江蘇省植物藥深加工工程研究中心研究團隊連續在國際知名學術期刊Separation and Purification Technology（中科院1區，IF：8.6）上發表了系列重要研究成果，深入探討了膜分離技術在中藥活性成分（PhACs）分離中的獨特作用。

近日，以二維氧化石墨烯（GO）膜分離相似結構——苦參堿（MT）和氧化苦參堿（OMT）為研究內容，在線發表了題為Selective Separation of Structurally Similar Alkaloids by Graphene Oxide Membranes的最新研究成果。

生物堿是廣泛存在于傳統中草藥中的重要活性成分，主要來源于植物界的一類含氮堿性有機化合物。MT和OMT是苦參中的共存生物堿，具有相似的結構，但臨床應用不同。研究團隊采用不同氧化程度的GO膜探索了MT和OMT的分離機理。實驗結果表明，隨著GO氧化膜氧化程度的增加，MT的截留率從高于OMT變為低于OMT，這是因為MT和OMT的域分離機制由親水性轉變為靜電相互作用。此外，具有高氧化水平的GO膜表現出更好的分離穩定性。其中，GO-5膜在長期試驗和各種條件下均表現出穩定的性能。通過GO-5膜的二次分離，MT和OMT的分離因子幾乎提高了一倍，初步證明了氧化石墨烯膜在分離中藥相似小分子活性成分上的可行性。

圖1  GO膜選擇性分離MT和OMT示意圖

南京中醫藥大學為該論文的第一作者和通訊作者單位，碩士研究生崔嬌陽和博士研究生吳倩蓮為共同第一作者，朱華旭研究員和張悅講師為共同通訊作者。 

此前，團隊探索了商用納濾（NF）膜分離苦參堿（MT）和氧化苦參堿（OMT），發表了題為Role of Competitive Effect in the Separation Mechanism of Matrine and Oxymatrine using Commercial NF Membranes的研究成果。

中藥成分的復雜性極大地限制了膜技術在中藥制藥行業中的應用，探索選擇性和分離效果更好的膜技術具有重大意義。研究團隊選擇了4種商用NF膜（NT101、NT103、NF270和NF90），成功分離了苦參中的MT和OMT，并測試了這4種NF膜對MT和OMT的截留率，以評估其分離效率。結果表明，在空間位阻的影響下，使用的NF膜越致密（NF90和NT103），溶質越難以滲透。而對于NT101和NF270，進料溶液的pH值變化會顯著影響膜和溶質間的靜電和疏水效應，從而顯著影響截留率。此外，在二元混合物系統中，與膜具有較強相互作用的MT會優先吸附在膜上進行滲透，從而導致對OMT的排斥力更大，相關結論通過分子模擬獲得了很好的印證。 

圖2  單獨和混合溶液體系中MT和OMT的跨膜機制示意圖

南京中醫藥大學為該論文的第一作者和通訊作者單位，碩士研究生黃銘聰和韓秋雨為共同第一作者，朱華旭研究員和李博副教授為共同通訊作者。

嚴重的膜污染是制約膜技術規模化推廣應用的瓶頸問題，但是，對于中藥體系的膜污染和分子間相互作用研究仍處于起步階段，團隊針對這一難題，以中藥酚酸類成分為研究體系，發表了題為Insights into the Penetration of PhACs in TCM during Ultrafiltration: Effects of Fouling Mechanisms and Intermolecular Interactions的研究成果。

膜污染將對中藥PhACs的滲透分離產生較大影響，研究膜污染和PhACs之間的相互作用，包括污染機理和分子間相互作用，研究團隊將4種中藥PhACs（巴馬汀、小檗堿、梔子苷、原兒茶酸）和3種不同濃度的牛血清白蛋白（BSA）配制成模型溶液，應用Hermia模型分析了BSA的模型溶液引起的膜污染機理和膜污染對PhACs滲透情況的影響。結果表明，由于BSA和PhACs之間的相互作用不同，加入不同的PhACs后，BSA溶液的結垢模型發生了變化。例如，小檗堿的存在使污垢模型由濾餅過濾變為完全堵塞模型。不同的結垢模型和分子間相互作用最終導致PhACs的滲透率也不同。

圖3  BSA污染層與PhACs在膜表面相互作用示意圖

南京中醫藥大學為該論文的第一作者和通訊作者單位，碩士研究生張云為第一作者，朱華旭研究員和李博副教授為共同通訊作者。

上述研究獲得了國家自然科學基金（81773912，82274222，81873015，81673610，82004072，82274107）和科技部重點研發計劃（2022YFB3805000）、重點新藥創制計劃（2019ZX093001133）和陜西中醫藥大學秦藥特色資源研究與開發國家重點實驗室開放基金（SUCM-QM20204）等項目的資助。