江苏省植物药深加工工程研究中心团队在Separation and Purification Technology杂志发表膜分离技术对中药活性成分分离的系列研究成果

江苏省植物药深加工工程研究中心研究团队连续在国际知名学术期刊Separation and Purification Technology（中科院1区，IF：8.6）上发表了系列重要研究成果，深入探讨了膜分离技术在中药活性成分（PhACs）分离中的独特作用。

近日，以二维氧化石墨烯（GO）膜分离相似结构——苦参碱（MT）和氧化苦参碱（OMT）为研究内容，在线发表了题为Selective Separation of Structurally Similar Alkaloids by Graphene Oxide Membranes的最新研究成果。

生物碱是广泛存在于传统中草药中的重要活性成分，主要来源于植物界的一类含氮碱性有机化合物。MT和OMT是苦参中的共存生物碱，具有相似的结构，但临床应用不同。研究团队采用不同氧化程度的GO膜探索了MT和OMT的分离机理。实验结果表明，随着GO氧化膜氧化程度的增加，MT的截留率从高于OMT变为低于OMT，这是因为MT和OMT的域分离机制由亲水性转变为静电相互作用。此外，具有高氧化水平的GO膜表现出更好的分离稳定性。其中，GO-5膜在长期试验和各种条件下均表现出稳定的性能。通过GO-5膜的二次分离，MT和OMT的分离因子几乎提高了一倍，初步证明了氧化石墨烯膜在分离中药相似小分子活性成分上的可行性。

图1  GO膜选择性分离MT和OMT示意图

澳门王中王100%期期中为该论文的第一作者和通讯作者单位，硕士研究生崔娇阳和博士研究生吴倩莲为共同第一作者，朱华旭研究员和张悦讲师为共同通讯作者。 

此前，团队探索了商用纳滤（NF）膜分离苦参碱（MT）和氧化苦参碱（OMT），发表了题为Role of Competitive Effect in the Separation Mechanism of Matrine and Oxymatrine using Commercial NF Membranes的研究成果。

中药成分的复杂性极大地限制了膜技术在中药制药行业中的应用，探索选择性和分离效果更好的膜技术具有重大意义。研究团队选择了4种商用NF膜（NT101、NT103、NF270和NF90），成功分离了苦参中的MT和OMT，并测试了这4种NF膜对MT和OMT的截留率，以评估其分离效率。结果表明，在空间位阻的影响下，使用的NF膜越致密（NF90和NT103），溶质越难以渗透。而对于NT101和NF270，进料溶液的pH值变化会显著影响膜和溶质间的静电和疏水效应，从而显著影响截留率。此外，在二元混合物系统中，与膜具有较强相互作用的MT会优先吸附在膜上进行渗透，从而导致对OMT的排斥力更大，相关结论通过分子模拟获得了很好的印证。 

图2  单独和混合溶液体系中MT和OMT的跨膜机制示意图

澳门王中王100%期期中为该论文的第一作者和通讯作者单位，硕士研究生黄铭聪和韩秋雨为共同第一作者，朱华旭研究员和李博副教授为共同通讯作者。

严重的膜污染是制约膜技术规模化推广应用的瓶颈问题，但是，对于中药体系的膜污染和分子间相互作用研究仍处于起步阶段，团队针对这一难题，以中药酚酸类成分为研究体系，发表了题为Insights into the Penetration of PhACs in TCM during Ultrafiltration: Effects of Fouling Mechanisms and Intermolecular Interactions的研究成果。

膜污染将对中药PhACs的渗透分离产生较大影响，了研究膜污染和PhACs之间的相互作用，包括污染机理和分子间相互作用，研究团队将4种中药PhACs（巴马汀、小檗碱、栀子苷、原儿茶酸）和3种不同浓度的牛血清白蛋白（BSA）配制成模型溶液，应用Hermia模型分析了BSA的模型溶液引起的膜污染机理和膜污染对PhACs渗透情况的影响。结果表明，由于BSA和PhACs之间的相互作用不同，加入不同的PhACs后，BSA溶液的结垢模型发生了变化。例如，小檗碱的存在使污垢模型由滤饼过滤变为完全堵塞模型。不同的结垢模型和分子间相互作用最终导致PhACs的渗透率也不同。

图3  BSA污染层与PhACs在膜表面相互作用示意图

澳门王中王100%期期中为该论文的第一作者和通讯作者单位，硕士研究生张云为第一作者，朱华旭研究员和李博副教授为共同通讯作者。

上述研究获得了国家自然科学基金（81773912，82274222，81873015，81673610，82004072，81773912）和国家科技部重点研发计划（2022YFB3805000）、重点新药创制计划（2019ZX093001133）和陕西中医药大学秦药特色资源研究与开发国家重点实验室开放基金（SUCM-QM20204）等项目的资助。