摘 要：吉林大学生物国家级实验教学示范中心不断研发与改进实验技术与教具，探索前沿技术与实践教学的融合，通过将微流控技术应用于药学综合实验，并与高效液相色谱检测方法相对比实验，使学生对非接触电导检测法、芯片毛细管电泳、谱图分析处理等有更深的认识，了解前沿技术，拓展科研思路，取得较好地教学效果。
关键词：微流控装置 药物分析 对比实验
Application of Microfluidic Device in Comprehensive Experimental Teaching of Pharmacy
Yang Xuewei Teng Lesheng Meng Wei Zheng Yanru Liu Yan
School of Life Sciences, Jilin University;
Abstract：The national experimental teaching demonstration center of biology of Jilin University has continuously developed and improved experimental technology and teaching aids, explored the integration of cutting-edge technology and practical teaching. Through the application of microfluidic technology in pharmaceutical comprehensive experiments, and compared with high-performance liquid chromatography detection methods, students have deeper recognition of non-contact conductivity detection, chip capillary electrophoresis, spectrum analysis and processing, etc We should know and contact with advanced technology, expand scientific research ideas, and achieve better teaching results.
Keyword：microfluidic device; drug analysis; comparative experiment;
微流控技术是一种精确控制和操控微尺度流体的技术，具有实验成本低、使用范围广、分析效率高等优势[1]。近年来，随着微流控技术的不断发展，微流控技术越来越多的应用在天然药物筛选，药物活性研究，药物分析与检测等领域[2]。涉及的剂型包括有片剂、注射液、颗粒剂、胶囊等常规剂型。检测内容可以是单一主成分检测也可以是多成分的同时检测，应用范围也拓展到了药动学研究、手性药物检测、组织样本中的药物浓度检测、尿药浓度检测、血药浓度检测等方面[3]。
药物含量检测是药学综合实验中的重要组成部分，常采用高效液相色谱法、光谱法、滴定法等方法进行定量分析。其中高效液相色谱法是药物含量检测中比较常用的方法，具有高压、高效、高灵敏度、应用范围广、分析速度快的“三高一广一快”的特点[4]。但因仪器设备价格昂贵，普通高校教学时不能购置多台仪器设备，将1人一组或2人一组的实验变为5～10人一组的演示实验或观摩实验，未能切实锻炼学生的实践动手能力。如对乙酰氨基酚含量测定实验，因其药物原料易得、污染小、对照品价格低等因素，是各校药学相关专业药物含量检测的常规实验，一般高校在教学中无法满足多人同时操作；同时该实验耗时时间长，实验课程不好安排，无形中加大了教师工作量。
吉林大学生物国家级实验教学示范中心在实践教学中不断进行改革，将前沿技术与方法融入实践教学中，提高学生科研思维和实践动手能力[5]。经过近几年的探索与实践，已将微流控技术应用于实验教学中，自主研发改进教具，拓展原有实验项目，进行对比实验，加深学生对药物含量测定方法学的理解，开阔学生的科研视野，取得了较好的教学效果。
1 微流控分析实验装置的设计
微流控分析装置由高压电源、芯片和检测器组成。高压电源提供进样电压和分离电压[6]。芯片设有进样通道和分离通道，装置示意图如图1所示。电导检测器是较通用的监测器，适用于荷电成分的检测。采用非接触电导检测器，具有通用、灵敏、适用性强、重现性好等优点。
微流控芯片采用PMMA十字通道芯片，芯片可有限次重复使用和更换，通道尺寸可进行调整。高压电源、非接触电导检测器可与仪器厂家联系进行订制。
2 实验教学中的拓展应用
2.1 建立对乙酰氨基酚含量测定微流控分析方法
通过实验研究建立微流控测定对乙酰氨基酚含量的定量分析方法[7-8]，主要实验内容包含电泳缓冲液种类、成分比例、pH等对样品分离检测(噪音、拖尾因子、灵敏度和分离度)的影响；分离电压和进样时间等对样品分离检测(噪音、拖尾因子、灵敏度和分离度)的影响；对乙酰氨基酚片剂中添加剂对样品分离检测(噪音、拖尾因子、灵敏度和分离度)的影响等，并由此开展微量测定的方法学考查，包括准确度、精密度、专属性、检测限、定量限、线性范围和耐用性等，实验内容如表1所示。
表1 对乙酰氨基酚含量测定微流控分析实验结果
通过实验条件的摸索和实验方法的建立，形成一套可用于定量测定对乙酰氨基酚的微流控分析方法。此部分实验内容作为准备实验也可设计为开放性实验，使学生学习药物分析中定量测定方法建立的过程，掌握建立方法的技巧。
2.2 高效液相色谱法与微流控分析法对比实验的设计
药学综合实验中对乙酰氨基酚片的含量测定项目采取高效液相色谱法与微流控分析对比实验的方法。利用高效液相色谱法和微流控分析法分别进行标准曲线的建立和含量的测定实验，对比实验数据。含量测定方法的方法学验证实验采用微流控分析法，可大大缩短实验时间，使学生对准确度、精密度、专属性、检测限、定量限、线性、范围和耐用性等方法学验证内容有全面透彻的理解。具体实施时，以4～5人为一小组，独立完成实验内容，包括：高效液相色谱和微流控装置建立标准曲线及含量测定；用微流控装置进行方法学验证实验；完成实验报告；比较两种方法检测结果；分析谱图的峰型及成因；讨论方法学验证实验的意义；对影响实验结果的因素进行讨论分析。实验报告完成后组织学生进行讨论，对实验过程复盘，讨论分析技术对实验结果的影响以及新型技术开发的意义。
2.3 微流控装置在实验教学中的应用前景
2.3.1 在药学综合实验课程中的应用前景
随着实验教学不断深化改革，药学综合实验作为生物制药专业的必修实验课程，其内容形式也在不断变化。实验课程结构趋于综合实验化，即将药理实验和药物分析实验综合在一起，在一个实验项目中体现药物评价的完整流程[9-10]。综合实验项目的内容和实验时长的增加，需要在实验项目中适当引入新型药物分析技术，达到引进前沿技术和节省操作时间的目的。开发研究微流控装置在其他离子药物含量测定的实践教学项目中的应用，可在制药工程、药物制剂等专业的药学综合实验中应用，并推广至药剂学综合实验、生物化学实验等实践教学课程以及医学、药学等相关专业，扩大受益学生人数。
2.3.2 在开放性实验课程中的应用前景
本科生开放性实验教学中的药物分析相关项目主要以常规分析方法为主，先进技术引进本科生教学时由于仪器设备价格高，操作复杂而无法实现。微流控装置有使用范围广、分析效率高、试剂用量少等优点，适合在开放性实验教学中应用。可由学生根据实验对象性质对实验相关参数进行优化，4～5人一组，设计实验方案，开展实验，对实验过程和结果进行讨论分析，撰写实验报告。课题所在单位国家级实验教学示范中心具有较完善的实践教学平台和较先进的实验教学内容体系，为开放性实验项目的顺利实施提供实验和应用保障。校内各相关专业的本科生可选择对应的开放性实验项目，通过前期实验原理学习和实际动手操作，学习和掌握前沿技术，为进一步提高学生的科研能力，提升教学质量起到一定的促进作用。
2.4 微流控技术的应用对学生创新能力的培养
现阶段，学生的科研素质普遍增强，对新技术、新方法的认知能力也逐步提高，将前沿技术融入创新实践教学，有助于开拓学生科研思路，激发学生兴趣，开拓研究视野。为提升学生的创新能力，课题所在单位建立了产学研结合实践教育体系，并将“课外培养计划”6学分和“研究创新实验”2学分列入教学计划[11]。新技术的引用可以应用到研究创新实验当中，由学生查找文献资料、构思项目思路、自主设计，将自制或自主选择的药物作为实验对象，制订实验方案并实施。在完成创新实验项目的过程中，提升学生科研与技术开发能力，逐步强化学生创新创业能力、敬业精神和科学品质，达到培养适应创新型国家建设需要的高水平创新性人才的目标[12-13]。
3 结语
药学综合实验中的药物分析部分不仅是学生学习掌握药物分析课程理论知识的补充和强化，也是培养学生良好的科研素质、操作技能和创新思维的重要途径。以微流控芯片替代毛细管柱，通过连接高压电源和非接触电导检测器组装成微流控分析装置，具有实验成本低、使用范围广、分析效率高等优点。通过开发研究微流控装置在药物分析实验中的拓展应用，有效解决了目前教学中实验耗时长、试剂消耗量大、技术方法落后等问题。使学生对非接触电导检测法、芯片毛细管电泳、谱图分析处理等有更深的认识，接触前沿技术，拓展科研思路。该实验技术可推广至其他离子药物含量测定的实践教学项目并开发开放性实验项目，仪器设备和实验内容均有优化拓展的空间及广阔的应用前景。
参考文献
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