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活性炭在制藥工業中的應用

發布時間:2021/6/28 16:11:12 瀏覽次數:104
文章來源:嵩山科技網絡部 作者:嵩山科技小編

 

活性炭在制藥業的應用相當廣泛,無論是化學合成藥、生物制劑、維生素、激素還是針劑、大輸液等都可找到它的存在,而且活性炭還滲透到醫療制品或直接用于醫療藥品。

化學合成藥典型的例子是乙酰胺基苯酚(商品藥名撲熱息痛),這種藥在我國產量很大,每年要消耗幾千噸粉狀活性炭。合成撲熱息痛是從對硝基苯酚開始,經還原成對氨基苯酚,以乙酸?;梢宜岚被椒?。合成生成的撲熱息痛粗品是暗灰色的,必 須再溶于水經活性炭脫色后重結晶。脫色時要加粗品質量5%~10%的活性炭,大多數液相脫色時活性炭加量一般都不超過3%。

化學合成藥的種類很多,脫色功能也不盡相同。有的是合成zui終產物的粗品精制,有的是合成原料單體的精制,活性炭的使用條件都應根據實際情況在實驗室確定。有的脫色對象其有效成分價格昂貴,更應考慮有效成分被炭吸附帶走,因此,炭的選擇更顯重要,因為質優適用的炭可減少投炭量,這樣不但降低精制成本,更可減少有效成分因吸留而流失。

一、維生素

1.維生素A

利用活性炭能吸附胡蘿卜素的性質,可將維生素A從胡蘿卜素中分離出來,也可利用活性炭將維生素A和維生素D分離,將從魚肝油制得的濃縮物溶解在庚烷里,并通過活性炭吸附柱過濾,然后,以新鮮庚烷洗提吸附物,則維生素D首先被洗脫,其次為維生素A。

2.維生素B1(硫胺素)

維生素B1對維持人體正常的糖代謝具有重要的作用,也是抗神經炎的因素。將酵母用水抽提,加入中性乙酸鉛使一些雜質沉淀,過濾后濾液用氫氧化鋇處理使膠質沉淀出來,過量的氫氧化鋇用硫酸除去,溶液中的其他雜質用硫酸汞除去,并將活性炭加入濾液吸附硫胺素,zui后用0.1mol/L鹽酸的50%乙醇溶液來洗滌硫胺素。近年來也合成了結構和維生素B1相似的呋喃硫胺,又稱“新B1”。

3.維生素B3

維生素B3,也稱為煙酸或維生素PP,是人體必需的13種維生素之一,對于維持神經系統健康和腦機能的正常運作有著重要的作用?;钚蕴繉S生素B3有著較強的吸附能力,吸附量可達100mg/g;同時也具備良好的緩釋性能,在較長的時間內藥物緩釋平穩,從而實現長效的治療目的。

4.維生素C

維生素C,即抗壞血酸,易被氧化成為去氫抗壞血酸,是一種強還原劑。工業上由山梨醇為原料制造,但粗品要經活性炭脫色后再結晶。維生素C粗液的脫色是一個很重要的程序,說它重要是因為維生素C太容易被氧化轉化成去氫抗壞血酸,降低成品的品質。而這一轉化程度又往往與炭的類型關系密切,所以對炭的選擇就顯得特別關鍵,因活性炭本身是促使轉化的催化劑,例如含氮元素的炭具有很強的氧化能力,而只有含氧官能團的炭才具有還原性。另外,脫色時介質的氛圍也很關鍵,在溶液中脫色時充氮或使用硫化鈉、硫代硫酸鈉浸漬活性炭也可減弱抗壞血酸的氧化。也有將活性炭制成濕炭使用,因活性炭浸水后可以將炭孔隙中的空氣排走。但zui好還是選擇一種稱為“抗氧化活性炭”的制品。除了炭的性能外,炭中含有的雜質也很關鍵,特別是含鐵要很低,zui好是100mg/kg以下。近年在開發使用顆?;钚蕴垦b填吸附塔進行連續脫色。

5.維生素D

維生素D,為類固醇類衍生物,有五種化合物,存在于部分天然食物中,具有抗佝僂病的作用。利用活性炭(椰売活性炭)將維生素D從自溶酵母中吸附出,然后再用乙酸將維生素D洗滌出來。

6.維生素E

維生素E,是一種脂溶性維生素,溶于脂肪和乙醇等有機溶劑中,能夠改善血液循環、促進性激素分泌。維生素E存在于芝麻油中,在用活性發膠麻油進行脫色處理的時候,會吸附部分維生素E。采用活性炭處理芝麻油時,維生素E的損失zui小,損失量約為5%。

7.維生素G

維生素G,又叫核黃素,是體內黃酶類輔基的組成部分,缺乏時會影響機體生物氧化和新陳代謝。應用吸附劑從乳清中制備維生素G的濃縮物。乳清中的維生素,先在低溫下用白土吸附,然后用熱水洗滌出來。洗滌液中的維生素用活性炭吸附聚集,然后用乙醇-苯混合液解吸,之后蒸去乙醇和苯而得到維生素G。

8.維生素H

維生素H,是水溶性的維生素,是脂肪和蛋白質正常代謝不可缺少的物質,維持人體生長、發育和健康。利用活性炭從米糠中獲得增濃60~90倍的維生素H(后來證明其為維生素B6和維生素B5的混合物)。這個過程之所以獲得成功,是依賴于預先的幾個步驟。經酸化的米糠提取液用白土來吸附維生素B1,濾液經中和后加以蒸干,進而用無水乙醇來萃取此固體干物質,萃取物利用水稀釋后使用活性炭來吸附其中的維生素H。zui后再用正丁醇或其他適當的溶劑將活性炭上的維生素H洗滌出來。

二、抗生素

1.青霉素

青霉素是抗生素的一種,具有抗菌殺菌的作用。早期提取青霉素的方法主要是采用活性炭吸附,然后使用有機溶劑洗提。

將青霉素菌種接種在滅菌的適當肉汁培養基內,在無菌條件下經70~80h的發酵,當發酵完成后將肉汁過濾,此肉汁中含青霉素百萬分之三十左右,冷卻到可操作的zui低溫度,以防止青霉素被破壞。然后加入足量的活性炭來吸附青霉素。此混合料攪拌10min后過濾,炭濾餅用適當的溶劑洗滌青霉素。洗滌時,應先將炭濾餅從濾機上取下,然后與溶劑混合攪拌20min過濾,這樣效果好些??捎谜婵照麴s法將丙酮分離,所得之青霉素濃縮液冷卻至0℃并酸化至PH=2,再溶于某些有機溶劑中,例如乙酸乙酯、醇、醚、戊酸乙酯、環己烷、三氯甲烷等。將含有青霉素的有機溶劑與稀碳酸氫鈉溶液混合,形成的青霉素鈉鹽溶于水相,經與有機溶劑分離后,在冷卻和高真空下去水。

活性炭也用于青霉素生產中的過濾環節。使用活性炭過濾,能夠保證青霉素的透過率在50%以上,滿足生產要求。在生產過程中,活性炭粒度越小,過濾速度越慢,透光率越好;反之,透光率越差。研究表明,200目以上的活性炭,青霉素過濾后透光率>50%,同時為了保證濾速,200~280自的的活炭zui為適宜。

2.鏈霉素

1943年,美國科學家塞爾曼·A·瓦克斯曼從鏈霉菌中提取獲得了鏈霉菌。該菌是一種從灰鏈霉菌培養液中提取的抗生素,屬于氨基糖苷堿性化合物、易溶于水,不溶于大多數有機溶劑?;钚蕴吭阪溍咕纳a過程中主要起到脫色的作用。純凈的淡灰鏈絲菌接種在無菌培養基上,保持無菌條件下與空到脫色的作用。純凈的淡灰鏈絲菌接種在無菌培養基上,保持無菌條件下與空然后加入活性炭?;钚蕴康奶砑恿坑绊懨撋^程,應該嚴格控制,添加量不夠吸附不完全,但添加量太多則降低洗滌產量。過濾將炭與溶液分離,用乙醇洗滌炭餅,以除去吸留于炭上的雜質,然后用已經酸化過的甲醇將鏈霉素從炭上洗滌下來(在酸性環境活性炭無法吸附鏈霉素)。將此洗滌液中和后嚴格控制條件,采用真空蒸發得到純度為25%~30%的粗品。zui后利用活性炭在pH=2附鏈霉素的特性,將它分離出來,炭上的鏈霉素用酸度調節到pH=2.5的稀丙酮洗滌出來,經濃縮析出純品。

三、去致熱原

凡不經人和動物腸胃吸收的藥物,而采用靜脈灌注或皮下注射的藥物,其水溶液消毒滅菌顯然是ji重要的。藥液中雖然不存在微生物,但仍不能用作注射液,這是由于在消毒時溶液中的細菌形成了某種副產物,某些細菌還產生耐熱性的物質,這些物質總稱為熱原(pyrogen)。當注射液(針劑或大輸液)中含有熱原時,注射到動物體內在15min~8h內即發生一系列生理反應,其特征是發熱、發抖又伴隨著體溫降低,還可能發生惡心、嘔吐、頭痛和蛋白尿等。

普通蒸餾水中可能存在大量的致熱原,如采用蒸餾法去除致熱原,則需要特殊設計的蒸餾裝置。但只要在水中加入很少的粉狀活性炭(如0.1%)接觸數分鐘就可除去致熱原。要濾去活性炭要有專門的濾器,既要保證固態物完全濾去又要有滅菌要求。

當加入右旋糖等藥物于經過專門制備的水中時,還能導入致熱原。因此不能采用蒸餾法凈化而必 須應用活性炭吸附,然而有些藥物會被活性炭吸附而使有效成分降低,因此要考慮這一因素而適當加大投藥量,以抵消被吸附的藥物量。以抵消被吸附的藥物量。很奇怪,顆?;钚蕴渴菬o效的,只有粉狀活性炭才適用。對此類活性炭,除了吸附性能外,很重要的會將雜質帶入注射液中。也就是在炭的生產過程對炭本身的精制很重要,否則會將雜質帶入注射液中。再者,此類炭應選擇以木質材料為原料,經炭化和高溫水蒸氣活化制取,并經仔細酸洗除雜質而成,化學法活化的活性炭產品,一是殘留的化學劑不易洗凈,二是由于活化溫度較低,炭中殘留未完全炭化的有機高聚物,一旦藥物偏堿性,則該類成分溶解的可能性加大,還是慎用為佳。

四、激素

1.胰島素

活性炭可用于胰島素的提純。將初步凈化過的胰島素溶液調節酸度至pH=2.5,之后用活性炭處理12h,過濾,用水洗滌活性炭濾餅。然后用含5%乙酸的60%乙醇溶液處理,洗脫去除雜質。之后,活性炭濾餅于室溫下用含12%苯甲酸的60%乙醇溶液浸提數小時,以洗提其中被吸附的胰島素。濾液中的乙醇用蒸發方法除去,再以乙醚萃取濃縮液中的苯甲酸。而溶液中尚留有的少量乙醚采用蒸發方法除去。zui后獲得胰島素結晶體。

2.腎上腺皮質激素

在制備腎上腺皮質激素過程中,活性炭主要用于吸附該激素。用丙酮提取腎上腺并于35~45℃真空下除去丙酮后,使用氫氧化鈉調節pH值至7,然后加入活性炭。為了除去活性炭上存在的其他雜質,使用稀堿液來洗滌去除含酚基雜質,乙醇洗滌去除類酯化合物,之后用鹽酸來洗提腎上腺激素。

有報道顯示,在動物切除掉腎上腺之后,通過喂食吸附有腎上腺皮質激素的活性炭,由于激素能夠在腸胃中被洗提下來,從而可以保持動物正常的健康狀況。

3.雌激素

環境雌激素由于對水生生物的生長影響重大,逐漸成為了學者關注的焦點?;钚蕴渴侨コ协h境雌激素的有效措施。采用顆?;钚蕴?,可以快速高 效地吸附水中的雌激素,去除率可達80%以上。但是由于活性炭選擇吸附性相對較差,所以對于污水中的雌激素吸附容量會降低,疏水性是影響活性炭在液相中吸附性能重要的因素。

4.垂體后葉催產激素

將垂體后葉粉的提取液調節PH值至11,然后用白士去除雜質,之后使用活性炭吸附溶液中的活性成分,再用乙酸提取該激素,就可以實現垂體后催產激素的富集。

  1. 外用

活性炭具有除臭和防腐的作用,當傷口使用石膏模型或者是繃帶的時候很容易發生臭膿,通過在石膏中摻加5%~12%的活性炭可以消除這種臭味。粉狀活性炭通常被封入布袋制作成為繃帶,用于化膿、潰瘍等傷口或者是其他分泌物傷口的臨床治療中。在該類活性炭的使用過程中,由于鹽分會改變石膏的凝固性質,所以活性炭需要不含鹽分。

目前將粉狀活性炭與不影響吸附性能的膠料涂在布上成為活性炭布的技術已很成熟,所以,利用這活性炭布包在石膏模料外面就可以防止令人厭惡的臭味。也可以將活性炭布做出各種適合人體形態的外套,將傷口化膿正在治療的部位像穿衣褲一樣完全套起來,則效果更佳。外科病房中在發出惡臭病員的周圍,也可采用抽風機將周圍臭氣吸出通過一個顆?;钚蕴扛?,臭味即被活性炭吸附,出風無臭。尤其是現今病房往往啟用空調,無法開窗的情況下更顯其重要性。

2.內服

明代時期,我國就開始利用木炭治療胃腸道疾??;20世紀,活性炭逐漸取代木炭?;钚蕴吭谂R床醫療中的應用主要有口服清除藥物中毒、血液灌流治療嚴重中毒、腸胃灌洗促毒物排出以及輔助進行惡性腫瘤的手術等。

(1)口服清除藥物中毒 洗胃是搶救中毒的主要手段而被廣泛使用。但是美國臨床獨立醫學會指出,洗胃不應該作為中毒治療的常規方法。研究表明,洗胃對于清除毒物的差別較大,并且隨時間消失;同時對于過量服藥患者的臨床治療也并無有益效果,還會產生嚴重的并發癥風險。隨著催吐和洗胃的負面報告和詢證研究,口服活性炭成為減少毒物吸收的有效手段。研究表明、面對中毒指征,盡快服用活性炭,在服毒的30~60min后服用活性炭其可集合45%~60%的毒素;每服毒1g應使用活性炭10g進行吸收。單劑量活性炭的治療一般沒有不良反應,此外還可以多劑量服用活性炭。

(2)血液灌流治療嚴重中毒 血液灌流是公認的治療藥物中毒、挽救生命的有效方法,主要是通過灌流液中的吸附劑的吸附作用清除溶解于血液中的毒物。常用的吸附劑主要有樹脂和活性炭?;钚蕴繉o畸形、疏水性分子吸附能力強,而樹脂對親脂性和帶有疏水基團的物質吸附性強。

(3)腸胃灌洗促進毒物排出 活性炭用于腸胃灌洗的機制主要是利用活性的吸附作用來清除毒物,同時沒有肝腎功能和造血功能的損失,尤其適用于安眠藥類中毒的清除。與傳統洗胃術相比,更有利于去除毒物、阻止毒物吸收,從而減少毒物對重要器官的損害,防止并發癥的發生。有報道顯示,采用活性炭腸胃灌洗,按照服藥量1:1的劑量給予活性炭,之后用250mL.20%的甘露醇進行導泄。

(4)輔助進行惡性腫瘤手術和介入治療 活性炭具有良好的淋巴趨向性和吸附性,吸附抗癌藥物,實現緩釋功能?;钚蕴课娇拱┧幬?,不僅能夠定向分布于淋巴周圍長時間維持較高濃度,還能夠將淋巴結染黑指導淋巴結清楚手術。由于活性炭具有淋巴趨向性、緩釋性和局部滯留性,毒副作用小,臨床應用前景逐漸廣闊。動物實驗表明,活性炭吸附不同的抗癌藥物,比如阿柔比星、絲裂霉素、博來霉素等,其毒性遠小于抗癌藥物水溶液劑型。

隨著技術的進步和研究的深入,活性炭新的臨床應用也逐漸增多,比如全麻手術中采用活性炭在緊閉環路中過濾用以吸附多余滯留的麻醉氣體、用于肝臟腎臟障礙治療以及癌癥跟蹤治療等。

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