药学学科

1.1学科背景

药学是连接健康科学和化学科学的医疗保健行业,它承担着确保药品的安全和有效使用的职责,药学主要研究药物的来源、炮制、性状、作用、分析、鉴定、调配、生产、保管和寻找(包括合成)新药等,传统的药学实验在开展时遇到问题主要包括:

(1)实验试剂管制药品,真实实验中无法开展:如药物化学中氰化物的检测,所用试剂氰化物为剧毒试剂且属于管制药品,一般的实验过程中,不具备实验环境进行开展实验;

(2)实验危险性高、难度大、消耗大:药学实验在开展时,通常需要用到蒸馏操作,易燃易爆品在蒸馏时,因操作不当会造成爆炸危险;

(3)实验周期长,实验室不具备实验环境:GMP实验中所用设备比较专业,以及受到场地和实习时间的限制,学生无法进行开展实验,导致在教学过程中,理论与实际操作结合困难。

随着计算机技术和信息技术的发展,结合高等教育信息化建设开展药学类专业实践教学改革是克服实践教学环节技术困难的一个重要途径。

1.2解决方案

北京润尼尔具有丰富的药学类虚拟仿真实验项目建设经验,采用三维仿真虚拟技术开发了药学类系列虚拟仿真实验资源。

合作的院校包括:首都医科大学、天津商业大学、南方医科大学、浙江工业大学、浙江中医药大学等。

北京润尼尔药学类虚拟仿真实验资源涵盖:有机化学、大学化学实验、生物化学与分子生物学、药物化学、药剂学、药理学、药物分析学、生物药剂学与药物动力学等9个方面,总计60多个实验。

1.3典型案例

1.3.1首都医科大学药学院

★1.3.1.1建设内容

2017年6月,我公司与首都医科大学药学院进行合作,开发了实验室制药实验以及GMP生产工艺虚拟仿真实验系统,该系列实验在设计时以学生的实验操作为出发点,紧密结合药学专业和行业发展的最新成果,并结合学校对生物化学与制药学专业人才的定位及培养计划,采用现代信息化手段研发了真实实验中条件不具备的高危、高消耗的实验室制药实验与GMP生产工艺虚拟仿真实验系统。其中合作开发的药学安全实验教学虚拟仿真项目被认定为2017年首批国家虚拟仿真实验教学项目。

实验室制药实验通过三维人物及场景模型、人物及设备动画、声音、文字等多媒体手段全程进行有指导性的学习。真实模拟制药的操作工艺过程,如TMP滴定实验中,学生扮演第三人称视角,在三维的实验场景中按照实验需要完成配置液体、过滤氧化物、检漏润洗、天平称量、标定等虚拟操作。通过开展实验,了解TMP滴定时的基本操作及流程。

GMP生产工艺虚拟仿真实验系统虚拟出实际实验中的压片机、配浆锅、制粒机、整粒机、万能粉碎机、振荡筛、可倾式反应锅、三维运动混合机、铝塑包装机、装盒机、裹包机、装箱机、码垛机等。

学生登陆虚拟仿真实验教学管理平台进入三维仿真实验教学系统,学生控制三维虚拟人物,以第一人称视角在场景中漫游和互动,按照实验步骤开展实验。练习模式中,学生通过三维人物及场景模型、人物及设备动画、声音、文字等多媒体手段全程进行有指导性的学习。真实模拟阿司匹林生产工艺,取阿司匹林、淀粉和枸橼酸置高效湿法制粒机中混合均匀,用淀粉浆制粒、干燥、压片、瓶内包装及外包装、制得等工艺流程。

★1.3.1.2建设效果

该系列实验作为化工与制药类的虚拟仿真资源的典型案例,是现代信息技术与实验教学项目的深度结合的一种尝试,在运用过程中,实际能达到效果如下:

1、解决化工与制药类传统实验课程的展现形式内容单一、作业过程抽象不直观、设计性内容缺乏等实际问题,丰富和拓展了化工与制药类实验教学的内容和范围。

2、学生通过该系列实验,可以系统的学习制药的工艺流程,由理论结合实际完成实验,对于理论知识又一个更全面的认识;

3、以立体的三维效果呈现,直观、生动的实验可调动学生参与实验教学的积极性与主动性,激发学生的学习兴趣和潜能,增强学生的创新能力。

图1 准备进入更换衣服操作

图2 搭建反应装置

图3 正在平视量筒

图4-GMP工艺流程生产线1

图5-GMP工艺流程生产线2

图6-GMP工艺流程生产线

1.4教学应用

本系列满足平时的实验教学的同时,还作为首都医科大学大学生实验技能竞赛软件支撑,通过举办药学实验技能大赛,让学生们崇尚科学,勇于实践,培养动手能力。适应深化教育改革,推进素质教育,同时提高学生的实际动手能力,使得同学们的学习观念从“要我学”转变成“我要学”。

2017年6月14日大学生竞赛在首都医科大学第二教学楼四层计算机实验室举行,参赛学生有2015级、2016级药学、临床药学专业共计70人。竞赛完全采取网络开放式虚拟仿真实验的形式进行。

2018年6月21日,首都医科大学再次举行大学生竞赛,延续2017年的形式,完全采用开放式虚拟仿真实验的形式进行。

通过该形式的竞赛,推进药学实验教学改革和实验教学建设,引导学院教师更加重视实验教学环节,为学生提供实验技能交流平台,激发学生对实验研究的兴趣,进一步提升学生的实验素养,检验实验教学改革和教学建设成果,推动综合性、设计性、创新性实验教学,推进本科药学人才的培养。

附录:药学虚拟仿真实验产品目录

化工制药实验类

阿司匹林原料药合成

EYPD-ASPLE V1.0

扑热息痛原料药合成

EYPD-PRXTE V1.0

车间设计,展示

EYPD-CJSJE V1.0

贝诺酯缓释片合成

EYPD-BNZHCE V1.0

药学-有机化学

强酸性脱保护试剂氯化氢/乙酸乙酯的脱保护基实验虚拟仿真实验

EYPD-QSTBHE V1.0

无水、无氧实验:2-甲基-2-己醇的制备虚拟仿真实验

EYPD-JJYCE V1.0

氯化氢高温制备苄酯虚拟仿真实验

EYPD-ZBBZE V1.0

多聚磷酸高温制备苄酯虚拟仿真实验

EYPD-DJLSE V1.0

强酸催化的Pictet-Spengler反应制备四氢咔啉羧酸衍生物虚拟仿真实验

EYPD-SQKLSSE V1.0

强酸性脱保护试剂氯化氢/乙酸乙酯的制备虚拟仿真实验

EYPD-YSQZB V1.0

甲氧苄啶(TMP)的非水滴定虚拟仿真实验

EYPD-FSDDE V1.0

乙酰水杨酸的制备和纯化虚拟仿真实验

EYPD-ZBASPLE V1.0

阿司匹林含量的测定(滴定)虚拟仿真实验  

EYPD-ASPLDDE V1.0

高沸点溶剂DMF的减压蒸馏虚拟仿真实验

EYPD-JYZLE V1.0

有毒、有味试剂吡啶的常压蒸馏虚拟仿真实验

EYPD-BDCYZLE V1.0

低沸点、易燃品乙醚蒸馏操作虚拟仿真实验

EYPD-YMZL V1.0

强酸性、强腐蚀性化学反应实验:酰氯法制备酰胺类化合物虚拟仿真实验

EYPD-XLFXAE V1.0

有机强酸(三氟醋酸)脱除保护基实验虚拟仿真实验

EYPD-SFCSE V1.0

混合有机强酸(三氟甲磺酸和三氟醋酸)脱除保护基实验虚拟仿真实验

EYPD-HHQSE V1.0

金属钠回流法制备无水四氢呋喃虚拟仿真实验

EYPD-NZBTHFE V1.0

强刺激强酸性酰化试剂草酰氯的制备实验虚拟仿真实验

EYPD-CXLZBE V1.0

药学-物理化学

阿司匹林燃烧热测定虚拟仿真实验

EYPD-ARSRE V1.0

CoCl2·6H2O脱水过程的差热分析虚拟仿真实验

EYPD-TSRCFXE V1.0

固体吸附剂硅胶比表面的测定虚拟仿真实验

EYPD-BBMCDE V1.0

电动势法测锌电池温度系数虚拟仿真实验

EYPD-RDSFE V1.0

硝酸钾积分溶解热的测定虚拟仿真实验

EYPD-RJRCDE V1.0

二元体系沸点组成相图的绘制虚拟仿真实验

EYPD-EYXXTE V1.0

纯溶剂饱和蒸气压的测定

EYPD-ZQYCD V1.0

药学-无机及分析化学

高温、高热药物分析方法:灰分的测定虚拟仿真实验

EYPD-HFCDE V1.0

贵重试剂葡聚糖凝胶脱盐实验虚拟仿真实验

EYPD-PJTNJE V1.0

强腐蚀性试剂溴的使用操作虚拟仿真实验

EYPD-YXSY V1.0

剧毒试剂氰化物的检测实验虚拟仿真实验 (古蔡法)

EYPD-GCQHWE V1.0

剧毒试剂氰化物的检测实验虚拟仿真实验 (三硝基苯酚锂法)

EYPD-SXJQHWE V1.0

剧毒试剂砷盐的检测实验虚拟仿真实验 (古蔡法)

EYPD-GCSYE V1.0

剧毒试剂砷盐的检测实验虚拟仿真实验 (Ag-DDC法)

EYPD-YSYCDE V1.0

过氧化氢的催化分解虚拟仿真实验

EYPD-FYHQE V1.0

药学-生物化学

超低温试剂液氮冻存细胞实验操作虚拟仿真实验

EYPD-YDXBE V1.0

PDE5酶抑制剂的计算机筛选虚拟仿真实验

EYPD-PCSXE V1.0

PDE5酶抑制剂与小分子药物对接设计实验虚拟仿真实验

EYPD-DJSJE V1.0

小分子药物与DNA对接设计实验虚拟仿真实验

EYPD-YWDNAE V1.0

药物体外抗血小板聚集活性测定虚拟仿真实验   

EYPD-TWKXXBE V1.0

药学-
实验室安全

剧毒试剂氰化物的性质及安全使用虚拟仿真实验

EYPD-QHWXZE V1.0

实验室火灾逃生虚拟仿真实验

EYPD-HZTSE V1.0

易爆化学反应实验:叠氮化物性质及安全使用虚拟仿真实验  

EYPD-DDHWE V1.0

药学检测仪器

紫外分光光度计虚拟仿真实验

EYPD-ZWFGE V1.0

红外光谱仪虚拟仿真实验

EYPD-HWFGE V1.0

核磁共振波谱仪虚拟仿真实验

EYPD-HCGZE V1.0

质谱测定虚拟仿真实验

EYPD-ZPCDE V1.0

高效液相色谱仪虚拟仿真实验

EYPD-GXYXE V1.0

GMP实验

GMP片剂生产粉碎过筛岗位虚拟仿真实验

EYPD-GMP-FSGSE V1.0

GMP片剂生产称量岗位虚拟仿真实验

EYPD-GMP-CLGWE V1.0

GMP片剂生产制粒岗位虚拟仿真实验

EYPD-GMP-ZLGWE V1.0

GMP片剂生产总混岗位虚拟仿真实验

EYPD-GMP-ZHGWE V1.0

GMP片剂生产压片岗位虚拟仿真实验(开发中)

EYPD-GMP-YAGWE V1.0

GMP片剂生产包衣岗位虚拟仿真实验(开发中)

EYPD-GMP-BYGWE V1.0

GMP片剂生产内包岗位虚拟仿真实验(开发中)

EYPD-GMP-NBGWE V1.0

GMP片剂生产外包岗位虚拟仿真实验(开发中)

EYPD-GMP-WBGWE V1.0

GMP片剂生产成品检验岗位虚拟仿真实验(开发中)

EYPD-GMP-CPJYE V1.0

GMP片剂生产产品放行岗位虚拟仿真实验(开发中)

EYPD-GMP-CPFXE V1.0

GMP厂区规划虚拟仿真实验

EYPD-GMP-CQGHE V1.0

GMP制药车间洁净区人员净化程序虚拟仿真实验

EYPD-GMP-RYJHE V1.0

GMP天然药物提取生产车间流程上的操作虚拟仿真实验

EYPD-GMP-YWTQE V1.0

GMP固体制剂生产车间流程上的操作虚拟仿真实验

EYPD-GMP-GTZJE V1.0