活性炭在制藥業(yè)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛,無(wú)論是化學(xué)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(yī)療制品或直接用于醫(yī)療藥品。
化學(xué)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(guó)產(chǎn)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(duì)硝基苯酚開(kāi)始,經(jīng)還原成對(duì)氨基苯酚,以乙酸?;梢宜岚被椒印:铣缮傻膿錈嵯⑼创制肥前祷疑?,必 須再溶于水經(jīng)活性炭脫色后重結(jié)晶。脫色時(shí)要加粗品質(zhì)量5%~10%的活性炭,大多數(shù)液相脫色時(shí)活性炭加量一般都不超過(guò)3%。
化學(xué)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(chǎn)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(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在實(shí)驗(yàn)室確定。有的脫色對(duì)象其有效成分價(jià)格昂貴,更應(yīng)考慮有效成分被炭吸附帶走,因此,炭的選擇更顯重要,因?yàn)橘|(zhì)優(yōu)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(zhì),可將維生素A從胡蘿卜素中分離出來(lái),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(guò)活性炭吸附柱過(guò)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(duì)維持人體正常的糖代謝具有重要的作用,也是抗神經(jīng)炎的因素。將酵母用水抽提,加入中性乙酸鉛使一些雜質(zhì)沉淀,過(guò)濾后濾液用氫氧化鋇處理使膠質(zhì)沉淀出來(lái),過(guò)量的氫氧化鋇用硫酸除去,溶液中的其他雜質(zhì)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(lái)洗滌硫胺素。近年來(lái)也合成了結(jié)構(gòu)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(duì)于維持神經(jīng)系統(tǒng)健康和腦機(jī)能的正常運(yùn)作有著重要的作用?;钚蕴繉?duì)維生素B3有著較強(qiáng)的吸附能力,吸附量可達(dá)100mg/g;同時(shí)也具備良好的緩釋性能,在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)藥物緩釋平穩(wěn),從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(qiáng)還原劑。工業(yè)上由山梨醇為原料制造,但粗品要經(jīng)活性炭脫色后再結(jié)晶。維生素C粗液的脫色是一個(gè)很重要的程序,說(shuō)它重要是因?yàn)榫S生素C太容易被氧化轉(zhuǎn)化成去氫抗壞血酸,降低成品的品質(zhì)。而這一轉(zhuǎn)化程度又往往與炭的類型關(guān)系密切,所以對(duì)炭的選擇就顯得特別關(guān)鍵,因活性炭本身是促使轉(zhuǎn)化的催化劑,例如含氮元素的炭具有很強(qiáng)的氧化能力,而只有含氧官能團(tuán)的炭才具有還原性。另外,脫色時(shí)介質(zhì)的氛圍也很關(guān)鍵,在溶液中脫色時(shí)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(zhì)也很關(guān)鍵,特別是含鐵要很低,zui好是100mg/kg以下。近年在開(kāi)發(fā)使用顆粒活性炭裝填吸附塔進(jìn)行連續(xù)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(lái)。
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(jī)溶劑中,能夠改善血液循環(huán)、促進(jìn)性激素分泌。維生素E存在于芝麻油中,在用活性發(fā)膠麻油進(jìn)行脫色處理的時(shí)候,會(huì)吸附部分維生素E。采用活性炭處理芝麻油時(shí),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(nèi)黃酶類輔基的組成部分,缺乏時(shí)會(huì)影響機(jī)體生物氧化和新陳代謝。應(yīng)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(lái)。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(zhì)正常代謝不可缺少的物質(zhì),維持人體生長(zhǎng)、發(fā)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(lái)證明其為維生素B6和維生素B5的混合物)。這個(gè)過(guò)程之所以獲得成功,是依賴于預(yù)先的幾個(gè)步驟。經(jīng)酸化的米糠提取液用白土來(lái)吸附維生素B1,濾液經(jīng)中和后加以蒸干,進(jìn)而用無(wú)水乙醇來(lái)萃取此固體干物質(zhì),萃取物利用水稀釋后使用活性炭來(lái)吸附其中的維生素H。zui后再用正丁醇或其他適當(dāng)?shù)娜軇⒒钚蕴可系木S生素H洗滌出來(lái)。
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(jī)溶劑洗提。
將青霉素菌種接種在滅菌的適當(dāng)肉汁培養(yǎng)基內(nèi),在無(wú)菌條件下經(jīng)70~80h的發(fā)酵,當(dāng)發(fā)酵完成后將肉汁過(guò)濾,此肉汁中含青霉素百萬(wàn)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(lái)吸附青霉素。此混合料攪拌10min后過(guò)濾,炭濾餅用適當(dāng)?shù)娜軇┫礈烨嗝顾?。洗滌時(shí),應(yīng)先將炭濾餅從濾機(jī)上取下,然后與溶劑混合攪拌20min過(guò)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(jī)溶劑中,例如乙酸乙酯、醇、醚、戊酸乙酯、環(huán)己烷、三氯甲烷等。將含有青霉素的有機(jī)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(jīng)與有機(jī)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(chǎn)中的過(guò)濾環(huán)節(jié)。使用活性炭過(guò)濾,能夠保證青霉素的透過(guò)率在50%以上,滿足生產(chǎn)要求。在生產(chǎn)過(guò)程中,活性炭粒度越小,過(guò)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(guò)濾后透光率>50%,同時(shí)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(guó)科學(xué)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(yǎng)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(shù)有機(jī)溶劑?;钚蕴吭阪溍咕纳a(chǎn)過(guò)程中主要起到脫色的作用。純凈的淡灰鏈絲菌接種在無(wú)菌培養(yǎng)基上,保持無(wú)菌條件下與空到脫色的作用。純凈的淡灰鏈絲菌接種在無(wú)菌培養(yǎng)基上,保持無(wú)菌條件下與空然后加入活性炭?;钚蕴康奶砑恿坑绊懨撋^(guò)程,應(yīng)該嚴(yán)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(chǎn)量。過(guò)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(zhì),然后用已經(jīng)酸化過(guò)的甲醇將鏈霉素從炭上洗滌下來(lái)(在酸性環(huán)境活性炭無(wú)法吸附鏈霉素)。將此洗滌液中和后嚴(yán)格控制條件,采用真空蒸發(fā)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(lái),炭上的鏈霉素用酸度調(diào)節(jié)到pH=2.5的稀丙酮洗滌出來(lái),經(jīng)濃縮析出純品。
三、去致熱原
凡不經(jīng)人和動(dòng)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(shí)溶液中的細(xì)菌形成了某種副產(chǎn)物,某些細(xì)菌還產(chǎn)生耐熱性的物質(zhì),這些物質(zhì)總稱為熱原(pyrogen)。當(dāng)注射液(針劑或大輸液)中含有熱原時(shí),注射到動(dòng)物體內(nèi)在15min~8h內(nèi)即發(fā)生一系列生理反應(yīng),其特征是發(fā)熱、發(fā)抖又伴隨著體溫降低,還可能發(fā)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(shè)計(jì)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(shù)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(tài)物完全濾去又要有滅菌要求。
當(dāng)加入右旋糖等藥物于經(jīng)過(guò)專門制備的水中時(shí),還能導(dǎo)入致熱原。因此不能采用蒸餾法凈化而必 須應(yīng)用活性炭吸附,然而有些藥物會(huì)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(dāng)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,顆粒活性炭是無(wú)效的,只有粉狀活性炭才適用。對(duì)此類活性炭,除了吸附性能外,很重要的會(huì)將雜質(zhì)帶入注射液中。也就是在炭的生產(chǎn)過(guò)程對(duì)炭本身的精制很重要,否則會(huì)將雜質(zhì)帶入注射液中。再者,此類炭應(yīng)選擇以木質(zhì)材料為原料,經(jīng)炭化和高溫水蒸氣活化制取,并經(jīng)仔細(xì)酸洗除雜質(zhì)而成,化學(xué)法活化的活性炭產(chǎn)品,一是殘留的化學(xué)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(jī)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(guò)的胰島素溶液調(diào)節(jié)酸度至pH=2.5,之后用活性炭處理12h,過(guò)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(zhì)。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(shù)小時(shí),以洗提其中被吸附的胰島素。濾液中的乙醇用蒸發(fā)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(fā)方法除去。zui后獲得胰島素結(jié)晶體。
2.腎上腺皮質(zhì)激素
在制備腎上腺皮質(zhì)激素過(guò)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(diào)節(jié)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(zhì),使用稀堿液來(lái)洗滌去除含酚基雜質(zhì),乙醇洗滌去除類酯化合物,之后用鹽酸來(lái)洗提腎上腺激素。
有報(bào)道顯示,在動(dòng)物切除掉腎上腺之后,通過(guò)喂食吸附有腎上腺皮質(zhì)激素的活性炭,由于激素能夠在腸胃中被洗提下來(lái),從而可以保持動(dòng)物正常的健康狀況。
3.雌激素
環(huán)境雌激素由于對(duì)水生生物的生長(zhǎng)影響重大,逐漸成為了學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)?;钚蕴渴侨コ协h(huán)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(dá)80%以上。但是由于活性炭選擇吸附性相對(duì)較差,所以對(duì)于污水中的雌激素吸附容量會(huì)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(chǎn)激素
將垂體后葉粉的提取液調(diào)節(jié)PH值至11,然后用白士去除雜質(zhì),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(shí)現(xiàn)垂體后催產(chǎn)激素的富集。
活性炭具有除臭和防腐的作用,當(dāng)傷口使用石膏模型或者是繃帶的時(shí)候很容易發(fā)生臭膿,通過(guò)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(guò)程中,由于鹽分會(huì)改變石膏的凝固性質(zhì),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(shù)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(tài)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(lái),則效果更佳。外科病房中在發(fā)出惡臭病員的周圍,也可采用抽風(fēng)機(jī)將周圍臭氣吸出通過(guò)一個(gè)顆粒活性炭缸,臭味即被活性炭吸附,出風(fēng)無(wú)臭。尤其是現(xiàn)今病房往往啟用空調(diào),無(wú)法開(kāi)窗的情況下更顯其重要性。
2.內(nèi)服
明代時(shí)期,我國(guó)就開(kāi)始利用木炭治療胃腸道疾病;20世紀(jì),活性炭逐漸取代木炭?;钚蕴吭谂R床醫(yī)療中的應(yīng)用主要有口服清除藥物中毒、血液灌流治療嚴(yán)重中毒、腸胃灌洗促毒物排出以及輔助進(jìn)行惡性腫瘤的手術(shù)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(guó)臨床獨(dú)立醫(yī)學(xué)會(huì)指出,洗胃不應(yīng)該作為中毒治療的常規(guī)方法。研究表明,洗胃對(duì)于清除毒物的差別較大,并且隨時(shí)間消失;同時(shí)對(duì)于過(guò)量服藥患者的臨床治療也并無(wú)有益效果,還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)。隨著催吐和洗胃的負(fù)面報(bào)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(duì)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(yīng)使用活性炭10g進(jìn)行吸收。單劑量活性炭的治療一般沒(méi)有不良反應(yīng),此外還可以多劑量服用活性炭。
(2)血液灌流治療嚴(yán)重中毒 血液灌流是公認(rèn)的治療藥物中毒、挽救生命的有效方法,主要是通過(guò)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(shù)脂和活性炭?;钚蕴繉?duì)無(wú)畸形、疏水性分子吸附能力強(qiáng),而樹(shù)脂對(duì)親脂性和帶有疏水基團(tuán)的物質(zhì)吸附性強(qiáng)。
(3)腸胃灌洗促進(jìn)毒物排出 活性炭用于腸胃灌洗的機(jī)制主要是利用活性的吸附作用來(lái)清除毒物,同時(shí)沒(méi)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(tǒng)洗胃術(shù)相比,更有利于去除毒物、阻止毒物吸收,從而減少毒物對(duì)重要器官的損害,防止并發(fā)癥的發(fā)生。有報(bào)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(jìn)行導(dǎo)泄。
(4)輔助進(jìn)行惡性腫瘤手術(shù)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(shí)現(xiàn)緩釋功能?;钚蕴课娇拱┧幬?,不僅能夠定向分布于淋巴周圍長(zhǎng)時(shí)間維持較高濃度,還能夠?qū)⒘馨徒Y(jié)染黑指導(dǎo)淋巴結(jié)清楚手術(shù)。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(yīng)用前景逐漸廣闊。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(lái)霉素等,其毒性遠(yuǎn)小于抗癌藥物水溶液劑型。
隨著技術(shù)的進(jìn)步和研究的深入,活性炭新的臨床應(yīng)用也逐漸增多,比如全麻手術(shù)中采用活性炭在緊閉環(huán)路中過(guò)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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