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| 內容簡介： |
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细胞膜色谱（CMC）技术是一项原创性的仿生色谱技术，为解决药物发现、临床精准用药和药品质量控制问题提供有效分析检测工具。在国家自然科学基金重大科研仪器设备研制专项和国家医学攻关产教融合创新平台项目的资助下，CMC技术已经实现了仪器化，并广泛应用于生物医药、临床检验、环境监测等领域。《细胞膜色谱技术与应用》简要叙述了CMC技术的原理、方法和分析仪，以案例方式重点介绍CMC技术及CMC分析仪的应用，包括配体-受体相互作用、药物先导化合物筛选、抗体药物分析、中药复杂体系分析、临床精准用药分析，以及挥发性致敏组分分析等。
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| 目錄：
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目录第一章 绪论1第一节 色谱理论 1第二节 色谱分析方法 3第三节 生物与人工智能技术 4第四节 细胞膜色谱的提出 6第二章 细胞膜色谱技术 8第一节 CMC仿生检测体系 8第二节 CMC-分析仪 10第三节 CMC-固定相 13第四节 CMC分析方法 16第三章 配体-受体相互作用分析 19第一节 配体-受体分析技术 19第二节 CMC技术用于KD值测定 21第三节 CMC技术用于药物-受体作用分析 26第四章 先导化合物的发现 31第一节 先导化合物的发现策略 31第二节 基于CMC技术的抗新冠病毒先导物筛选 33第五章 CMC技术用于抗体药物分析 40第一节 抗体药物分析方法发展现状 40第二节 CMC技术用于EGFR单克隆抗体的纯化 44第六章 植物活性组分筛选分析 48第一节 植物组分筛选技术 48第二节 草乌头中总生物碱活性组分分析 50第三节 紫草中抗类过敏活性组分分析 55第七章 中药药效物质分析 60第一节 中药药效物质分析方法概述 60第二节 细胞膜色谱法筛选细辛活性组分 62第八章 中药注射剂致敏组分分析 72第一节 中药注射剂质量控制问题 72第二节 丹参注射剂类过敏物 CMC 分析 73第九章 临床精准用药分析 85第一节 临床血药浓度监测 85第二节 血液中EGFR抑制剂的快速分析 86第三节 血液中非典型抗精神类药物高通量分析 94第四节 结论与展望 98第十章 挥发性致敏组分分析 99第一节 蒿属植物挥发性致敏物质 99第二节 黑沙蒿中挥发性致敏物分析 100第三节 蒿属植物区空气中致敏物分析 109参考文献 116附录 中英文对照 117
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第一章绪论 1906年，俄国植物学家M.S.Tswett在德国《植物学杂志》发表了他的研究成果，即介绍一种用吸附色谱技术分离植物色素的新方法，并*次称其为色谱法（chromatography）。从20世纪30年代起，美国的Pfundt进行类胡萝卜素研究；瑞士的Karrer应用色谱分离技术，从鱼肝油中分离出了维生素A；德国的Kuhn因利用吸附色谱分离得到，成功分离了维生素B？、胡萝卜素和叶黄素等；瑞士的Ruzicka利用色谱法从植物中成功分离得到一系列多烯类化合物。20世纪50年代起，色谱理论兴起促进了色谱分离技术的进步，20世纪70年代开始有商品化的色谱分析仪器出现，以及近年来出现的色谱-质谱联用技术和超高效色谱技术等。 100多年的色谱技术发展大致可分为色谱技术早期、色谱理论提出和色谱仪器兴起等几个主要阶段。 第一节色谱理论 20世纪50年代，英国生物化学家Martin和Synge发明分配色谱，提出塔板理论。1952年，Martin和Synge因此而获诺贝尔化学奖，奠定了色谱发展的理论基础。 一、分配平衡与塔板理论 （一）分配平衡 在色谱分离过程中，当温度一定时，认为组分在两相间的分配可以达到热力学平衡，此时组分在固定相中的浓度与在流动相中的浓度（C？）之比为一个常数，表示为： （1-1） 式中：K为平衡解离常数（equilibrium dissociation constant）。当色谱体系的固定相和流动相一定时，K值与固定相的保留特性的参数，K值恒，表明组分与固定相的作用性质各异，保留不同，则组分与固定相作用弱，易于进入流动相而先洗脱。不同组分由于化学性质，易于保留；反之，保留特性或不同的K值，从而可通过色谱方法进行分离。 色谱保留参数（retention parameter）反映了组分在色谱柱中的作用和分离特性。描述色谱特征的各保留参数，cotton gin由组分的分配的浓度与流出时间的作形成的*线，主要包括保留时间（retention time，t_R）和死时间（dead time，t_M）等。特别是提出了容量因子（capacity factor，k‘）的概念，并根据分配平衡定义的容量因子为：在一定温度下，组分在两相间的分配达到平衡时，其在两相中的绝对量之比。表示为： （1-2） 根据保留参数定义的容量因子为：组分在固定相中的净保留时间与死时间的比值。表示为： （1-3） 或 （1-4） 可见，容量因子与平衡解离常数间的关系为： （1-5） 式中：V？和V？分别表示柱内固定相和流动相所占的体积，φ=V？/V？称为色谱柱的相比，色谱柱体积一定时φ为常数。 （二）塔板理论 两色谱峰被分离的条件*先是它们有不同的K？值或k’值，但也与峰的形状和宽度有关。为了描述组分的分离度，引入理论塔板数（n）和塔板高度（plate height，H）的概念，并与柱长（column length，L）成正比。所以，柱的性能可表示为： （1-6） 理论塔板概念被广泛用来描述色谱柱的特性，性能良好的色谱柱，其理论塔板数极高，塔板高度值小，峰形窄而对称。 二、范氏方程 1956年，荷兰的Van Deemter提出了色谱塔板理论中的塔板高度（H）受三方面的因素影响，并给出与流动相线速（u）相关的经验表达式（1-7），称为范氏方程，同时总结出了通俗易懂的关系*线（图1-1）。 （1-7） 范氏方程中各参数均以不同方式影响色谱柱的塔板高度，造成色谱峰展宽，进而影响色谱柱效。 1.涡流扩散项（A）：A与固定相的粒度大小和均匀度有关，与流动相的性质无关。气相色谱（gas chromatography，GC）中使用空心毛细管柱（又称空心柱）时，由于无填充颗粒，A增加为零。 2.分子扩散项（B/u）：B/u与组分在柱中的浓度梯度和分子的扩散运动有关，增加流速有利于克服由B/u项引起的色谱峰展宽。气相色谱中，B/u项是色谱峰展宽的主要因素；而液相色谱中，由于液态分子的扩散运动较低，B/u项可以忽略不计。 3.传质阻力项（Cu）：Cu与固定相的液层厚度和柱中流动相的迁移速度有关。组分进入固定相和从固定相返回流动相均需要一定的时间，所以增加流速将会造成分子质量迁移速度的差异，而引起色谱峰展宽。液相色谱中，Cu项是色谱峰展宽的主要因素。 三、色谱过程理论 20世纪60年代，美国的Giddings研究了色谱峰展宽理论，并撰写了《色谱动力学》。1965年，Giddings*次提出了一种新分离方法，称为场流分离法（field-flow fractionation，FFF），其是一种适用于大分子、胶体和微粒的分离技术，并实现了仪器化。他1991年编撰了《统一分离科学》，创办了Journal of Separation of Science and Technology（《分离科学与技术杂志》）并担任执行主编。 四、计量置换保留机理 1983年，耿信笃与美国Fred E.Regnier合作，提出了反相高效液相色谱溶质计量置换保留模型（SDM-R）。2001年，耿信笃所著《现代分离科学理论导引》出版，2004年《计量置换理论及应用》出版，系统阐述了现代色谱分离科学的基础理论、实验方法和实际应用，计量置换保留机理对小分子化合物和生物蛋白质等的分离分析具有指导作用。 第二节色谱分析方法 1906年Tswett发明色谱技术，之后众多科学家广泛应用色谱方法，解决分离纯化的实际问题，在各自的研究领域都有所发现、有所发明并有所创造，取得了前所未有的成功，科学家不仅实现了自我价值，而且推动了行业巨大进步。同时，实验室使用的色谱分析装备也基本成型，尤其是基本明确了“液相色谱分析”的主要结构单元，即包括输液泵、进样器、色谱柱、收集器、检测器等。同时，以美国Waters公司为代表的一批科学仪器企业，敏锐意识到了色谱分析方法的商业价值，开始了色谱装备的研制与开发，提供了更多的选择，极大地推动了色谱分析方法的发展与进步。 一、柱层析色谱 由于组分经色谱柱分离后得到的色谱图绝大多数类似于正态分布*线，可用统计学的方法对理论塔板数定义为： （1-8） 这里μ和σ分别表示色谱峰的均值（mean）和标准差（standarddeviation）。在色谱流出*线上，任何一点的横坐标若用t表示，则t=μ时，*线*高点的纵坐标，即峰高h；而σ则是分离点的横坐标值，即σ=|t-μ|或者σ=|t-μ|，由此可见，μ值越大，色谱峰越越宽，表示组分在分离过程中扩散作用较强；σ值越小，色谱峰越高越窄，表示组分在分离过程中聚集作用较强。所以n值的大小可以反映色谱过程的总体聚集趋势和扩散程度，是色谱的重要参数。 在实际应用中可以用下式计算n值： （1-9） 因为：μ=t_R，W？/？=2.354σ，代入上式可以得到： （1-10） 又因为：W=4σ，还可以得到： （1-11） 其中，W？/？为色谱峰的半峰宽，W为峰底宽。 二、高效液相色谱 20世纪70年代，液相色谱仪器和固定相的改进与提高，商品化的液相色谱应运而生，1967年美国Waters公司推出一台高压液相色谱仪ALC-100。之后，高效液相色谱（high performance liquid chromatography，HPLC）分析仪器的商品化，成为现代色谱发展的重要标志。 与气相色谱法比较，HPLC法不受被测样品挥发性和热稳定性的限制，不仅适用于大部分的化学药物、天然药物与生物制药药物的分析检测，而且在食品和化工品领域也有广泛应用；另外，HPLC法中的流动相的选择范围较大，除了常用的甲醇-水体系和乙腈-水体系外，还可以利用外添加剂、酸碱等更有效地控制和改善分离条件，提高分离效率。高效液相色谱仪一般由输液泵、进样器、色谱柱、检测器及色谱工作站等组成。其中，色谱柱是分离的核心元件，种类也较多，如常用的ODS反相柱、离子交换柱、正相色谱柱和手性色谱柱等，可适应不同样本与被测物要求。HPLC法已在医药卫生、食品、环境和检验检测等学科领域中广泛应用。 三、液-质联用色谱 高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）技术，以液相色谱作为分离系统，质谱（mass spectrometry，MS）为检测系统。被测物在质谱检测系统与流动相分离，并离子化后，通过质量分析器将离子碎片按质荷比（m/z）分离，经检测器得到质谱图。与通常的高效液相色谱-紫外检测器（HPLC-UV）等相比，HPLC-MS技术利用了质谱的高选择性特点，一是进一步提升了对复杂样品中目标组分的选择性，二是降低了对HPLC分离的要求，较大地提升了分析的灵敏度。所以，其在微量或痕量分析中显示出极大的优势，在复杂体系、生物和环境分析等许多领域得到了广泛应用。 20世纪90年代，大气压离子化（atmospheric-pressure ionization，API）接口技术的成熟，促进了HPLC-MS方法的快速发展，并获得了极大普及。目前与HPLC联用的质谱仪有：四极杆质谱仪、四极杆离子阱质谱仪、飞行时间质谱仪和离子回旋共振质谱仪等。 四、超效液相色谱 20世纪80年代以后，色谱理论、技术和仪器日趋成熟，应用领域十分广泛。进入21世纪，在HPLC-MS技术之后，一种色谱固定相粒度小于5μm的微载体色谱柱出现，按照色谱塔板理论其分离效率应该提升，称为超高效液相色谱（ultra performance liquid chromatography，UPLC），是高效液相色谱技术的重要发展方向之一。UPLC技术确实提高了组分分离效率和灵敏度，但也极大增加了仪器系统的内压力和操控过程的难度。 第三节生物与人工智能技术 20世纪末生物工程技术（bio-technology）和人工智能（artificialintelligence，AI）技术日异步入，类进步的两大驱动技术之一，全球近年来个人已从发展时期，向AI时代迈进。一方面，从人类基因组计划开始，生物学与生物工程迅猛发展；另一方面，从AlphaGo Zero出现，人工智能从人类感知、认知、产生判断、产生工程应用发展。 生物技术和人工智能技术的发展，不但深远地影响着其他学科的发展与进步，并成为推动相关学科技术的基础和动力。 生物和人工智能技术也深刻影响着分析仪器科学的变革，推动着新型科学仪器的出现，将为医药学的新的发展提供全新的视角和分析工具。 一、生物技术 1985年，美国提出“人类基因组计划（Human Genome Project，HGP）”，这是一项跨国跨学科的宏大科学探索工程，1990年正式启动，美国、英国、法国、德国、日本和中国科学家共同参与了这一计划。2001年人类基因组草图绘制完成，成为20世纪与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划并列的三大技术及科学工程之一，是人类科学发展史上的重大里程碑事件。人类基因组计划直接推动了生物技术及生物学的跨世纪巨大发展，尤其是分子生物学、细胞生物学、结构生物学和生物工程学的迅猛发展，使21世纪成为了生物世纪，为人类健康做出的贡献就是生物技术药物的基因应用，以及为了实现对治目标，创造和改造了多种医学检测仪器，它们已经成为解决生命科学的基本应用，为了实现对治目标，创造和改造了多种医学检测仪器，它们已经成为解决生命科学问题的“利器”，这是生物技术发展的标志性事件。生物技术与生物发展不仅提供了新时代科学发展的范例和范式，而且成为医学发展的新的推动力。<
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