溶液前聚体成核机理、模型与多晶型应用研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21676179
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

It is of fundamental importance to control the crystal nucleation process precisely from solution crystallization for the creation and development of polymorphic crystalline materials with desired physical properties. However, the mechanism of polymorph nucleation process has not yet been fully understood, and the underlying theory based on the Classical Nucleation Theory (CNT) is still of great limited use. Therefore a complete understanding of the basis of the polymorph nucleation mechanism is urgently needed. Since there exhibit internal relationships between solution-state pre-nucleation associates and the solid-state structure of nucleated crystals, which has already been suggested by the researches on crystal engineering, two model compounds, the organic-soluble tolfenamic acid (TFA) and the aqueous-soluble methionine (MET) are selected in this project. The in situ spectroscopy techniques (ATR-FTIR, NMR, Raman, etc.) and analysis models, in conjunction with quantum mechanics methods and molecular simulation (the fist-principle treatments, density functional theory, etc.), are applied and developed to investigate the structures of pre-nucleation associates as well as the crystal nuclei of TFA and MET in organic and aqueous solutions, respectively. On the basis of the relationship between solution associates and nucleated structures of crystals, the molecular self-assemble pathways of polymorphic crystalline nucleation and the evolvement rule of crystal structure during the liquid-solid phase transition processes are revealed, and the nucleation mechanism of polymorphs is explored at the same time. The influences of external variables, which include out-field conditions, solvents, temperatures, and concentrations, as well as the templates on the structures of solution associates, are studied further, and consequently a new mathematical model for the description of the nucleation rate of polymorphs could be proposed. It can at least be used for the estimation of a range of possible nucleation rates by using those conditions occurring. At last, from the research discoveries in the current project, especially the nucleation mechanism of solution associates and the kinetic model of nucleation rate, a method based upon process modeling at the molecular scale will be developed to apply for the optimal control of the nucleation process of polymorphs, as well as that, the prediction of crystal structure could be achieved. In this way, theoretical guidelines will be obtained about the strategies for rational design of pharmaceutical polymorphs and reproducible preparations of crystalline materials.
溶液结晶成核过程的精准调控对于制备特定性能的多晶型材料至关重要,然而,目前有关多晶型成核的机理仍不清晰,传统的经典成核理论存在诸多局限。晶体工程学研究表明,晶体形成与溶液前聚体有关。本项目拟以溶于有机溶剂的托灭酸和水溶性的蛋氨酸为研究模型,开发原位在线的光谱学测定技术(ATR-FTIR,NMR,Raman等)和分析模型,结合量子力学和分子模拟方法,研究托灭酸在有机溶液和蛋氨酸在水溶液中的前聚体结构和晶核结构,揭示多晶型物质晶体成核的分子自组装机制和晶体结构演变规律,探讨多晶型成核机理;进一步研究外场条件、溶剂、温度、浓度及模板剂等对溶液前聚体的影响,构建多晶型成核动力学模型;基于溶液前聚体的成核机理与成核动力学模型,被用以开发分子尺度的过程模拟技术,应用于多晶型成核过程优化控制和晶体结构预测,提出药物多晶型的理性设计策略和晶体材料可控制备的理论指导方案。

结项摘要

现代制药行业不仅对原料药的化学纯度还对其晶体的物理(晶型)纯度进行了严苛的规定和要求,药物晶型的纯度会直接影响到药物的生物利用度、储存和药效。溶液结晶是晶型药物生产制造的主要手段,晶体成核作为溶液结晶过程的首要步骤,决定了药物多晶型的形成,其精准控制至关重要。然而,目前由于晶体成核的机理仍不完善,传统经典成核理论存在诸多局限,致使成核过程难以控制,高效晶型的精准制备仍难以实现。晶体工程学研究表明,晶核的形成与溶液前聚体有关,但是两者的关联仍不清晰。.本项目从多晶型成核的基础与应用研究两个维度,重点探讨溶液前聚体与成核多晶型之间的结构关联,补充和发展晶体成核理论,开发多晶型调控方法,实现药物多晶型的精准可控制备。项目选用了一系列羧酸类化合物包括非甾体抗炎药物托灭酸、苯甲酸、蛋氨酸等为模型物质,旨在构建溶液前聚体的定性和定量表征方法,探索溶液前聚体与成核晶体结构的普遍内在关联规律,利用全反射溶液红外(ATR-FTIR)和一维/二维核磁(NMR)等先进光谱分析技术,结合DFT量化理论计算,成功构建了溶液前聚体结构与性质的定性定量方法,揭示了溶液前聚体形成的本质;即由溶质-溶剂和溶质-溶质相互作用的竞争与协同共同决定;深入研究了溶液前聚体自组装与晶体介尺度成核机理,发现了前聚体自组装取决于分子间相互作用力的层级性,阐明了溶液前聚体与成核晶型结构基元的内在关联性,提出了基于短程有序长程无序溶液前聚体组装与重组的多步成核机理,补充和发展了经典成核理论;研究设计了一系列可溶性小分子添加剂和固相模板剂对溶液前聚体与晶体成核的调控规律,阐释了这些模板剂对前聚体形成和多晶型成核的不同作用机制,即主体嵌入和表面调控,实现了药物多晶型的精准制备。相关基础研究成果成功开发了“一种制备球形硫酸氢氯吡格雷晶型I的方法”专利技术,产品晶型稳定控制在介稳纯晶型I,显著提高了药物的溶解度和生物利用度,获得了2019 年中国专利金奖。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(6)
Self-Induced Nucleation During the Antisolvent Crystallization Process of Candesartan Cilexetil
坎地沙坦西酯反溶剂结晶过程中的自诱导成核
  • DOI:
    10.1021/acs.cgd.8b01466
  • 发表时间:
    2018-12-01
  • 期刊:
    CRYSTAL GROWTH & DESIGN
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Gao, Zhenguo;Wu, Yang;Rohani, Sohrab
  • 通讯作者:
    Rohani, Sohrab
Novel Strategy to Control Polymorph Nucleation of Gamma Pyrazinamide by Preferred Intermolecular Interactions during Heterogeneous Nucleation
通过异相成核过程中优选的分子间相互作用控制γ吡嗪酰胺多晶型成核的新策略
  • DOI:
    10.1021/acs.cgd.8b00943
  • 发表时间:
    2018-07
  • 期刊:
    CRYSTAL GROWTH & DESIGN
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Zhang Keke;Xu Shijie;Liu Shiyuan;Tang Weiwei;Fu Xiaoyan;Gong Junbo
  • 通讯作者:
    Gong Junbo
Understanding the Role of Citric Acid on the Crystallization Pathways of Calcium Oxalate Hydrates
了解柠檬酸对草酸钙水合物结晶途径的作用
  • DOI:
    10.1021/acs.cgd.8b01305
  • 发表时间:
    2019-06-01
  • 期刊:
    CRYSTAL GROWTH & DESIGN
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Li, Si;Tang, Weiwei;Gong, Junbo
  • 通讯作者:
    Gong, Junbo
Persistent Self-Association of Solute Molecules in Solution
溶液中溶质分子的持续自缔合
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcb.7b07763
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Tang Weiwei;Mo Huaping;Zhang Mingtao;Parkin Sean;Gong Junbo;Wang Jingkang;Li Tonglei
  • 通讯作者:
    Li Tonglei
Nucleation behavior of ethyl vanillin: Balance between chemical potential difference and saturation temperature
乙基香兰素的成核行为:化学势差与饱和温度之间的平衡
  • DOI:
    10.1016/j.molliq.2020.112609
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MOLECULAR LIQUIDS
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Yang, Jing;Xu, Shijie;Gong, Junbo
  • 通讯作者:
    Gong, Junbo

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其他文献

基于时间窗互相关成像条件的GPR逆时偏移成像
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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等离子体法制备掺杂Ni碳材料的储氢性能
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    --
  • 发表时间:
    2013
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  • 发表时间:
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逆时偏移在探地雷达数据处理中的应用
  • DOI:
    --
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    --
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头孢地嗪钠溶剂化物结晶过程自催化动力学
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    张信伟;尹秋响;刘增坤;龚俊波
  • 通讯作者:
    龚俊波

其他文献

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龚俊波的其他基金

基于溶液前聚体的蛋白质晶体成核与生长理论研究
  • 批准号:
    22111530115
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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