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化學(xué)制藥技術(shù)專業(yè)論文
化學(xué)制藥專業(yè)屬于化工制藥類，該專業(yè)主要是培養(yǎng)具有化學(xué)制藥基礎(chǔ)理論知識及實(shí)驗(yàn)技能、具有較強(qiáng)制藥工藝生產(chǎn)設(shè)計(jì)、操作和管理能力的高級應(yīng)用性人才。專以下是小編整理的化學(xué)制藥技術(shù)專業(yè)論文，歡迎閱讀。
化學(xué)制藥技術(shù)專業(yè)論文1：制藥專業(yè)生物化學(xué)教學(xué)模式的探討
前言
生物化學(xué)是研究生命物質(zhì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及這些物質(zhì)在體內(nèi)發(fā)生新陳代謝的過程和代謝變化與復(fù)雜生命現(xiàn)象之間關(guān)系的一門學(xué)科，是制藥各專業(yè)學(xué)生的主干基礎(chǔ)課程。生物化學(xué)在本科二年級上學(xué)期開設(shè)，是本科生接觸到的第一門重要的專業(yè)課。此時(shí)，學(xué)生已有一定的有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)，但尚未建立生命現(xiàn)象與其化學(xué)本質(zhì)的聯(lián)系，也缺乏建立生物大分子結(jié)構(gòu)、代謝和功能之間聯(lián)系的思維方式，而這些恰恰是生物化學(xué)課程的精髓。
生物化學(xué)是其它制藥相關(guān)課程的基礎(chǔ)，它涉及免疫學(xué)、病理學(xué)、藥理學(xué)、診斷學(xué)、分子生物學(xué)、生理學(xué)、臨床學(xué)科等一系列學(xué)科。近年來，免疫學(xué)、生理學(xué)、生物學(xué)、藥理學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的研究均深入到分子水平并應(yīng)用生物化學(xué)的理論和技術(shù)解決各學(xué)科的問題。結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行生物化學(xué)教學(xué)，為培養(yǎng)合格的制藥專業(yè)人才，滿足社會需求奠定良好基礎(chǔ)，是本課程的教學(xué)目標(biāo)。
傳統(tǒng)教學(xué)方法基本屬于教師講、學(xué)生聽，結(jié)果是大部分學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀態(tài)，學(xué)生掌握的知識要么是清楚的、零散的、分割的，要么是完全概念不清且混亂。如何幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)中存在的問題，提高學(xué)習(xí)效率和改善學(xué)習(xí)效果是困擾教師的一個(gè)難題。為此，在教學(xué)過程中，本教研室依照本專業(yè)教學(xué)培養(yǎng)方案設(shè)立的教學(xué)目標(biāo)本文由論文聯(lián)盟http://www.LWlm.COM收集整理，采取了把握生物化學(xué)課程核心、針對專業(yè)特點(diǎn)教學(xué)和點(diǎn)面結(jié)合融會貫通的基本策略實(shí)施教學(xué)，并輔以多媒體教學(xué)為主的多種教學(xué)方法。
一、整體把握課程核心問題，深入學(xué)習(xí)核心知識點(diǎn)
生物化學(xué)課程內(nèi)容大體分為兩個(gè)板塊，即闡述生物大分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能的靜態(tài)部分，和闡述生物大分子代謝和生物氧化過程的動態(tài)部分。生物化學(xué)的實(shí)質(zhì)是研究生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì)，它可以揭開我們身邊許多神奇生命現(xiàn)象的奧秘，因此容易激發(fā)學(xué)生的興趣。但對初學(xué)者而言，它又因引入了大量新而抽象的概念，而使人望而生畏。
課堂教學(xué)中，教師始終以糖、脂和蛋白質(zhì)等幾大類生物物質(zhì)在生命活動中的變化規(guī)律為主線，試圖讓學(xué)生從它們的基本組成和結(jié)構(gòu)、生物功能、合成和分解代謝過程、生物氧化和代謝關(guān)聯(lián)的角度由淺入深、循序漸進(jìn)的加以把握。
二、針對專業(yè)特點(diǎn)，突出本課程對制藥工程相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)地位
生物化學(xué)與分子生物學(xué)是現(xiàn)代藥學(xué)研究的基礎(chǔ)，它將對各類藥物的研究和生產(chǎn)如生物藥物、抗生素、合成藥物以及天然藥物產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。在授課時(shí)要改變單純從課程本身考慮的觀念，認(rèn)識到生物化學(xué)與藥學(xué)學(xué)科間的相互聯(lián)系、交叉和滲透的關(guān)系。
在教授教學(xué)大綱規(guī)定范圍內(nèi)知識的同時(shí)，教師可以積極引導(dǎo)學(xué)生全面認(rèn)識本課程在專業(yè)中的重要地位以及本專業(yè)的課程知識框架體系，使得學(xué)生在教與學(xué)的課堂互動中對專業(yè)產(chǎn)生濃厚的興趣。如教師在講解蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)這一部分課程時(shí)，以胰島素為例示范并對此內(nèi)容加以拓展。胰島素作為藥物的功效是治療血糖增高為表征的糖代謝失常癥，進(jìn)一步的簡單描述其藥理學(xué)機(jī)制，同時(shí)可以拓展其藥物劑型的新發(fā)展以及給患者帶來的方便，再引出藥物化學(xué)將要系統(tǒng)介紹高血糖癥的一系列藥物，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識相關(guān)藥物的制備途徑。如此，通過一種蛋白質(zhì)分子，循序漸進(jìn)的把學(xué)生從生物化學(xué)到帶到了藥理學(xué)、藥物化學(xué)、藥劑學(xué)和制藥工藝學(xué)等工科制藥專業(yè)的核心世界中，讓學(xué)生認(rèn)識到了具備扎實(shí)的生物化學(xué)基礎(chǔ)知識對藥物開發(fā)和臨床應(yīng)用的指導(dǎo)意義。這樣的教學(xué)實(shí)施策略，無疑大大增加了學(xué)生對生物化學(xué)課程學(xué)習(xí)的內(nèi)在源動力。
三、由點(diǎn)及面，融會貫通
作為基礎(chǔ)課程，生物化學(xué)知識點(diǎn)多且概念抽象、代謝途徑繁雜又相互關(guān)聯(lián)。死記硬背式的分割單一記憶往往會事倍功半，且容易遺忘。因此，引導(dǎo)學(xué)生對課程知識點(diǎn)的系統(tǒng)化和體系化是生物化學(xué)教學(xué)的重要方面。
如前所述，糖類，脂類，蛋白質(zhì)和核酸的化學(xué)及其代謝是生物化學(xué)課程的基本知識構(gòu)架，生物化學(xué)的核心是生物有機(jī)物質(zhì)的物質(zhì)代謝與能量代謝的關(guān)系。如學(xué)習(xí)糖生物化學(xué)部分，要在了解生物體內(nèi)糖種類基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)糖代謝，糖分解代謝主要為葡糖糖的酵解途徑和有氧氧化途徑，輔以其戊糖途徑和糖醛酸途徑，合成代謝包括糖異生途徑和糖原途徑。對于脂質(zhì)及代謝部分，先介紹脂類化學(xué)，包括分類和結(jié)構(gòu)以及生理功效，接下來講授脂類的分解和合成代謝，過程中闡述脂質(zhì)代謝病癥機(jī)制及相關(guān)治療藥物情況。講授中，教師要引導(dǎo)學(xué)生建立脂質(zhì)代謝、糖代謝、蛋白質(zhì)以及核酸代謝的關(guān)系。把握代謝途徑間的相互關(guān)聯(lián)、關(guān)鍵步驟和以ATP為參照的能量代謝規(guī)律。這樣，把單一分散的知識點(diǎn)放在一個(gè)層次清晰、脈絡(luò)分明、邏輯性強(qiáng)的知識框架中，同時(shí)從物質(zhì)和能量守恒的高度建立學(xué)生對生命物質(zhì)化學(xué)世界的頂層理念。如此，枯燥凌亂的知識點(diǎn)變成了規(guī)律性的知識網(wǎng)絡(luò)，也使學(xué)生在對生命世界產(chǎn)生濃厚興趣，進(jìn)一步地引發(fā)學(xué)生對本專業(yè)知識的強(qiáng)烈求知欲。
四、多種教學(xué)方法靈活施用
如前所述，生物化學(xué)理論性和抽象性較強(qiáng)，涉及學(xué)科廣泛，教學(xué)中宜采用多種教學(xué)方法，尤其是現(xiàn)代教育技術(shù)，使教學(xué)效果得到最佳呈現(xiàn)。
1.虛擬畫面式動態(tài)教學(xué)法
以動畫、視頻、音頻為基礎(chǔ)的講授法為主，提高課件質(zhì)量，全方位調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)效果。 比如可采用Flash詮釋DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯作用機(jī)制，效果比單純運(yùn)用文字描述更佳。
2.案例教學(xué)法
設(shè)計(jì)臨床案例，引發(fā)學(xué)生思索，調(diào)動積極性，發(fā)揮其學(xué)習(xí)的主觀能動性，改變了他們長期被動填鴨式的學(xué)習(xí)，取得較好的效果。 比如講授酶的抑制作用時(shí)，加入相關(guān)的致毒作用機(jī)制，加深理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。
3.基于問題的教學(xué)方法
在教師指導(dǎo)下、以學(xué)生為主體、以問題為基礎(chǔ)的小組討論式教學(xué)方法[2]可以使學(xué)生形成解決復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題的能力，并發(fā)展自主學(xué)習(xí)和終生學(xué)習(xí)的能力，同時(shí)能增進(jìn)師生之間和學(xué)生之間的交流。例如，在講授代謝總論這一部分時(shí)，讓學(xué)生討論饑餓狀態(tài)下機(jī)體能量供給的形式。水到渠成地，問題的.討論解決使得學(xué)生大大地深化了對糖類、脂類和蛋白質(zhì)三大物質(zhì)代謝的理解并更加明確三者之間的內(nèi)在聯(lián)系。
4.“框架式”教學(xué)
不同學(xué)科都有一個(gè)系統(tǒng)性、科學(xué)性的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，都由一定的知識結(jié)構(gòu)序列所組成，呈現(xiàn)出一定的帶有規(guī)律性的框架形式[3]�？蚣苁且环N有效的記憶結(jié)構(gòu)。如閔斯基（Minsky，1975） 所述，“在一般情形下，當(dāng)一個(gè)人遇到新情況時(shí)， 會從他腦海中的記憶結(jié)構(gòu)里去搜尋相關(guān)的信息�！�
在講授生物化學(xué)某些章節(jié)的過程中，教師可以按照一定的模式去提煉和消化教材中的核心內(nèi)容，將知識進(jìn)行歸納和綜合，形成具有一定邏輯性的知識框架，這樣學(xué)生便能更有效地對知識環(huán)節(jié)進(jìn)行整體把握。如講授真核生物基因表達(dá)調(diào)控，涉及到的知識點(diǎn)較多，且相互關(guān)聯(lián)程度較強(qiáng)，教師可以利用框架式教學(xué)進(jìn)行課堂內(nèi)容結(jié)構(gòu)構(gòu)建，從而深化學(xué)生對本部分內(nèi)容的理解記憶。
結(jié)語
在我國傳統(tǒng)教育中，教師的角色是傳道、授業(yè)和解惑。當(dāng)代大學(xué)教育的目的，更多的集中在使學(xué)生認(rèn)識到自己的個(gè)性所在并能夠激發(fā)其潛能，以及幫助學(xué)生發(fā)掘其興趣并點(diǎn)燃其對某一學(xué)科或領(lǐng)域的激情并為之努力。在教學(xué)中，教師不僅要讓學(xué)生獲得理論知識，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而使其具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。這對教師的存在提出了更高的要求，要改變傳統(tǒng)的“滿堂灌”課堂教學(xué)模式，不僅要“授人以漁”，還要使其對本專業(yè)產(chǎn)生濃厚的求知欲。
將藥學(xué)學(xué)科的理念帶入到制藥工程專業(yè)生物化學(xué)的教學(xué)中，從第一門基礎(chǔ)理論課程開始，便著眼培養(yǎng)學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)知、理解乃至濃厚的興趣，這種教學(xué)理念的踐行無疑促進(jìn)了本課程教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，也更加適用于工科專業(yè)課堂教學(xué)。
化學(xué)制藥技術(shù)專業(yè)論文2：制藥工程專業(yè)有機(jī)化學(xué)課程教學(xué)改革的研究與實(shí)踐
制藥工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是使培養(yǎng)出來的學(xué)生既具有一定的理論水平,又具備較強(qiáng)的專業(yè)技能,能夠適應(yīng)社會對高級制藥人才的需求。而有機(jī)化學(xué)作為制藥專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課,要為藥物化學(xué)、藥物合成、天然藥物化學(xué)、生物化學(xué)等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定必要的有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)。加強(qiáng)有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革,培養(yǎng)學(xué)生更好地掌握有機(jī)化學(xué)的基本理論、基本知識和基本技能,以適應(yīng)制藥工程專業(yè)對人才培養(yǎng)的需要具有重要意義。
一、選擇合適的教材和制定合理的教學(xué)大綱
教材是教學(xué)內(nèi)容的載體,是教與學(xué)雙方的主要依據(jù)。教學(xué)大綱是教師上課的基本指導(dǎo)依據(jù),要根據(jù)課程本身和專業(yè)特點(diǎn)合理制定教學(xué)大綱,并對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行必要的“增”、“刪”、“改”。
(一)“增” 增加一些與后續(xù)專業(yè)課聯(lián)系緊密的理論或?qū)嶒?yàn)內(nèi)容。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和幫助學(xué)生拓寬知識面,掌握后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)所必備的有機(jī)化學(xué)知識。
(二)“刪” 著力解決“拓寬知識面與減少課堂教學(xué)總學(xué)時(shí)”的矛盾。有機(jī)化學(xué)內(nèi)容多而雜,但制藥工程專業(yè)有機(jī)化學(xué)理論課只有85學(xué)時(shí),有必要適當(dāng)刪除一些與后續(xù)課程聯(lián)系不大的內(nèi)容。
(三)“改” 修改一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。以性質(zhì)驗(yàn)證為主的實(shí)驗(yàn),不利于學(xué)生的能力培養(yǎng),應(yīng)適當(dāng)減少,而增加一些探究性的、學(xué)生感興趣的實(shí)驗(yàn)。內(nèi)容安排從簡單的驗(yàn)證性的單元訓(xùn)練到組合式的綜合性設(shè)計(jì)訓(xùn)練演進(jìn),做到實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)的統(tǒng)一[2]。
二、改革教學(xué)內(nèi)容
(一)處理好“系統(tǒng)性與重點(diǎn)內(nèi)容”的關(guān)系。在保證有機(jī)化學(xué)課程體系的前提下,調(diào)整教材內(nèi)容和深度,重點(diǎn)突出與制藥專業(yè)緊密相關(guān)的內(nèi)容。根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo),專業(yè)特點(diǎn),在教學(xué)內(nèi)容選擇上凡與后續(xù)課程有關(guān)的內(nèi)容要詳講,要突出重點(diǎn)、難點(diǎn),詳略得當(dāng)。重點(diǎn)可放在一些沒有學(xué)過的反應(yīng)、有機(jī)物結(jié)構(gòu)推測、合成上,這樣既可以鞏固有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)知識,又可以培養(yǎng)學(xué)生利用有機(jī)化學(xué)知識進(jìn)行分析、推理、判斷和綜合的邏輯思維能力,為學(xué)習(xí)藥物的有機(jī)合成打下良好的基礎(chǔ)。由于藥物有無旋光性直接影響其生理活性和藥效,因此對映異構(gòu)是重點(diǎn),這部分內(nèi)容比較抽象,也是教學(xué)難點(diǎn)。胺、酰胺、雜環(huán)化合物、生物堿、萜類、甾族化合物等內(nèi)容都與后續(xù)課程密切相關(guān),要詳細(xì)講解。有效地利用有限的時(shí)間和精力,使其收到良好的教學(xué)效果。
(二)處理好“理論與應(yīng)用”之間的關(guān)系。注重理論闡述必須服務(wù)于知識應(yīng)用,如含氮有機(jī)化合物在機(jī)體代謝過程中的重要作用;手性藥物的構(gòu)型與生物活性;糖類、氨基酸與蛋白質(zhì)、脂類的生理作用等。在教學(xué)中要妥善解決好學(xué)時(shí)少與進(jìn)度快、內(nèi)容多的矛盾。在課程安排和課堂講授中力求做到把有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)、反應(yīng)、合成和在制藥上的應(yīng)用等知識體系由淺入深,由簡到繁講授。盡量為前沿課題開設(shè)一些窗口,以開闊學(xué)生的視野[3]。以多種形式將有機(jī)化學(xué)前沿課題與基礎(chǔ)理論結(jié)合起來,突出制藥工程專業(yè)的特色。
三、改革教學(xué)方法
改變單一的教學(xué)模式,促進(jìn)教學(xué)方法的更新,培養(yǎng)創(chuàng)新能力。有機(jī)化學(xué)教學(xué),不是要學(xué)生死記硬背諸多有機(jī)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途和制備方法,而是要讓學(xué)生掌握研究問題的方法和思維規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生敏捷、靈活、準(zhǔn)確、獨(dú)創(chuàng)、嚴(yán)密的良好思維品質(zhì),提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。改革純課堂講授的教學(xué)方法,培養(yǎng)基礎(chǔ)扎實(shí),知識面廣,有創(chuàng)新能力的現(xiàn)代化社會急需的創(chuàng)造型人才。結(jié)合本專業(yè)的教學(xué)實(shí)際,更新教學(xué)方法,把教學(xué)分成4個(gè)主要環(huán)節(jié),即:“讀、講、做、練”相結(jié)合的方式進(jìn)行。
(一)“讀” 注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)和綜合能力的培養(yǎng)。本科生起點(diǎn)較高,自學(xué)能力較強(qiáng),要指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材,預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí),逐步培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)習(xí)慣。
(二)“講” 注重學(xué)生好奇心和學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。如果按傳統(tǒng)的教學(xué)方法按部就班地講授,學(xué)生會感到枯燥和乏味,久而久之學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性會降低。教師應(yīng)以啟發(fā)、誘導(dǎo)、提問、釋疑等方式進(jìn)行教學(xué),使學(xué)生盡快明白和掌握教材中的重點(diǎn)、難點(diǎn)和關(guān)鍵。或者將各種邊緣學(xué)科的精彩內(nèi)容適當(dāng)引入教學(xué)中,提高學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣。
(三)“做” 注重學(xué)生創(chuàng)新能力和科研素質(zhì)的培養(yǎng)。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生動手能力、周密思考、仔細(xì)觀察、探索問題、學(xué)習(xí)興趣和科研能力方面具有重要作用,同時(shí)也是提高學(xué)生綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的`重要途徑。高度重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié),增設(shè)綜合性、研究性實(shí)驗(yàn),選擇與專業(yè)密切相關(guān)的基本操作進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練,通過做實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)和提高學(xué)生操作技能、動手能力、觀察能力和思維能力,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度。
(四)“練” 注重學(xué)生分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)。通過多種練習(xí)方式,課堂的邊講邊練,課后的作業(yè)練習(xí)等等。此外,開展討論、撰寫小論文、專題講座以及舉行知識競賽活動,靈活運(yùn)用各種方法,全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。
四、改革教學(xué)方式和手段
教學(xué)過程中應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容,適時(shí)地變換一些教學(xué)方式和手段,使學(xué)生感到新鮮、有趣。如講概念和事實(shí)時(shí),用講述法;講結(jié)構(gòu)和反應(yīng)時(shí),則可以用啟發(fā)式教學(xué)法或?qū)Ρ确ǖ�。靈活運(yùn)用教學(xué)法的同時(shí),適當(dāng)配合各種模型教具、投影、教學(xué)課件、錄像等,力求生動形象。如講到環(huán)己烷的構(gòu)象、雜環(huán)的結(jié)構(gòu)、單糖的空間結(jié)構(gòu)時(shí),可以采用模型配合教學(xué)。根據(jù)教材制作同步的教學(xué)課件,增加課堂上信息的提供量和教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)手段。學(xué)生能夠更加容易的理解、掌握新的知識,體現(xiàn)教學(xué)過程中教師與學(xué)生積極互動。多媒體教學(xué)將文、圖、聲、像、動畫各種因素有機(jī)組合在一起,把一些抽象的理論、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、虛幻的情景,跨越時(shí)間和空間,通過三維動畫、視頻圖像、虛擬現(xiàn)實(shí)等手段形象生動展現(xiàn)出來,使學(xué)生通過多種感官刺激全方位地獲取豐富的信息,充分調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性。引導(dǎo)學(xué)生充分利用互聯(lián)網(wǎng)上的有機(jī)化學(xué)資源,先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)活潑有趣的情境,讓學(xué)生感覺到自身對學(xué)習(xí)的深度參與,并能促進(jìn)復(fù)雜內(nèi)容的學(xué)習(xí)以及獨(dú)立思考能力的發(fā)展,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的真正熱情和興趣,提高教與學(xué)的效率。
化學(xué)制藥技術(shù)專業(yè)論文3：制藥過程單元操作的數(shù)值模擬研究進(jìn)展
制藥過程是指利用制藥設(shè)備，通過一系列單元操作和單元反應(yīng)將藥物從原材料制成成品的過程。描述整個(gè)制藥過程的參數(shù)繁多，只靠工程經(jīng)驗(yàn)的積累來達(dá)到控制制藥過程以保證藥品質(zhì)量的目的是不切實(shí)際的，目前最常用的方法是模型試驗(yàn)（中試、小試），但是模型試驗(yàn)成本較高、耗時(shí)久，而且對模型的放大很難做到和實(shí)際過程完全吻合，很多細(xì)節(jié)問題也無法深入研究。因此，將數(shù)值模擬技術(shù)用于制藥過程的研究能夠有效的解決這些問題。
1 數(shù)值模擬的概念
數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、化工、生物醫(yī)學(xué)、水利、能源等領(lǐng)域[1]。數(shù)值模擬的方法是指首先建立針對工程問題的物理及數(shù)學(xué)模型，然后采用有限元法、邊界元法、有限差分法等方法，通過質(zhì)量方程、運(yùn)動方程、能量方程等對模型進(jìn)行數(shù)值離散求解，整個(gè)過程采用數(shù)值模擬軟件完成，最終可直觀的呈現(xiàn)工藝過程的速度場、溫度場等變化，能夠?yàn)樵O(shè)備改進(jìn)和工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)。目前最常用的數(shù)值模擬軟件是ANSYS，ANSYS集成了計(jì)算流體力學(xué)CFD（computational fluid dynamics）的Fluent，CFX（computational fluid X），可以用于模擬固體、流體等的力學(xué)、熱量、質(zhì)量、磁場等等傳遞守恒計(jì)算。除此ANSYS之外，還有MATLAB、EDEM等數(shù)值模擬軟件。
2 數(shù)值模擬技術(shù)在制藥過程單元操作中的應(yīng)用
在制藥過程中，將物料的粉碎、輸送、加熱、混合和分離等一系列使物料發(fā)生預(yù)期的物理變化的操作稱為單元操作，近年來，數(shù)值模擬技術(shù)逐漸開始應(yīng)用于各種單元操作的研究。
2.1 粉碎與篩分
粉碎與篩分是制藥過程中的預(yù)處理單元，首先將固體原料適度的粉粹，再經(jīng)過篩分分級使粒徑均勻。
粉碎是指用機(jī)械方法將大塊固體物料制成適宜程度的碎塊或細(xì)粉的操作，粉碎方式可分為切、磨、氣（液）流沖擊等。粉碎方式的選擇通常按照原料的性質(zhì)，比如中藥草原料含纖維素，韌性較強(qiáng)，具有抵抗變形、吸收沖擊的能力，不易于粉碎，所以多選擇切的方式來粉碎，沈培玉等[2]基于CFD技術(shù)，應(yīng)用Fluent軟件，研究了葉輪葉片形狀、刀片偏角、葉輪轉(zhuǎn)速對流場的影響，并對切割粉碎區(qū)內(nèi)物料的壓力、運(yùn)動速度、剪切應(yīng)變率等性能參數(shù)進(jìn)行分析，得出轉(zhuǎn)子為直葉片式葉輪，刀片的偏轉(zhuǎn)角度為2°時(shí)產(chǎn)生的切割粉碎流場最有利于切割粉碎。塊狀非纖維物料可以通過采用磨或氣（液）流沖擊的粉碎方式以獲得更細(xì)的顆粒。王曉峰等[3]通過離散相模型對粉碎腔內(nèi)的氣、固兩相三維定常流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬的結(jié)果得到了粉碎過程中粉碎腔內(nèi)的速度、壓力和流線等特征，為超微粉碎設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論指導(dǎo)。李翔等[4]利用Fluent軟件對CXM型超細(xì)分級磨內(nèi)部的氣相流場進(jìn)行數(shù)值模擬，采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型及多重參考系MRF模型，分析了風(fēng)口環(huán)的結(jié)構(gòu)參數(shù)與設(shè)備操作參數(shù)對粉碎效果的影響。牛助農(nóng)[5]以現(xiàn)有的高壓水射流技術(shù)為基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新型的復(fù)合式水力超細(xì)粉碎裝置。利用FLUENT軟件對復(fù)合式水力超細(xì)粉碎裝置內(nèi)噴嘴至靶體處的水氣固三相流動進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明對加速管管徑進(jìn)行合理優(yōu)化、適當(dāng)增大工作壓力可提高粒子粉碎度。可以看出，對粉碎的數(shù)值模擬研究通常是建立氣（液）-固兩（三）相流模型，通過對速度場、壓力場的分析得出設(shè)備的最佳尺寸和結(jié)構(gòu)。
顆粒或粉末物料在篩分介質(zhì)的運(yùn)動狀態(tài)具有類似于流動的極為復(fù)雜的力學(xué)特性，為提高篩分機(jī)械的設(shè)計(jì)水平、提高效率、降低能耗，因此需要深入了解物料在篩面上的運(yùn)動狀態(tài)及透篩分規(guī)律。篩分的數(shù)值模擬是主要通過研究顆粒透篩率來找到最佳的工藝參數(shù)。汪曉華等[6]利用MATLAB軟件和離散元分析技術(shù)的PFC3D法，對平面圓篩機(jī)篩分過程進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明篩凈率在篩面傾角為5.5°時(shí)有最佳值，并且與回轉(zhuǎn)半徑、回轉(zhuǎn)速度成反比。李洪昌等[7]利用EDEM軟件，對振動篩分級過程進(jìn)行數(shù)值模擬，尋找振動篩的最佳工藝參數(shù)（振幅、頻率、振動方向角），并且試驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果總體趨勢基本吻合。
2.2 攪拌
攪拌是使物料混合均勻，或者加速傳熱傳質(zhì)的單元操作。在制藥過程的化學(xué)反應(yīng)、提取等工藝中廣泛應(yīng)用。攪拌的數(shù)值模擬研究主要是對攪拌器的物理參數(shù)（軸功率、轉(zhuǎn)速、介質(zhì)密度、黏度等）和幾何參數(shù)（槳葉數(shù)量、直徑、形狀等）進(jìn)行數(shù)值模擬，尋找最佳工藝方案。李*慶等[8]采用CFD技術(shù)，根據(jù)紅霉素的生產(chǎn)工藝、流體傳質(zhì)特性以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮混合傳質(zhì)效果和高效節(jié)能的要求設(shè)計(jì)出四套攪拌系統(tǒng)。對每套攪拌系統(tǒng)的流場、氣含率、容積氧傳質(zhì)系數(shù)、剪應(yīng)變和功耗進(jìn)行數(shù)值模擬分析，最終確定了最佳方案。張慶文等[9]采用CFD數(shù)值模擬對檸檬酸發(fā)酵攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，綜合考慮攪拌軸功率、流型、傳質(zhì)混合能力，并對其進(jìn)行了數(shù)值模擬及傳質(zhì)混合能力分析，確定方案的可靠性。
2.3 干燥
制藥生產(chǎn)中的干燥是指采用加熱方法，從濕物料中去除濕分（水或其他有機(jī)溶劑）的各種操作，常用的干燥方式有對流傳熱干燥（熱風(fēng)）、紅外輻射干燥、介電干燥、冷凍真空干燥等。數(shù)值模擬對干燥過程的既用于研究物料干燥的共性，也用于研究各種干燥設(shè)備的合理化設(shè)計(jì)。劉國紅等[10]基于Fick第二擴(kuò)散定律和Fourier定律，運(yùn)用有限差分法模擬了球狀含濕生物多孔材料內(nèi)部的傳質(zhì)傳熱過程，得到不同條件下的物料內(nèi)部溫度、濕度分布曲線，模擬結(jié)果表明：材料在干燥過程中各層水分蒸發(fā)速率由表層到中心逐漸降低，濕度呈現(xiàn)表低內(nèi)高的分布規(guī)律。并以胡蘿卜為材料進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果能夠較好吻合，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的可靠性。牟國良等[11]設(shè)計(jì)了一種紅外加熱板，運(yùn)用CFD軟件對該加熱裝置的二維流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，獲得熱風(fēng)加熱裝置內(nèi)部的氣流場和溫度場，模擬結(jié)果表明：在分流板和導(dǎo)熱板的共同作用下，加熱裝置內(nèi)部氣流分布比較均勻，氣流場的溫度梯度變化明顯，出口處溫度可以達(dá)到100℃，滿足工藝要求。陳紅意等[12]采用CFD軟件對干燥箱內(nèi)苜蓿草捆的不同放置方式與其溫度場和氣流場的關(guān)系進(jìn)行了數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明苜蓿草捆橫放干燥效果最好，入口風(fēng)速則是影響苜蓿干燥的主要原因之一，為干燥滾筒的優(yōu)化設(shè)計(jì)及提高效能提供指導(dǎo)意見。寧國鵬等[13]設(shè)計(jì)了滾筒式苜蓿干燥與莖葉分離設(shè)備，并利用CFD方法對設(shè)備內(nèi)部的空氣流場進(jìn)行了仿真模擬，模擬結(jié)果表明流場的風(fēng)速分布合理，不存在明顯的渦流現(xiàn)象，能夠滿足工藝要求。當(dāng)風(fēng)門開啟面積為（150×150）～（200×150）m2時(shí)達(dá)到最佳效果。
流化干燥，是將熱風(fēng)以適當(dāng)方向和速度吹入干燥設(shè)備中使物料懸浮流化，通過增大傳熱系數(shù)和傳熱面積的方式提高干燥效率的一種干燥技術(shù)。水銀杰等[14]用流體力學(xué)軟件Fluent對旋流干燥器內(nèi)部的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，研究表明干燥器內(nèi)氣流以切向氣速為主，氣流在干燥室內(nèi)主要做自下而上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，過程中切向速度和旋轉(zhuǎn)的'強(qiáng)度逐漸減小。因此，旋流干燥器過多的設(shè)置擋板意義不大。噴霧干燥是則將流化技術(shù)應(yīng)用于液態(tài)物料干燥的一種干燥方式，在制藥生產(chǎn)中廣泛采用，其數(shù)值模擬研究主要在最佳工藝參數(shù)的獲取、結(jié)塊和黏壁現(xiàn)象的解決等問題。Salem等[15]利用CFD模擬了鹽溶液在噴霧干燥過程中的含水量變化，研究各工藝參數(shù)對含水量的影響，結(jié)果表明進(jìn)液速度和霧化壓力對含水量有較大的影響。Sadripour等[16]利用CFD軟件研究了噴霧干燥工藝參數(shù)對物料黏壁的影響。結(jié)果表明，濃度高的溶液顆粒易聚集，增加了與器壁的撞擊率，因此可以降低進(jìn)液速度和物料濃度，以提高成品收率。王優(yōu)杰等[17]用CFD軟件對噴霧干燥儀進(jìn)行數(shù)值模擬，得到管路內(nèi)部流體的溫度場和速度場與干燥參數(shù)（進(jìn)風(fēng)風(fēng)量，進(jìn)風(fēng)溫度、霧化壓力）的關(guān)系，通過分析得出幾種噴霧干燥黏壁面現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。楊嘉寧等[18]分析了近年來計(jì)算流體力學(xué)在噴霧干燥中的應(yīng)用，認(rèn)為目前對噴霧干燥CFD模擬技術(shù)的研究主要集中在化工和食品行業(yè)，但是在藥品行業(yè)有較大發(fā)展前景。
數(shù)值模擬技術(shù)在一些特殊干燥方式，如冷凍干燥[19]、介電干燥[20]中也有應(yīng)用。
2.4 混合與成型
混合是指物料按比例混合實(shí)現(xiàn)配料均勻，但因?yàn)楣?固相混合機(jī)理較為簡單，關(guān)于混合的數(shù)值模擬研究主要集中在固-氣和固-液相混合。許多武等[21]應(yīng)用氣液雙流體模型，數(shù)值模擬了用于滅菌消毒的臭氧-水在射流器內(nèi)的混合過程，得到了喉管內(nèi)流場的參數(shù)分布，確定最優(yōu)喉管長度為：面積比m=2.25-6.25，喉管長度為L=（-0.38m+8.126）d。楊旭等[22]基于歐拉多流體模型對微型流化床脈沖射流微量進(jìn)樣器進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了不同噴口結(jié)構(gòu)和位置下的流動圖形及混合區(qū)濃度的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差曲線，為了驗(yàn)證了模擬結(jié)果的可靠性，同時(shí)采用高速攝像捕捉實(shí)驗(yàn)中顆粒流動軌跡。模擬結(jié)果表明：進(jìn)樣管彎角結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致脈沖進(jìn)樣載流氣的噴出方向與流化氣流相逆，導(dǎo)致顆粒堆積滯留，延長了混合時(shí)間，所以進(jìn)樣細(xì)管應(yīng)避免采用彎角噴口。
藥品的成型是指將粉末藥物制成丸、粒、片等形狀或者將藥物（固體或液體）灌封于一定形狀包裝材料內(nèi)的過程。因片劑使用量大，壓片過程存在問題多，所以對壓片過程的數(shù)值模擬是研究的重點(diǎn)。施昊韞等[23]以GZPK3037型高速旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)的強(qiáng)迫加料器為研究對象，采用試驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方式研究了強(qiáng)迫加料器不同葉輪轉(zhuǎn)速對壓片機(jī)充填性能的影響。數(shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。結(jié)論顯示：當(dāng)葉輪轉(zhuǎn)速為60r/min時(shí)，壓片效果最好。楊小娟等[24]通過數(shù)值模擬研究表明粉末顆粒的性狀、填充環(huán)境、加料器運(yùn)行參數(shù)的等都會影響壓片過程及片劑質(zhì)量。通過數(shù)值模擬研究粉末顆粒壓片過程能夠解釋某些實(shí)驗(yàn)中的復(fù)雜現(xiàn)象，為工藝過程改進(jìn)提供依據(jù)。
3 總結(jié)
目前，對單元操作的數(shù)值模擬的研究主要集中在化工行業(yè)和食品行業(yè)，對制藥過程的研究相對較少。要解決制藥過程中設(shè)備和工藝存的問題，需要科學(xué)原理的理論指導(dǎo)，因此將數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于制藥過程的研究，具有重大意義及廣闊前景。
數(shù)值模擬過程全部靠計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，可以解決制藥過程模型試驗(yàn)（中試、小試）投資大，工藝放大難等問題，并且通過對數(shù)學(xué)模型的求解能夠得出針對工程實(shí)際問題的科學(xué)解釋。但必須強(qiáng)調(diào)的是，數(shù)值模擬的物理模型建立者的水平，以及為簡化數(shù)學(xué)模型的計(jì)算而做的假設(shè)條件等都會導(dǎo)致數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際過程出現(xiàn)偏差甚至完全不符，因此，完整的研究應(yīng)該將理論模型的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果結(jié)合分析，在試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上驗(yàn)證和完善理論模型，這樣才能不斷地改進(jìn)和完善制藥設(shè)備及工藝，提高整體行業(yè)水平。
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