除

2、农药树脂除重金属树脂色谱分离功能树脂鲜花“头香”的提取 把鲜花自然释放的香成分带引到树脂表面 树脂吸附 溶剂洗脱,回收 热脱附树脂,可用加热洗脱 鲜花香油的香气质量大大提高大孔树脂（吸附树脂） 非离子型高分子化合物 二乙烯苯和乙烯的同系物的共聚物 加交联剂、致孔剂、分散剂等添加剂聚合而成 无数微珠组成的多孔球体 表面积400-800m2/g，吸附与过筛性分离性能 可能存在有害残留物。结构与组成 结构: v微观小球组成的宏观小球（如一串葡萄）v微观小球的面积和,即树脂的（比）表面积350450m2/g 10001300（H107） 组成：v聚合单体 苯乙烯v交联剂 二乙烯苯v致孔剂 甲苯、二甲苯

3、等树脂类型 按骨架极性强弱分类v 非极性：苯乙烯-二乙烯苯聚合v 中等极性：具甲基丙烯酸酯结构v 极性：含硫氧、酰胺、氮氧等基团v 强极性：树脂(医药用)规格现状 国外 日本三菱化成公司生产Diaion HP-20、10、30，美国Rohm Haas公司产Amberlite XAD-2、7、11 国内 生产厂家多、牌号无序、规格混乱树脂(医药用)规格现状原大生产厂家：天津、上海、四川 系列：D-（101）、JK-（006）、HD-（1）H-（103）、CAD-（40）等 其性能与牌号可与国外对照现系列牌号：LD-（605）、HPD-（100）X-（5）、NKA-（II、9）、S-（8）、CAD

4、-40、45等部分大孔树脂基本性能1部分大孔树脂基本性能2大孔树脂用途：分离材料 化工、冶金、电子、电力、军工、食品、医药、环保 医药 制药过程中的脱色与纯化材料 抗生素生产 药物分析 中草药有效成分的提取分离材料 多肽类药物的固相合成载体 组合化学固相载体 液相合成中的固相清除树脂 固定化酶载体 血液净化大孔树脂在中草药的用途 黄酮类 皂苷类 生物碱类 蒽醌类 儿茶素类和多酚类 酸性中药成分 其它中药成分 复方中药黄酮类黄酮类 银杏黄酮类 沙棘叶黄酮 葛根异黄酮 大豆异黄酮 山楂黄酮苷 黄芩苷 淫羊藿黄酮 甜茶黄酮类 柚皮苷黄酮 独一味黄酮 桑叶黄酮 侧柏黄酮苷 红车轴草苷皂苷类皂苷类 甜叶

5、菊苷 绞股蓝皂苷 酸枣仁皂苷 黄芪皂苷 菝葜皂苷 桔梗皂苷 薯蓣皂苷 柴胡皂苷 刺楸皂苷 威灵仙皂苷 人参皂苷 三七皂苷 罗汉果皂苷 甜茶苷生物碱类生物碱类 喜树碱 小檗碱 长春碱 麻黄碱 乌头碱 白芥子碱 荷叶碱 延胡索生物碱 苦豆子生物碱 博落回生物碱 防已碱 利血平 三小叶翠雀花生物碱 马钱子碱 苦参碱 紫杉醇三尖杉宁碱 川芎嗪 辛弗林蒽醌类蒽醌类 大黄 芦荟 金丝桃素多酚类多酚类 茶多酚 原花青素类 白藜芦醇酸性中药成分酸性中药成分 绿原酸 甘草酸 植酸 阿魏酸 丹参酚酸其它中药成分其它中药成分 穿心莲内酯 香豆素 栀子黄素 番茄红素 叶绿素 雷公藤内酯醇 木脂素类 二苯乙烯苷类 芍药

6、苷 龙胆苦苷 桃叶珊瑚苷 苦杏仁苷 栀子苷 花色苷 红景天苷中药复方中药复方 复方柴胡汤 六味地黄丸 藿香正气胶囊氨基酸、多肽、蛋白质氨基酸、多肽、蛋白质 单一氨基酸的分离 多肽的分离纯化槲寄生多肽的分离（抗癌活性）苦瓜多肽的分离（降糖活性） 蛋白质的分离纯化人参蛋白、灵芝蛋白、家蚕抗菌蛋白糖、多糖的提取分离糖、多糖的提取分离 单糖的分离 多糖的分离纯化黑木耳多糖的分离香菇多糖的分离黄芪多糖的分离山药多糖的分离螺旋藻多糖的分离桑叶多糖的分离大蒜多糖的分离抗生素、维生素抗生素、维生素 提取 分离 纯化 工艺成熟，应用广泛固定化酶固定化酶 将生物酶固定在固体载体上，用于溶液中的酶促反应，反应完成后

7、通过简单的过滤与反应体系分离。 反复利用，降低成本 产品更纯 生物技术研究的重要工具血液净化血液净化 小分子毒物及药物 高胆红素血症（肝衰） 胆酸（肝衰） 内毒素血症 尿毒症毒素 类风湿因子的吸附 系统性红斑狼疮吸附剂 低密度脂蛋白吸附剂大孔树脂吸附机理 表面现象表面现象 由物体高度分散或表面分子受作用力不均等而产生表面现象.表面现象之一是具吸附作用 树脂的吸附力树脂的吸附力 范德华力，这种分子间力包括：氢键力和诱导力 吸附原则吸附原则 遵从类似物容易吸附类似物原则 吸附容量吸附容量 主要与比表面积有关 吸附速度吸附速度 与粒径、孔隙率有关树脂的质量要求 名称、牌（型）号、结构、外观、 极性、

8、粒径范围、含水量、湿密度、干密度、比表面、平均孔径、孔隙率、孔容等物理参数 未聚合单体、交联剂、致孔剂等添加剂残留量限度等参数 树脂残留物总量检查，树脂的安全性等。树脂的质量评价 规格标准视纯化品种及目的要求而定 添加剂残留物检查项目及限度暂订为: 苯 百万分之2 甲苯百万分 之890 二甲苯 百万分之2170 另苯乙烯、烷烃类、二乙基苯类（二乙烯基），限量不能高于国家标准或国际通用标准 树脂残留物总量检查 建议参考美联邦条例3卷21条食品和药品,对可用作食品处理的离子交换树脂的规定（98年修订） 树脂处理食物之前，用蒸馏水、15%乙醇、5%乙酸洗脱 限度 洗脱提取出的有机物应1ppm 方法：

9、50ml树脂柱，流速350400ml/h弃去1L初洗液，收集2L洗液，挥干 105恒重（浸出物重），850恒重（灰分）,二者之差为残留有机物 安全性检查 对苯乙烯型大孔吸附树脂，可免做动物安全性试验,但需据树脂残留物可能产生的毒性反应，在作药物成品的毒理学试验时，适当延长观察周期，增加观察项目与指标，如神经系统、骨髓、肝肾功能等。 若采用其它类型的树脂，一般应制订相应基团或添加剂的限量检查。 应以定型产品抽样进行安全性动物试验，以证明自己产品的安全性符合药用要求。 总之，限度的规定，应是树脂生产工艺成熟、质量稳定，以前处理合格树脂为样本，配合安全试验，积累数据，确定适宜限度 分析和植化用的树脂

10、,树脂可选用各种用途的树脂 制剂用的大孔树脂, 必须是安全无毒的产品.无数据说明是安全的,须补做化学与药理的数据.树脂吸附分离的一般技术要求 树脂的前（预）处理 药液的上柱吸附分离 树脂的再生药液药液水水洗脱剂洗脱剂再生剂再生剂分段收集分段收集泵泵检测器检测器/ /过程控制器过程控制器储储罐罐 树树 脂脂 柱柱纯化流程树脂树脂预处理预处理上样上样吸附吸附洗脱洗脱收集洗脱液收集洗脱液回收、浓缩回收、浓缩干燥干燥成品成品树脂的前（预）处理 新树脂应按所提供的规格、标准验收 使用前仍应进行前（预）处理 应提供前处理的具体方法与目的 建立处理合格与否的评价指标与方法 经前（预）处理合格的树脂方可使用。

11、药液的上柱吸附分离(1) 上柱吸附: 提供预算树脂用量与可上柱药液量的依据；建立树脂吸附达饱和的终点判定方法, 防止复方成分泄漏药液上柱前应经滤过,以免污染堵塞树脂应充分考虑影响吸附纯化的诸多因素提供适宜的上柱工艺条件药液的上柱吸附分离(2) 洗脱分离：提供洗脱分离工艺的方法与目的筛选最佳洗脱溶剂并确定其用量对于复方样品,应证明选定的洗脱溶剂的洗脱效果避免同类化合物不同结构物质的漏洗树脂的再生 提供再生工艺的方法与目的 建立评价树脂再生是否符合要求的指标与方法 说明树脂经多次反复再生后纯化效果的一致性 再生符合要求后方能进行下一轮纯化分离 树脂的应用现状与范围 药学领域，近年国内公开报道相关文

12、章数十篇，抗生素生产 天然药物中成分的纯化(植化与单味提纯)药物解毒与分析中药复方研究的公开报道，近年见诸刊物。 树脂的应用现状与范围 用于抗生素生产过程中的分离纯化情况 日本三菱化成公司生产Diaion HP-20、10、30，美国Rohm Haas公司产AmberliteXAD-2、7、11国产CAD-40、45等型号树脂用于分离：-内酰胺、多肽、糖苷、醌、含氮杂环、多烯、核苷、蒽环、大环内酯、安莎普等 十几大类,数十种抗生素 树脂的应用现状与范围 药物分析与解毒1968年 用XAD-2树脂从尿中分离甾体和甾体结合物1994年 用X-5树脂自血浆、胃液中提取21种安眠、镇静药1998年 用

13、HA-3树脂灌流清除兔地高辛中毒含皂甙类成分的中药制剂分析 用DA-201树脂吸附分离，测定含人参、三七、绞股蓝制剂中皂苷成分 树脂的应用现状与范围 在天然药物分离纯化工艺中的应用 1979年冯孝章等人用树脂吸附生物碱、黄酮，天麻中天麻甙的分离。1986年李洪刚等用树脂提取甜菊甙。1994年金继曙等人用树脂法分离白芍总甙 1998年彭永芳等人用大孔吸附树脂分离密蒙花黄色素 树脂的应用范围 大孔树脂吸附分离技术应用广泛，在医药上确实具有吸附、富集、分离、纯化不同母核结构药物的功能 可用于单一或复方中药的分离与纯化 树脂的通用性与专一性由树脂结构与性能决定 但要达到复方中满意分离效果，尚需加强基础

14、与针对性研究，尤其要规范树脂标准与分离纯化工艺。中药生产应用树脂分离纯化技术 1 提供选择该法的依据 2 规范纯化工艺技术 3. 建立切实可行的评价指标与方法提供选择该法的依据 树脂型号 经纯化，有效部位或成分的含量（纯度） 有效部位纯化特性 比上柱量 比吸附量 洗脱剂解吸 影响树脂纯化效果的因素 大孔树脂吸附稳定性单一药材有效部位纯化特性 在同一树脂及相同纯化工艺条件下， 比上柱量计:黄酮生物碱酚性成分无机盐 保留率计:皂甙蒽醌生物碱黄酮 水溶性酚性成分无机物 说明纯化工艺需要相应、全面的评价指标复方有效成分(部位)的纯化特性 复方中小蘖碱、大黄蒽醌保留率为8085%;单味药材几乎达100%

15、 复方与单方中小蘖碱在LD605树脂中的 比上柱量：复方为0.877mg/g，单方为21.12mg/g,比吸附量：复方为0.807mg/g，单方为19.66mg/g. 复方比吸附量仅为单方的1/24.说明多种成分共存时，存在竞争吸附位点的问题. 不能以单方的比吸附量或比上柱量预算 树脂用量.复方有效成分(部位)的纯化特性 在同一树脂及相同纯化工艺条件下, 50%乙醇对小蘖碱洗脱率为96.86%， 但不能将同时存在的延胡索乙素洗脱. 说明复方中含不同生物碱，宜用不同洗脱剂解吸影响树脂纯化效果的因素 药液浓度 吸附量与药液浓度满足Frendlich和Langmur经典吸附式, 浓度增加，吸附量增加

16、 温度 室温下几无影响，超过50明显下降.吸附过程为一放热反应;50 比上柱量为 20 的 70%.应注意上柱液温度 盐浓度 NaCl随浓度增加而增加比上柱量， KCl超过15%与NaCl同，15%以下则相反大孔树脂吸附稳定性 LD605树脂重复吸附40次,保留率为指标，呈波浪形.XSD=81.874.92%，RSD=6.01% X-5树脂使用15次后，吸附率仅降低4.95% 树脂用于单味中药或复方的分离纯化是可行的， 针对具体品种明确纯化目的，充分说明选用该法的必要性 说明组合树脂种类与组合方式、说明采用组合树脂的必要性 中药注射剂纯化、精制用树脂更应慎重，以确保安全、有效. 应选同类树脂中

17、有机物残留量限度最低者，或采用注射剂专用树脂。规范纯化工艺技术 为使树脂分离技术合理用于中药的纯化，在理论与实践上不断完善，保证研制的中药新药安全、有效 据分离纯化对象和树脂分离纯化工序规范树脂纯化工艺技术 树脂前处理合格与否的评价指标指标 残留物限度 JD-1 HPD100 甲苯 50 20.0 2.4g/g 二甲苯 50 10.0 2.6g/g 二乙基苯类 （二乙烯苯） 40 27.0 78.9g/g 烷烃类 1 0.14 0.87g/g 苯乙烯 1 未见 苯 1 未见 树脂前处理的评价方法 测定：树脂研成细粉，溶剂萃取, GC/MS定性，GC定量 三倍量乙醇浸出液加等量纯化水不浑浊 有机

18、物限量检查法蒸馏水、15%乙醇、5%乙酸洗脱, 限度 洗脱提取出的有机物应1ppm UV吸收值测定 制样可比性 有机物限量检查法蒸馏水、15%乙醇、5%乙酸洗脱, 限度 洗脱提取出的有机物应1ppm 方法：50ml树脂柱，流速350400ml/h, 弃去1L初洗液，收集2L洗液，挥干 105恒重（浸出物重），850恒重（灰分）二者之差为残留有机物树脂再生的评价指标与方法 再生 涉及工艺问题,解吸是否完全，是否有其它污染 指标 前处理指标与方法比吸附量与洗脱量测定药液的上柱吸附分离 树脂纯化工艺的主要工序上柱、吸附、洗脱 建立合理评价指标，吸附泄漏点（上柱终点）、洗脱起点（水洗终点）、洗脱终点判

19、定方法。防止泄漏与漏洗 提供树脂用量，上柱、洗脱流速，洗脱剂种类与用量 提供纯化工艺具体参数如柱规格、上柱温度、药液浓度等树脂再生次数(使用寿命)问题 与树脂质量、纯化对象、工艺条件有关 树脂组成、结构、稳定性 一般非极性中等极性极性强极性 经几百次的吸附解吸，有裂解的可能性 碱性条件下、氧化剂作用，可裂解为苯乙酮或苯二乙酮类树脂再生次数(使用寿命)问题 建议：厂家、研制单位提出参考数据,在实践中提出定型树脂的使用期限 用比吸附、洗脱量或吸附容量是否稳定来衡量较适宜。 纯化同一品种的树脂，当其吸附容量下降30%以上，则应视为不宜再使用。树脂纯化工艺合理性评价指标1沉降密度（Sedimentat

20、ion density）= W/V W:干树脂的重量 V:水中沉降后的体积便于体积-重量换算，准确评价上柱、吸附、洗脱效果树脂纯化工艺合理性评价指标2比上柱量（Saturation ratio） S=（M上-M残）/W M上:上柱液含量，药液体积浓度，药材量M残:过柱流出液含量，流出液体积浓度 评价树脂吸附、承载的能力 是确定树脂用量的参数树脂纯化工艺合理性评价指标3比吸附量（Absorption ratio） A=（M上-M残-M水洗）/W M水洗:水洗脱液含量，水洗脱液体积浓度 评价树脂的真实吸附能力 选择树脂种类、评价树脂再生效果的参数树脂纯化工艺合理性评价指标4比洗脱量（Eluatio

21、n ratio） E=M洗脱/W M洗脱:洗脱液含量，洗脱液体积浓度评价树脂的解吸能力与洗脱溶剂的洗脱能力选择树脂种类及洗脱溶剂的参数树脂纯化工艺合理性评价指标5保留率（Reservation rate） R=M洗脱/M浸出100%纯度（Purity） P=M成分/M总固体100%评价树脂纯化的效果、范围、质量、效益的参数 M:成分（指标成分、有效部位）量树脂纯化工艺合理性评价指标6纯化效果的质量评价是指是否保持了上柱前药液有效性、安全性。一般情况，仅用一个指标，一种洗脱容积是不能说明其纯化效果的。应据处方组成，尽可能以每味药的主要有效成分为指标监控各吸附分离过程树脂纯化工艺合理性评价指标7指

22、标的选择：在理化指标难以保证其“质”时，原则上应配合主要药效学对比试验，以保证上柱前与洗脱后药物的“等效性”。纯化效果的“质”还反应在经纯化不能引入有害物质，应建立成品中树脂残留物或可能的裂解产物的检测项目与方法。并制订合理限量（二类以上仅控制原料） 大孔吸附树脂的优缺点大孔吸附树脂的优缺点1. 应用范围广应用范围广 大孔吸附树脂的应用范围比离子交换树脂广，大孔吸附树脂的应用范围比离子交换树脂广，表现在，其一，许多生物活性物质对表现在，其一，许多生物活性物质对pH较为敏感，较为敏感，易受酸碱作用而失去活性，限制了离子交换法的易受酸碱作用而失去活性，限制了离子交换法的应用，而采用大孔吸附树脂，既

23、能选择性吸附，应用，而采用大孔吸附树脂，既能选择性吸附，又便于溶剂洗脱，整个过程又便于溶剂洗脱，整个过程pH不变；其二，对于不变；其二，对于存在有大量无机盐的发酵液，离子交换树脂受严存在有大量无机盐的发酵液，离子交换树脂受严重阻碍无法使用，而大孔树脂却能从中分离提取重阻碍无法使用，而大孔树脂却能从中分离提取抗菌素等物质。抗菌素等物质。2 理化性质稳定理化性质稳定 大孔树脂稳定性高，机械强度好，经久耐用，大孔树脂稳定性高，机械强度好，经久耐用，且又避免了溶剂法对环境的污染和离子交换法对且又避免了溶剂法对环境的污染和离子交换法对设备的腐蚀等不良影响。设备的腐蚀等不良影响。3分离性能优良分离性能优良 大孔树脂对有机物的选择性良好，分离效能大孔树脂对有机物的选择性良好，分离效能高，且脱色能力强，效果不亚于活性炭。高，且脱色能力强，效果不亚于活性炭。4. 使用方便使用方便 大孔树脂一般系