原作者：聊城大學化學化工學院 劉敏，本賬号獲授權代為發布。

化學熱力學是物理化學和熱力學的一個分支學科，它主要研究物質系統在各種條件下的物理和化學變化中所伴随着的能量變化，從而對化學反應的方向和進行的程度做出準确的判斷。化學熱力學與我們息息相關，例如，生物進化是由單細胞向多細胞、從簡單到複雜、從低級向高級進化，也就是說向着更為有序、更為精确的方向進化，從化學熱力學角度解釋這是一個熵減的方向。因此，化學熱力學的研究方法可為化學、材料學、食品學、藥學、醫學、生命科學等多學科的交叉融合提供有力武器。接下來以化學熱力學在藥劑和食品領域的應用做一個簡單介紹。

一、化學熱力學在藥劑學領域的應用

爺爺每天要吃降高血壓的藥片，藥瓶标簽上寫着：0.1mg（毫克）×60片；醫生的藥方上寫着：每天3次，每次0.2mg。算一算，一瓶藥可以吃幾天？

這是一道簡單的計算題，也是大家吃藥時大夫叮囑的按時按量服藥。可大家想過0.1mg是指藥片的質量嗎？其實是指藥片中藥物活性成分（API）的質量。一粒藥中除了活性成分（如阿司匹林中的乙酰水楊酸）外，更多的是澱粉、糊精等輔料。輔料在制劑中起到填充劑、潤滑劑、增溶劑等作用。特别值得一提的是約三分之一以上的口服藥物為水難溶性藥物，為提高藥物的溶解度以利于人體吸收采取的策略之一為包合技術，即藥物分子被包封于另一種分子結構内形成包合物。常見的包封材料如環糊精、聚合物、蛋白、新型納米材料等。例如環糊精獨特的桶狀結構使其内部形成疏水性空腔，能包封一定大小和形狀的疏水性小分子，形成穩定的非共價複合物，以提高藥物的溶解度。

再如最新報導智能型DNA納米機器人或将成為癌症克星，未來或将在血管内直接殺死癌細胞。而環糊精與DNA納米機器人等載體載藥主要依靠其與藥物之間的非共價相互作用，由化學熱力學方法所得的結合位點數、結合常數、焓變、熵變等熱力學參數直接反映了藥物的加載量及療效，可為研發新型的藥物載體及制劑提供強有力的理論指導。

圖1. 主動靶向癌細胞的DNA納米機器人

圖2. 環糊精包合藥物小分子的熱力學和分子模拟研究

二、化學熱力學在食品領域的應用

奶茶已成為當代年輕人所喜愛的主流飲品。一般來說，正宗奶茶都是由牛奶、茶葉、糖烹制而成，還可添加其他天然物質以改善其口味和營養價值。綠茶、葡萄等植物中含有多種有益人體健康的多酚類物質。但多酚類化合物的物理化學不穩定性極大地限制了它們在食品和醫藥領域的應用。蛋白包封可有效提高多酚類物質的穩定性和生物利用度。通過定量獲取蛋白和多酚之間相互作用的熱力學參數，可有效關聯微觀結構-熱力學參數-活性效果，為功能食品的進一步開發提供理論支撐。

圖3. 基于熱力學指導的牛奶包封的聯合活性成分（封面文章）

導師簡介

劉敏，博士，教授，碩士研究生導師， 濟南大學博士研究生導師，聊城大學“光嶽英才”第一層次。長期緻力于化學熱力學與藥學、生物學和醫學等多學科的交叉融合，主要從事難溶性藥物的緩控釋、天然活性成分的包封以及聯合藥物的協同作用研究。主持國家自然科學基金課題3項，省自然科學基金面上項目、重點研發計劃與省協同創新中心開放課題各1項，在國内外有較大影響的專業學術期刊上首位或通訊聯系人發表論文100餘篇，申請發明專利多項。獲山東省高等學校科學技術獎多項。指導的多名研究生獲得國家獎學金或繼續攻讀博士。

招生專業：物理化學

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