快速药物分析测试平台建立及其成效

崔庆新， 李岩君， 陶 瑾， 宁 信， 彭佳敏， 徐 召， 胡 宁

(1. 南开大学 药学院, 天津 300071; 2. 南开大学 实验室设备处， 天津 300071)

快速药物分析测试平台建立及其成效

崔庆新1， 李岩君1， 陶 瑾1， 宁 信1， 彭佳敏1， 徐 召2， 胡 宁2

(1. 南开大学 药学院, 天津 300071; 2. 南开大学 实验室设备处， 天津 300071)

结合学科特点，将已有的药物分析测试仪器进行整合，并对现有仪器的潜在功能进行了开发，建立了基于“快速反应，快速分析，快速制备”简称“3R”的药物分析测试平台，使其不仅具有科学研究和提供测试服务的功能，而且成为学校培养高素质生物医药人才的重要基地。对平台建立之后的人才培养、仪器开放效益和对科研支撑的成效进行了统计分析，并对药物分析测试平台的规划进行了展望。

药物分析； 测试平台； 快速分析； 快速制备

2011年6月南开大学新的大型仪器管理系统开始试运行,该系统集信息化、网络化、自动化管理于一体,实现对平台仪器实时在线管理,极大地提高了仪器管理的效率和仪器共享的利用率[1]。随着大量专业化强、价格昂贵、维护费用高的大型仪器设备进入药学院,仪器管理和使用中存在的问题也更加突出[2]。主要表现在:一是仪器放置过于分散,不利于有效的集中利用[3]；二是高精尖仪器设备的功能开发不足,难以在科研和生产中发挥关键作用,收益很低[4]。因此,如何加强药学院的仪器管理,充分发挥其优质资源作用,不仅是实现资源共享和提高使用效益的问题,而是关系到如何将药学院的仪器资源进行有机整合、支撑科技创新和成果转化的问题,是促进生物医药高层次人才培养的关键。

1 药物分析测试平台的建立历程

1.1 管理制度和SOP的建立与完善

“没有规矩,不成方圆”。良好的管理制度是测试平台能够健康运行的前提[5]。在教师的努力下,建立了《仪器平台管理人员守则》《大型仪器使用流程》《仪器平台收费标准》《仪器平台使用违规处理办法》等规章制度,保障测试平台能够有章可循,确保平台运行规范化、标准化、制度化。实验室安全也是平台工作的重中之重,我们建立了《实验室安全守则》和《仪器平台废弃物处理办法》,在学校和学院安全委员会的协助下,保障仪器平台的安全运行。尤为重要的是还建立了所有大型仪器的标准操作规程(SOP),简要地介绍了仪器的基本信息以及主要功能,详尽介绍了仪器操作规程和注意事项，以及用户文章发表情况。广大师生在SOP的指导下,能够快速地熟悉仪器的性能和应用范围,成效显著。我们将SOP做成了展板,放置在仪器室内,便于师生浏览和查阅,示例如图1所示。

图1 标准操作规程示例

1.2 仪器资源的整合

药学院仪器资源放置分散无序,按照仪器的体积和空闲的房屋来安排,师生反映在使用过程中,由于实验需要连续使用两台放置在不同楼宇或不同楼层的仪器,样品的物理化学性质无法保障,给实验造成误差。一些性质相同的仪器,对房间环境要求恒温、恒湿及消除噪声,但由于放置地点不同,造成仪器环境重复建设及能源浪费。因此,我们根据药学院仪器的性质和用途,将其归纳为综合分析室、光谱分析室、生物分析室、核磁共振室、液质联用室和液相色谱室。平台用户在一个房间内即可完成同类实验,在一个楼层即可完成一系列的分析测试,节约时间、提高效率、避免资源浪费。

1.3 优质资源提升

药学院仪器平台的核磁共振波谱仪作为重要的分析仪器,广泛应用于物理、化学、生物、药学、医学、环境、材料学等学科,几乎全年满负荷运行,但仍无法满足课题组的需求。秉承“持续创新”的原则,我们从缩短进样时间入手,为核磁共振波谱仪配备了自动换样器,当一个样品检测完成后就可以自动更换样品进行下一次检测,并按照预设的程序自动完成,不仅减轻了用户的体力劳动强度,而且按照预设的程序自动完成大量样品的高通量实验,节约了测样时间,受到用户的青睐,在一定程度上缓解了样品测试量过大的问题。

1.4 闲置资源开发

药学院液相色谱仪的可视化界面比较复杂,操作较繁琐,自定义较多,给用户操作带来不便,因此使用机时较少,长期处于闲置状态。仪器管理人员一直在寻找一条减少维护时间、增加运转效率的途径。经与仪器工程师及用户反复沟通,对常用的色谱方法进行了设定和优化,用户可通过工作站进行简洁化选择,极大提高了用户的舒适度。另外,仪器管理人员还亲自开发了从两种复杂的中药中同时分离鉴定活性成分的方法,分别发表在《实验技术与管理》和《实验室研究与探索》上,进一步提高了用户的认知度。自从2014年以来,药学院液相色谱仪的使用频率显著提高,闲置仪器充分发挥作用,变废为宝。

2 药物分析测试平台的特色

2.1 快速反应

在药物合成及有机合成方面,快速反应一直是研究者追求的目标,可提高工作效率、降低能源消耗。药学院综合分析室的微波反应仪将微波技术应用于有机合成反应,采用微波功率自动变频控制和非脉冲连续微波加热技术,通过高精度的非接触红外温度传感器实时监测和控制反应容器内的温度。在反应过程中,可进行冷凝回流、滴液和分水等操作,还可通过彩色液晶显示器实时观察反应容器内的反应变化(及时掌握反应情况,探索最佳反应条件)。采用此微波反应仪的反应速度比常规方法要加快数十甚至数千倍,并且能合成出常规方法难以生成的物质,正越来越广泛运用于材料、制药、化工及环境相关的领域。

2.2 快速分析

药物在合成之后的快速分析是实时反馈反应质量、进行下一步工作的前提。药学院色谱分析室的高效液相色谱仪配有二极管阵列检测器、示差折光检测器和荧光检测器等,可以满足绝大多数用户的使用需求。用户可将未知样品同时做多个备份,同时测定,确定最佳的检测方法,另外还可采用液质联用或者核磁共振的方法,对合成的化合物进行快速的定性分析,为下一步的工作提供理论依据。

2.3 快速制备

将药物从复杂的反应体系中快速制备出来一直是药学工作者的难题。药学院仪器平台为用户提出了采用中压液相色谱与半制备型或者制备型高效液相色谱相结合的方案,用户用中压液相色谱对反应产物进行初步分离,得到富集有目标产物的馏分，然后对馏分进行半制备型的高效液相分析,制备出目标化合物。与传统的硅胶柱分离方法相比,可以将分离时间缩短至原来的1/4。

2.4 “支撑科研,培养学生,服务社会”三位一体的运行模式

药学专业具有知识体系更新快、要求学生实践创新能力强的特点,因此,如何培养出符合现代大健康产业背景需求的创新型医药人才是我们需要首要考虑的问题之一；同时,作为当前热门的学科之一,药学专业同样存在着理论与实践相脱节的矛盾[6]。我们在学院的领导下,充分利用药学院的仪器资源,对药学专业的本科生和研究生进行仪器分析实践方面的培养,普遍提高了学生的实践创新能力。现在,京津冀地区对本药学院的学生的认可程度很高,很大的原因就是学生的动手能力强,仪器分析的眼界宽广,因此药学专业的就业率逐年提高。

3 药物分析测试平台的成效

3.1 用户和课题组的增长

自从2011年6月药物分析测试平台建立以来,前来测样的课题组和用户人数显著增加,如图2所示，现在已经由2011年的1个课题组增加到52个，用户从2011年的1人增加到220人。2011年用户是药学院内部用户,现在用户逐渐的从药学院到南开大学,甚至扩展到校外用户。到2016年为止,院内用户占68%,校内用户占26%,校外用户占6%，如图3所示。

图2 药学院仪器平台课题组数和用户总数变化情况

图3 2013—2015年平台用户的分布变化

3.2 收益的提高

随着参与药学院分析测试平台的课题组和用户的逐年增加,平台的测试收入也有显著的提高,2011年和2012年几乎没有测试收入,随着用户的快速增长,2013年收入14.1万元,到2015年提高到31.8万元,2016年至今已有17.5万元测试费入账。每月的平均收益已经从2013年的1.2万元提高到现在的2.9万元,如图4所示。科学、合理、规范的测试收费制度,在公开透明的基础上,保证了平台的运行支出和仪器维护维修支出。另外，在学校仪器管理平台储备了维修基金,仪器运行维护得到保障,提高了仪器的可靠性和稳定性,保证了仪器开放共享服务的质量。

3.3 对基金项目的贡献提高

药学院分析测试平台建立以来,所服务的科研项目逐年增加,从2013年的16项到2015年的51项,增长了2倍(2016年暂未统计),如图5所示。这表明,药物分析测试平台是众多科研项目的重要支撑平台,在科研项目的申请和完成过程中发挥着重要作用。

图4 2013—2015年平台收益的变化

图5 药学院仪器平台所服务的科研项目变化

4 结语

加强合作交流,实现真正意义上的资源共享、仪器共享以及信息共享,为学校和社会提供权威的测试结果是药学院分析测试平台建设的根本目标。针对目前各种进出口药物原料及中间体的发展迅猛[7-8],在药品研究、中试生产或产品评价中需要中间认可,或权威的第三方予以测量和评估,药品管理部门需要各种技术标准作为鉴定依据的现状[9-11]，药学院将积极研究药品的快速方法,并将检测方法标准化,为学校科研和社会需求提供必要的技术支撑。药物分析测试平台将本着“允公允能,日新月异”的精神,依托南开大学先进的科学仪器和科技团队人员,根据国家和产业发展的需求,对药物分析测试平台的发展进行规划和统筹,将一些技术和分析测试方法贡献于社会。

References)

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[3] 张炜,刘雁红,胡煜,等. 高校大型仪器管理存在的问题及对策研究[J]. 实验室科学,2009，12(2):169-171.

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Establishment of rapid pharmaceutical analysis test platform and its effectiveness

Cui Qingxin1, Li Yanjun1, Tao Jin1, Ning Xin1, Peng Jiamin1, Xu Zhao2, Hu Ning2

(1. College of Pharmacy, Nankai University，Tianjin 300071，China; 2. Laboratory Equipment Department，Nankai University，Tianjin 300071，China)

Combined with the characteristics of the discipline, the existing pharmaceutical analysis and testing instruments are integrated, and the potential functions of the current instruments are developed. The pharmaceutical analysis test platform with “Rapid reaction, rapid analysis and rapid preparation” called “3Rs” for short is established, which not only has the functions for scientific research and providing testing service, but also becomes an important base for cultivating biological and medical talents with high quality. After the establishment of the platform, the effectiveness of the talent cultivation, instrument opening benefit, and efficiency of research support are statistically analyzed, and the plan of the pharmaceutical analysis test platform is prospected.

pharmaceutical analysis; test platform; rapid analysis, rapid preparation

10.16791/j.cnki.sjg.2017.02.026

2016-08-26

国家自然科学基金资助项目 (81503214)；教育部高等学校仪器设备和优质资源共享系统项目( CERS-4-18)

崔庆新(1982—)，男，山东泰安，博士，实验师，主要研究方向为药物分析和仪器平台管理.

TQ460.7

A

1002-4956(2017)2-0097-04