制药工程专业无机及分析化学中“药味道”教学的思考

吴 瑛，王春栋，2

(1 塔里木大学生命科学学院，新疆 阿拉尔 843300；2 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074)

无机及分析化学是制药专业学生在拥有中学化学知识的基础上，将无机化学和分析化学经过内容整合后的一门必修基础课程，它为后续制药专业学生学习有机化学、药物化学和药理学等的学习提供基础方法和理论指导。作为已经确定专业的学生都有一个共同的想法和观点，认为进入大学就是要学习与专业相关的知识、学会用专业知识和学实际点的内容。又因学生对所学专业的培养目标了解的较少，对于基础课都有个不成熟的认识，与自己的专业联系不多，不够重要，失去了学习的动力。而课程对于刚入学的学生来说知识点多，难于掌握。这就要求老师在教学内容和课堂教学组织上下功夫，调动学生的学习兴趣和热情，更好地适应制药专业教育的要求。

本文从无机及分析化学知识点中挖掘与制药专业相关的内容，探索在传授化学知识同时融入药的“味道”， 增强化学与后续药学专业课程的联系。简介制药领域中由化学学科创造出的成就，让学生对基础课程学习的重要性有了认识。结合无机药物研发引导学生关注专业前沿科学，使学生看到了制药专业对于为社会做出的巨大贡献，对专业学习充满兴趣和信心。

1 梳理课程内容融入药学相关知识

1.1 绪论中融入药味

作为先导课，绪论的讲解往往关乎一门课程能否讲好和激发学生学习兴趣的关键章节。本课程绪论课不仅要介绍化学定义、研究对象和范围以及在自然学科中的地位，使学生对学习内容和方法等有一个全方位的了解，且通过实例介绍化学在制药和药学领域的一些作用和已取得的重要成就，否则会让学生觉得与专业无关失去了关注。比如穿插一些简单无机化合物：如MgSO4盐，学生在中学已经接触到了的，对其性质有所了解。但是可能对于其药效不是十分了解的，说明它可以作为泻药，由于在肠道中难以吸收，高的渗透压阻止了肠内水分的吸收，扩张和刺激肠道蠕动，从而促进排泄；Na2SO4又称芒硝，将芒硝外敷在患处，可以促进伤口愈合，帮助患者消肿止痛，防止伤口感染(一些外科手术后常用于外敷刀口)。芒硝也可以内服，以清火消肿，缓解大便干结等症状，帮助牙龈缓解由于上火导致的肿胀感。杂多酸是有2个以上的无机含氧酸缩合脱水产生的一类物质，看似简单的脱水反应却具有了抗病毒的作用[1]，一氧化氮NO常见的氮化物确有血管舒张的作用[2]等等。让学生翻开书本后面附的元素周期表，简单介绍表的组成结构后。提问学生在周期表里你看到了哪些元素与我们用的药物有关？可以讲一下碘单质，用于医药常备消炎、杀菌药——碘伏。说明一下碘伏的组成成分是单质碘与聚乙烯吡咯烷酮的不定型结合物。引入过渡元素，过渡金属元素在生物体内含量很低，但一些重要反应、能量转移及信息传递确与其着重要的关系。如铁元素生理功能主要有合成血红蛋白，除此而外它还能激活一些酶参与体内能量代谢，与免疫功能还有密切关系。机体缺铁造成缺铁性贫血，二茂铁青霉素等药物中间体，可用作补血剂治疗缺铁性贫血症。稀土元素是镧、铈、镨、钕等17种特殊的元素统称，在抗炎、抗凝血和治疗烧伤等方面的稀土离子表现出优越性[3]。钆的配合物DTPA核磁成像中已经作影像剂。化学分析法测定VC的含量测定、糖尿病的化验等；免疫测定[4]中用到的电学分析、光学分析等，目前的抗癌药物，铂、锑、锡、钒、硒、锗等的配合物在抗癌金属配合物中占重要地位，芯片技术等前沿发展引入激发学生的兴趣。且由此得出，无机及分析化学在药物化学中占具着重要地位。

1.2 溶液与制药

溶液这章中包含了溶液浓度计算、体系概念分类和稀溶液的依数性。讲到了水的相图，可以将制药工艺中常用的冷冻干燥、减压升华方法，在水的相图讲解时深入到理论中解析其原理。无论是生产、生活和科学研究都常用到稀溶液的依数性，它还与健康和医学都有着密切的关系。医院输液的时候，经常有输液输几瓶的情况，为什么不把药物全部放到起去一起注射，节省时间呢？生理盐水的浓度为什么不能高或者低(渗透压知识)？再如稀溶液的依数性中的凝固点降低知识点，可以把生物材料的存储方法加入，如造血干细胞、角膜和精子等低温保存，往往采用加入甘油等保护剂，降低细胞外介质的冰点或过冷点，减轻损伤。血液透析是一种血液净化的方式，是根据膜平衡渗透原理利用膜两侧溶质浓度差将肾脏衰竭代谢产物和毒性溶质排除，且向体内补充所需溶质。胶体化学[5]章节中关于溶胶的制备可以引入溶胶剂，溶胶剂是将固体药物分散在溶剂中形成的非均匀液体分散系，药物粒子直径在1～100 nm之间，分散成溶胶状态的药物，药效会显著出现变化。再如人们研制的“控制释放给药”体系，大多数是用高分子材料和药物制成的特殊胶体分散系。药物按照控制释放给药装置在确定的时间和程序有控制地将药物释放进血液循环或病灶，使得血药浓度维持在有效治疗范围内。而这类药物的渗透泵给药方式的原理又与我们上面谈到的渗透压有关，是通过改变半透膜的渗透压和泵内药物的含量等方法控制释放药物速度和时间。透皮给药则是利用药物在皮肤两侧的浓度差，扩散药物透过皮肤进入局部靶组织或血液循环系统，从而发挥治疗作用的一种给药方式。将胶体化学知识点和渗透压等知识点融入药学紧密联系，使学生能学以致用。

1.3 化学反应的热力学及动力学与制药

热力学的内容主要讲的是关于化学反应的热效应，是对中学知识的加深，课程内容较易于理解。因此在教学内容里可以加入介绍生物ATP热力学[6]；化学热力学函数ΔG来确定药物合成的反应路线，如阿司匹林为例从热力学数据判断此药物某一设计合成路线的可能性，从温度、压力等来控制得到最大产率。在讲解化学动力学内容时引入药代动力学，药代动力学是药物在体内作用的过程的速率论，采用数学方法定量地研究药物在体内的量变特征，药物会在体内停留数天、数月甚至数年，药物作用强度会随着药物用量的增加而增加，但是只能达到一定限度或最大值，超过最大值，无论药物浓度多高，药物的作用也不会增加。给药方案是按照药代动力学计算的，在此教会学生确定药品分解的反应级数，计算出药品在常温下分解需的时间，即“贮存期”预测药物的有效期，从药品半衰期，计算每次服药间隔时间。将枯燥的公式推导和计算变的有实际意义，提高了学习的积极性。

1.4 酸碱理论与药学

1.5 其他章节

还有类似这样的内容可以与药味相联系，如在电化学内容学习时, 电学工作原理的说明在传感器设计和应用，如有毒害气体都可发生氧化还原反应，利用这些反应，分辨气体、检测浓度，做出“电子鼻子”等探测仪器。再如生物传感器利用生物物质的敏感，将其浓度转换为电信号进行检测，可以用于疾病的诊断等。纳米传感器是利用纳米微电极为机体制作的纳米传感器，非常有利于传感器的微型化、集成化，便于进行在体连续监控、活体细胞检测和药理研究等，可以为细胞工程、酶工程等生物工程研究提供新的工具和手段。中科院上海物理研究所研制出一种高灵敏、高特异性的电化学DNA纳米生物传感器，它能检测到约2万个DNA分子，检测灵敏度达到 10 fmol/L。教师应充分利用这些密切联系，基础知识点具体化、应用化，加深学生的理解。通过对课程各章节内容的梳理，将化学知识点与制药专业相关内容进行对接，建立融入药物知识点的无机及分析化学知识体系，有助于学生的药学知识网络的形成，提高基础课与专业课的融合度和专业素养的培养。

2 引入前沿科学内容，培养学生创新意识

在无机药物化学、配位化学和生物无机化学等领域的研究进展令人瞩目，也是十分活跃的交叉领域。与有机小分子药物不同，无机药物的化学多样性、可变性及丰富的光磁等性质，决定了无机金属药物具有许多其他药物无法比拟的优点，癌症是严重危害人类健康的一大顽症，如以顺铂类药物在临床癌症化疗中发挥了巨大作用，顺铂化学名称顺式二氯二胺合铂，是第一代铂类抗癌药，具有光谱、作用强、活性高，易于其他抗癌药配伍，活性与氯离子浓度有关。后续又研制了舒铂、洛铂、环铂等配合物，以及其他金属配合物抗癌药物，目前有钌配合物、钛配合物和锗配合物等。银离子是良好的抑菌剂，目前研究银离子不仅有效抑制各种耐药菌，还能增强抗生素的抑菌谱。医药不分家，因此在谈到无机化学药物发展时，也可以将作为疾病监测的无机化学技术中内容也可以融入进来。量子点是指由III-VI族或IIIB-VB族元素原子组成的纳米颗粒，常用的如：CdS、ZnSe、MgTe等，其中CdX(X=S、Se、Te)量子点具有优异的荧光特性而广泛应用，作生物探针制备和生物传感器，为活体示踪、成像、生物分子标记检测等提供了新的契机。例如用生物素华的量子点对B型葡萄球菌毒素的检测灵敏度可达到10 ng/mL，在灵敏度和特异性2个方面都比传统方法有着很大的提高，可以在10万个正常细胞中检测出10个肿瘤细胞，对于肿瘤等重大疾病的早期诊断有着重要意义。 “纳米机器人”通过血管送入人体去观察和诊断疾病，更换或修复有缺陷的片段用其携带的DNA[8]，体现了无机及分析化学在药学和医学方面的应用，反映了本专业发展的前沿知识，学生的学习过程中充满新奇和好奇，且憧憬着未来药物的发展。

3 文化自信思政元素

无机化学药物早在我国古代早已应用，矿物药的使用领先了欧洲数百年。授课中融入我国的国粹中医中药《本草纲目》收载的矿物药物达222种[9]，蕴藏着宝贵的药物资源。在传统医学中发掘新药物，如砒石为砷矿[9]，首次记载于宋《开宝本草》，现代用于疗恶性血液病的“癌灵一号”是张亭栋等科学家受到启发研制而成，使得白血病患者的“5年无病生存率”从约25%跃升至约 95%。在无机药物化学等领域出现了许多为国家做出巨大贡献的科学家[10]，王夔教授从分子层次与细胞层次研究架起沟通桥梁，创造性地将两种研究结合到一起，开拓了细胞无机化学研究的新途径；孙红哲教授研发出了活体细胞内标记的荧光探针，徐光宪院士在传统分离稀土方法的基础上，建立了串级萃取法，国际稀士分离的难题且将该方法应用于生产，我国由稀土资源大国成为生产应用大国。对学生进行爱国主义教育，中国梦终将在青年的接力奋斗中变为现实。

4 结 语

无机及分析化学作为制药专业的基础课，势必与后续相关的药学课程之间存在千丝万缕的联系。作为教师，建立与后续相关课程之间的桥梁和引渡人。作为任课教师的就需要在完成课堂教学之外，加强专业以及相关专业知识的摄取，要求老师涉猎很多非化学专业的知识，阅读新文献，吸收一些新的教学成果。以具体的无机及分析化学知识点出发，通过案例从引入药学知识，授课要突出基础知识和制药专业知识的关联，与基础理论课程相辅相成，为制药人才打好基础知识和技能，探索适合专业培养的模式和途径。