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关键词: 化学制药 基础化学实验 形成性评价
基础化学实验是化学制药技术专业的职业素质课程,内容涵盖无机化学实验、分析化学实验和有机化学实验。基础化学实验是化学制药技术专业学生步入大学后接触的第一门实验课程,基础化学实验课程的教学目标是习得基础实验知识,掌握基本实验技能,养成良好的实验态度与习惯,并为后续的药物分析、药物合成等后续课程打下坚实的基础。
一直以来,化学制药技术专业的基础化学实验的评价考核中都是作为相应的理论课程学业考评的一部分进行,考核的形式以试卷书面为主,考核的内容主要是实验的现象与数据的处理与运算。但基础化学实验作为实践课程,仅仅依靠对学生试卷完成情况进行评价并不能客观、准确地反映学生真实的学习水平。为此,笔者探索在化学制药技术专业的基础化学实验课程的学业评价体系进行改革,以使考核的结果更能真实地反映学生的实际学习情况,提高基础化学实验的教学质量。
1.引入形成性评价体系
在化学制药技术专业的基础化学实验考评中引入形成性评价体系代替传统的终结性评价。引入形成性评价的目的是通过师生共同监控、反思与调节教学的全过程,开发学生的潜力,改进学生的学习方法,提高教育教学质量[1]。形成性评价可以动态反映学生学习状态的评价体系,持续性地从知识、能力、素质等三个方面动态评价,既重视学生基础化学实验最基本知识和能力的掌握的情况,又体现以人为本,关注不同学生的接受程度,使学生的培养不拘泥于单一死板的考核指标,全面科学地对学生的学习情况进行评价,从而有助于提高学生的专业素质。
2.实验教学内容革新
基础化学实验考核革新作为化学制药技术专业课程改革的组成部分,其思路是知识、能力和素质并重,以考核的革新推动整个化学制药技术专业课程的全面革新。在基础化学实验课程中进一步加强对基本知识和基本技能的掌握程度考核,2009―2014年我系每年都组织全系性的大型实验基础技能大赛,以初赛、决赛和总决赛的形式进行层层选拔,对基本技能掌握优异的学生进行奖励和表彰,并将优胜者的成绩记入学业考评成绩,极大地提高学生对原本单调、枯燥、重复的基本技能训练的兴趣,学生间的相互比拼能让学生发现自身实验技能上存在的不足,更好地帮助学生提高操作技能。
在加强学生基础化学实验的基本技能培养的同时,增加综合型与设计型实验所占的考评比例,由于基础化学实验是大一阶段开设的课程,学生开展综合性和探究性实验的经验还比较欠缺,这个阶段一般可以采取PBL教学模式,由教师的设定需要解决的问题,学生以学习小组的模式开展探究,由小组设计初步的实验方案,师生共同对方案进行讨论完善,教师提供创新型实验活动的平台,在教师的辅导下学生小组配合共同完成实验的探究。教师根据学生实验方案的设计、团队协作和具体实验操作与数据处理分析情况进行评价,并将评价结果记入学业成绩,督促学生自觉参与到实验探究过程中,增强学生运用自身知识与技能解决问题的能力。
3.开放实验室改革
基础化学实验由于其内容局限于无机化学实验、有机化学实验和分析化学实验,各实验室所配置的仪器基本都是以玻璃仪器为主,辅以少量的检测、合成设备的,不能高精度的测定与大型的综合合成实验。一直以来基础化学实验室的开放仅限于相关课程的使用和少量的学生课外活动,实验室的开放率和设备的利用率都很低。在基础化学实验考核的改革中,要想真正取得实效必须坚持以人为本,灵活开放实验室,切实提高实验室的有效利用率,除保证正常实验课的使用要求外,合理设置实验室值班教师和学生助理,配合完成实验内容的革新的学生自主设计完成实验或者学生个人针对自身实验技能欠缺所进行的针对性训练。
4.改革基础化学实验的日常教学与教材
基础化学实验的考核革新要取得实效,不仅考核的内容与形式要革新,而且日常的实验教学也要革新。目前的基础化学实验教学由于实验涉及的科目与范围广,实验需要完成的内容繁重,实验指导教师在有限时间内要完成规定的教学任务,多采取实验室现场讲解与示范的教学形式。学生按照教师的示范完成实验,缺乏独立思考与反思,长此以往,学生对教师的讲解与示范产生依赖性,懒于预习实验,机械地模仿教师完成实验,看似规范的操作与合理的数据处理,实则缺乏独立自主的动手能力及思维能力,完全流于形式,更谈不上培养学生的创新意识,学生并没有真正掌握应该实验目的所要求的知识与技能。
为了改变这种学习状况,实现基础化学日常教学的革新,首先必须对实验教材进行革新,在实验教材作为实验进行时的指导教材的基础上,教师根据实验项目所涉及的基本操作和实验项目所必须掌握的相关理论知识编写讲义,在配合实验室开放的前提下,在实验开始前教师对于学生以学习小组的形式在实验室进行讲解与示范,学生利用课余时间自行在实验室操作练习和查阅相关资料学习相关理论知识,在实验正式开始前完成指定的预习任务。实验教师在实验正式开始前对学生以抽问的形式检查学生的预习情况,并进行记录作为评价成绩的组成部分,督促学生自觉完成相关预习任务。在实验项目正式开始时,实验教师将主要精力放在实验设备用法、解答学生在课前练习中出现问题的提问、监控学生独立完成实验结果的验收和评定上。这样的改变既能照顾学生对于技能掌握的个人差异,实现以人为本,为不同层次的学生提供充分的练习机会,又能有效利用课堂教学时间,实现基础化学实验课设定的教学目标,提高实验课堂教学效率。
5.形成性评价比例的构成
为确保基础化学实验的教学质量,体现化学制药技术专业应用型的特征,我们在设计基础化学实验的形成性评价分值构成按照2∶3∶2∶3的比例进行评价。其中20%为课前的预习情况评价,主要对学生对实验项目所必需的技能与知识的预习掌握情况进行评价;30%为实验项目的具体操作的评价,主要是学生实验项目的操作流程的规范性、科学性及实验相关的专业素养的评价;20%为实验报告的评价,主要是学生对实验现象的观察与记录,实验数据分析与计算能力,以及科研态度的评价;30%是学生完成综合性和设计性实验的评价,主要是学生运用已有知识与技能,开展科学探究与团队合作情况的评价。
6.新型考核评价的效果
通过化学制药专业的基础化学实验的形成性评价体系的革新,更突出了对学生的学习过程的评价,督促学生养成良好的实验态度与习惯,提高学生的专业素养,为后续的实践课程的学习打下坚实的基础。2010年基础化学实验作为重庆第二师范学院院级精品课程《基础化学》的实验部分接受有关部门的考核合格。2009―2014年化学制药专业学生的基础化学实验部分成绩稳步提升,在历年的学院教学年度评比中学生满意率保持在98%以上,相关教师参加学院各种比赛获得一、二等奖三次,取得了优异的成绩,有力地促进了化学制药专业的教学改革,提高了教学质量。
经过几年的不断探索与完善,在化学制药技术专业基础化学实验的考核评价体系取得初步成功的基础上,我们在该专业的其他职业素质课也逐步开始推广,并根据具体的课程特征对本考核评价方案进行调整,以适应现代社会对化学制药专业人才提出的新要求。
参考文献:
【摘要】
目的: 制备去甲雄三烯醇酮(又称群勃龙,trenbolone,TR)抗体以建立TR特异性检测方法。方法: TR与琥珀酸酐反应生成TR半琥珀酸酯(TRHS),采用混合酸酐法和对乙基N,N二甲基丙基碳二亚胺(EDC)法将TRHS与牛血清蛋白(BSA)偶联制备其偶联物;质谱、核磁共振分析偶联结果;免疫家兔并用双向免疫扩散和ELISA检测抗血清效价,判断偶联物的免疫原性。结果: 经质谱鉴定显示,所获得的修饰物TRHS相对分子质量为370;核磁共振分析表明,各吸收峰与理论相符;基质辅助激光解析电离飞行时间质谱图谱分析表明,TRBSA相对分子质量明显增加、紫外最大吸收峰漂移;TR与BSA混合酸酐法和EDC法偶联比分别为1∶18和1∶12;混合酸酐法偶联物免疫家兔获得的抗血清效价ELISA测得TR特异性抗体效价为1∶320 000;双向免疫扩散测得的抗血清效价为1∶16。结论: 成功制备了具有明显免疫原性的TRBSA偶联物,为TR单克隆抗体的制备和建立TR残留量的快速检测方法奠定了基础。
【关键词】 去甲雄三烯醇酮; 半抗原修饰; 偶联; 基质辅助激光解析电离飞行时间质谱
[Abstract]Objective: To prepare trenbolone(TR) complete antigen and identify the antigenicity of TR. Methods: TRhalfsuccinate(TRHS) was produced by TR reacting with succinic anhydride, the mixed anhydride and the [3mercaptopropionic acid, 1ethyl3(3diethylaminopropyl) carbodiimide,EDC] methods were used to couple TRHS and BSA. The antigenicity analysis of TRBSA complex was finished by detecting the titre of antiserum separated from rabbits which was immunized with TRBSA. Results: The TRHS molecular weight was determined as 370 by analysis of mass spectrometry, the absorption peak was in accordance with theoretical results by nuclear magnetic resonance. MALDITOFMS analysis showed that the molecular weight map of TRBSA a marked increase and the UV maximum absorption peak drift; the coupling ratios of mixed anhydride and EDC method were 1∶18 and 1∶12, respectively. The results of ELISA and double immunodiffusion test showed that the titre of antiserum to TR was 1∶320 000,1∶16, respectively. Conclusion: RBSA coupling was successfully prepared, which established the foundation for the antiTR monoclonal antibody preparation as well as the method construction of TR Residues rapid test.
[Key words]trenbolone; hapten modification; coupling; MALDITOFMS
去甲雄三烯醇酮,又称群勃龙(trenbolone,TR),是人工合成的甾类男性激素,是家畜的生长促进剂,服用含该激素的肉制品会给人类的身体健康带来危害,同时也成为体育比赛兴奋剂的一个可能来源。欧盟禁止进口使用该类产品的食品,也是我国海关规定必须检测的31种兽药之一[1]。目前,TR在食品中残留量的检测主要依赖于质谱技术,如气相色谱质谱技术(GCMS)、液相色谱质谱技术(LCMS)等[2]。近年来,随着单克隆抗体技术、现代免疫测定技术的发展,建立方便于基层检验检疫部门应用的快速、灵敏的TR检测方法,对从源头上监测、控制此类物质的扩散具有重要意义[3]。TR是小分子化合物,需要与大分子载体(蛋白质)偶联后才具有免疫原性。本研究采用琥珀酸酐对TR进行化学修饰,并将获得的TR半琥珀酸酯(TRHS)与牛血清白蛋白(BSA)偶联以赋予其免疫原性,经注射家兔分析其免疫效果。
1 材料与方法
1.1 主要材料与仪器
紫外扫描仪、核磁共振仪、质谱分析仪、基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪(MALDITOFMS);BSA、TR等购自Sigma公司;琥珀酸酐、三正丁胺、吡啶、异丙醇均由中国医药集团提供。
1.2 方法
1.2.1 TRHS的制备及鉴定
1.2.1.1 群勃龙结构的修饰
于烧瓶中加入500 mg TR和1 000 mg琥珀酸酐,然后加入2 ml吡啶溶解,80℃搅拌反应3 h。反应液冷却至室温,调整其pH为3.0,得棕黄色黏稠物,过夜后变硬。用热的异丙醇重结晶提纯,红外灯烘干即为TRHS(图1)。
1.2.1.2 修饰物的鉴定
采用质谱法对其相对分子质量进行预测,并用核磁共振鉴定。
1.2.2 TR的抗原性修饰
1.2.2.1 混合酸酐法[4]
TRHS与BSA按摩尔比100∶1反应。取TRHS 5.5 mg 溶于2 ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,置4℃冰箱中预冷10 min,于冰浴磁力搅拌,加入三丁胺30 μl,再加入氯甲酸异丁酯15 μl,然后将该溶液置4℃冰箱中反应1 h即为反应Ⅰ液;取20 mg BSA 溶于2 ml蒸馏水,溶解后于冰浴边搅拌边用1 mol/L NaOH 调pH为8.5制得Ⅱ液;边搅拌边将Ⅰ液缓慢滴加到Ⅱ液中,于4℃搅拌反应过夜。反应产物充分透析,即得TRBSA 偶联物溶液,将其冷冻干燥保存。
1.2.2.2 对乙基-N,N-二甲基丙基碳二亚胺
[3mercaptopropionic acid, 1ethyl3(3diethylaminopropyl) carbodiimide,EDC]法[5] TRHS与BSA按摩尔比100∶1反应。取TRHS,N-羟基琥珀酰亚胺(NHS),EDC按摩尔比1∶1∶1溶于1 ml DMF,混匀后于4℃下活化1 h,此为反应Ⅰ液;取10 mg BSA 溶于3 ml双蒸水中,加DMF 0.5~1.0 ml混匀, 4℃预冷20 min,得Ⅱ液;边搅拌边将Ⅰ液缓慢滴加到Ⅱ液中,于4℃搅拌反应过夜。反应产物充分透析,即得TRBSA 偶联物,冷冻干燥保存。
1.2.3 TRBSA免疫家兔
将制备的TRBSA用完全福氏佐剂常规法免疫家兔,获得的免疫血清用ELISA间接法和双向免疫扩散测定特异性抗血清效价,分析其免疫原性并判断免疫效果。
2 结果
2.1 群勃龙的化学修饰与修饰物鉴定
修饰产物质谱分析相对分子质量为370,IR(KBr)υmax:3300, 1738 cm-1;1H NMR(400 MHz, CDCl3, rt): δ=0.96(s, 3 H, CH3), 1.32(m, 1 H, CH2), 1.54(m, 3 H, CH2), 1.61(m, 1 H, CH2),1.93(d, 1 H,J=12.4 Hz, CH2), 2.27(m, 1 H, CH2), 2.44~2.60(m, 5 H, CH2), 2.69~2.72(m, 4 H, CH2), 2.86(m, 2 H, CH2), 4.84(t, 1 H, J=7.6 Hz, OCH), 5.81(s, 1 H, CH),6.36(d, 1 H, J=9.6 Hz, CH), 6.44(d, 1 H, J=10.0 Hz,CH),氢为25(图2),由于羧基的氢活性太强故未出峰,13C NMR所示碳原子数为22个,各根值与理论值相符(图3)。
2.2 TRBSA的制备
2.2.1 偶联物的紫外光谱及偶联比[3]
紫外/可见分光光度仪对BSA进行扫描测定,可见BSA最大吸收峰在278 nm处,TRHS最大吸收峰在353 nm处,混合酸酐法偶联物的峰形发生明显变化,278 nm吸收峰明显降低,且在340 nm处吸收值明显增大,说明偶联是成功的(图4);由图5可见EDC法偶联物的峰形也发生明显变化,278 nm吸收峰明显降低,且在343 nm处吸收值明显升高,说明偶联也是成功的(图5)。
按文献[7]估算偶联比率,选择20%乙醇为溶剂并以之调零。混合酸酐法:TRHS浓度为0.035 mg/ml,BSA浓度为2 mg/ml,结合比约为1∶18;EDC法:TRHS浓度同混合酸酐法,BSA浓度为1.9 mg/ml,结合比约为1∶12。
2.2.2 BSA,TRBSA相对分子质量
用MALDITOFMS仪检测BSA和混合酸酐法制备的TRBSA,两者的相对分子质量分别为67 146和74 471(图6)。由此估算偶联比率为20.8。
2.3 TR特异性抗血清效价测定结果
TRBSA免疫的家兔血清,经ELISA测得TR特异性抗体效价为1∶320 000;双向免疫扩散测得的抗血清效价为1∶16。
3 讨论
群勃龙(TR)是在畜牧业养殖中经常使用的一类人工合成的类固醇激素,这类激素的滥用对人和畜的健康、社会和生态环境造成直接和潜在的威胁。因此,20世纪80年代以后许多国家明令禁止在牲畜的饲养中使用这类激素,但由于利益的驱动,世界范围仍有许多TR等类固醇激素在使用。国内外关于尿、血、组织中检测到TR等类固醇激素残留的报道很多[2, 6,7]。目前关于TR残留量的检测方法主要依赖于质谱技术。但质谱技术不适用于基层检验检疫部门快速的筛选检测。
本研究将TR与琥珀酸酐反应并对反应产物TRHS的性质和纯度进行鉴定。经磁共振及质谱分析,相对分子质量、氢谱、碳谱均符合TR结构式,并对修饰产物磁共振氢谱、碳谱与软件所预测的理论值进行了比较,结果显示完全一致,由此认为本研究所采用的TRHS合成方法是一种实用、有效的TR修饰方法。鉴定后的修饰产物采用混合酸酐法及EDC法与BSA偶联。在混合酸酐法实施过程中,严格控制反应Ⅰ液无水,Ⅰ、Ⅱ液混合时遵循Ⅰ液加入Ⅱ液,以使有机溶剂得以稀释。此外,在试验过程中,温度的严格控制可保证蛋白质性质。而在EDC法实施过程中,要严格控制EDC使用量[4,5],因为EDC与羧基反应所形成的氨基反应活性中间体(O酰基脲)很不稳定,在水中会很快水解释放出羧基以及N酰基化脲。过量的EDC产生的N酰基脲会结合在蛋白疏水区域的羟基上,导致蛋白自交联。NHS的介入,可保持水溶液中中间体的稳定,使整个偶联反应分成独立的两步反应[7],从而保证偶联效果。
理想的偶联比率与准确的偶联物相对分子质量的测定,是构成免疫原性的要素[8]。本研究使用MALDITOFMS预测偶联物相对分子质量,具有灵敏度高、准确度高及分辨率高等特点,是生命科学领域一种强有力的分析测试手段,并正扮演着越来越重要的作用[9]。MALDITOFMS分析可直观测得偶联物相对分子质量,并通过计算获得其偶联比率。但该法所需设备昂贵,基层单位难以开展。
采用经上述方法作抗原性修饰后的TR免疫家兔并用ELISA和双向免疫扩散检测其抗血清效价,结果表明TR被赋予了明显的免疫原性,两种方法测得的抗TR特异性抗血清效价分别为1∶320 000和1∶16。TR免疫原性修饰的成功,为进一步制备TR单克隆抗体和建立特异性免疫学检测方法奠定了基础,为食品或其他物品中TR残留量的分析开辟了简便、特异、快速、敏感的途径,可从源头上监测、控制含有TR等类固醇物质食品的扩散。
参考文献
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