中藥分子結(jié)構(gòu)與膜材料制備的相關(guān)性
導(dǎo)讀:本文天津津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司探討中藥“非藥效共性高分子物質(zhì)”分子結(jié)構(gòu)與膜材料設(shè)計(jì)、制備的相關(guān)性。
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發(fā)布日期：2019-08-09 09:48【大 中 小】
天津津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司在本文探討了中藥分子結(jié)構(gòu)與膜材料的設(shè)計(jì)制備的相關(guān)性研究。以供參考。
1中藥“非藥效共性高分子物質(zhì)”分子結(jié)構(gòu)與膜材料設(shè)計(jì)、制備的相關(guān)性
1.1影響膜過程去除“非藥效共性高分子物質(zhì)”的關(guān)鍵科學(xué)問題及其內(nèi)涵
大多數(shù)中藥“非藥效共性高分子物質(zhì)”的化學(xué)本質(zhì)為“高分子碳水化合物”。因此，為實(shí)現(xiàn)通過膜技術(shù)精準(zhǔn)清除“非藥效共性高分子物質(zhì)”，所面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題是：“高分子碳水化合物”的相對分子質(zhì)量分布、化學(xué)性質(zhì)、空間結(jié)構(gòu)及其在不同“溶液環(huán)境”膜過程中的表現(xiàn)與膜材質(zhì)、膜孔徑的關(guān)系。
1.1.1“非藥效共性高分子物質(zhì)”的分子空間結(jié)構(gòu)對膜分離過程的影響
中藥“非藥效共性高分子物質(zhì)”的分子空間結(jié)構(gòu)對膜分離過程具有重要影響。中藥水提液中高分子物質(zhì)的形狀和尺寸不僅與其本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與溶劑性質(zhì)、溶液濃度以及實(shí)驗(yàn)溫度等“溶液環(huán)境”諸因素有關(guān)，由此導(dǎo)致高分子空間形態(tài)的變化直接影響膜分離性能。而商品分離膜孔徑一般是以不同相對分子質(zhì)量的球蛋白來檢測的，分子呈球形分布使分子的體積比較小，分離膜的截留相對分子質(zhì)量概念與中藥成分的相對分子質(zhì)量存在明顯差異。高分子空間形態(tài)的變化以及商品分離膜孔徑與中藥成分相對分子質(zhì)量的不兼容必然會(huì)影響分離效果，因此“非藥效共性高分子物質(zhì)”的分子空間結(jié)構(gòu)對分離膜分離性能影響較大。此外，在某些“溶液環(huán)境”下，“非藥效共性高分子物質(zhì)”可發(fā)生向線性直鏈形結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致易于透過膜，進(jìn)而影響分離效果。
1.1.2“非藥效共性高分子物質(zhì)”對小分子中藥成分的作用影響
中藥水提液本質(zhì)上可視為主要由生物堿、黃酮、皂苷等活性小分子（相對分子質(zhì)量小于1000）與淀粉、果膠、蛋白質(zhì)、鞣質(zhì)等高分子兩大類物質(zhì)組成的化學(xué)體系。中藥提取、純化過程實(shí)際上就是借助外部能量（熱能、機(jī)械能、電離能等）影響水分子與小分子藥效物質(zhì)、共性高分子物質(zhì)之間的相互作用，從而實(shí)現(xiàn)分離的過程。采用分離膜精制的方法是為了去除高分子成分，保留小分子藥效成分，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于“非藥效共性高分子物質(zhì)”與小分子物質(zhì)之間的相互作用導(dǎo)致二者之間可能發(fā)生包裹、纏結(jié)、吸附等效應(yīng)。中藥體系化學(xué)組成復(fù)雜，“非藥效共性高分子物質(zhì)”與小分子有效成分之間的相互作用以及外部環(huán)境體系的影響機(jī)制有待進(jìn)一步完善，國內(nèi)外對此方面的研究鮮見報(bào)道。
1.1.3膜污染對“非藥效共性高分子物質(zhì)”去除過程的影響
中藥提取過程中高分子化合物所導(dǎo)致的膜污染，可在一定程度上影響小分子藥效成分的透過率。膜污染是由于被過濾料液中的微粒、膠體離子或溶質(zhì)分子與膜存在物理化學(xué)作用而引起的各種粒子在膜表面或膜孔內(nèi)吸附或沉積，進(jìn)而造成膜孔堵塞或變小，對膜的透過流量與分離特性造成影響。中藥提取液黏度大，大分子雜質(zhì)含量高，極易在膜表面形成黏附層，堵塞膜孔造成膜通量銳減，極大地影響膜的清洗周期和使用壽命。蛋白質(zhì)處于局部瞬時(shí)高濃度或高密度條件下，容易發(fā)生聚集現(xiàn)象而造成膜污染。盡管膜孔徑或截留相對分子質(zhì)量的選擇主要是依據(jù)被分離物質(zhì)的相對分子質(zhì)量，但分子的水力學(xué)尺寸不僅與其構(gòu)型和聚集態(tài)有關(guān)，還與藥液的濃度有關(guān)。因此，鑒于中藥體系的高黏度、高膜污染特性，選擇膜的截留相對分子質(zhì)量時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大。
2基于中藥“非藥效共性高分子物質(zhì)”分子結(jié)構(gòu)解析的膜材料設(shè)計(jì)與膜過程優(yōu)化機(jī)制
為解決膜分離過程不能有效去除中藥“非藥效共性高分子物質(zhì)”的問題，我們提出如下思路與途徑：基于“高分子碳水化合物”的相對分子質(zhì)量分布、化學(xué)性質(zhì)、空間結(jié)構(gòu)及其在不同“溶液環(huán)境”膜過程中的表現(xiàn)，可通過
①膜材料的設(shè)計(jì)與改性；
②膜孔徑結(jié)構(gòu)的微觀調(diào)控；
③膜過程“溶液環(huán)境”的優(yōu)化，探索膜過程、成膜材料與中藥水提液中高分子物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的相關(guān)性，攻克清除“非藥效共性高分子”膜對抗物質(zhì)的技術(shù)瓶頸。
2.1膜材料的設(shè)計(jì)與改性對提高“非藥效共性高分子物質(zhì)”去除率的作用及其機(jī)制
2.1.1膜表面的親疏水性
膜表面的親疏水性對膜污染具有重要影響，各種膜材料具有不同的表面親疏水性，常用的膜材料有聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚砜類、纖維素類等。在水處理領(lǐng)域，為了適應(yīng)曝氣和消毒工藝的需要，盡管PVDF、PVC、PES等材料的親水性能不理想，由于材料本身具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和抗氧化性能，且在膜制備工藝中可以對材料進(jìn)行一定程度地親水改性，所以被廣泛使用。然而，在中藥膜分離技術(shù)領(lǐng)域，膜污染是須首要考慮解決的問題，與其對疏水性較強(qiáng)的膜材料進(jìn)行親水改性，不如直接選擇親水性能優(yōu)異的膜材料，這樣可以有效緩解膜污染的問題。尤其是蛋白類物質(zhì)吸附在膜表面而造成的不可逆膜污染，進(jìn)而提高對“非藥效共性高分子物質(zhì)”的去除效果。
2.1.2膜表面的荷電改性
由于等電點(diǎn)的不同，各種中藥成分在溶液中所帶的電荷性質(zhì)不同。如果對膜進(jìn)行荷電改性，可以利用膜表面與中藥成分之間的靜電斥力對“非藥效共性高分子物質(zhì)”進(jìn)行選擇性地去除。而且，荷電基團(tuán)的引入使膜的親水性也得到加強(qiáng)，膜的透水量相應(yīng)增加。由于荷電膜與溶液間的靜電相互作用，溶液的滲透壓降低，所以荷電膜適合在低壓操作。此外，由于同種電荷相互排斥的靜電作用力，膜的抗污染性也得到增強(qiáng)。所以，荷電膜在提升截留率、加強(qiáng)膜的抗污染性以及選擇透過性等方面都有中性膜所不具備的優(yōu)勢和用途。
2.1.3膜表面的接枝改性
膜表面的接枝改性是在膜表面形成自由基的活性中心，然后在活性中心進(jìn)行接枝反應(yīng)，引入功能基團(tuán)與側(cè)鏈，在表面形成疏松型的復(fù)合層。它的特點(diǎn)是改性只發(fā)生在膜表面層，改性不影響材料本體的性質(zhì)，同時(shí)被接枝的高分子鏈與膜表面之間是牢固結(jié)合的化學(xué)鍵，改性效果較為持久。
