均匀设计及其在中药民族药研究中的应用

　　均匀设计(Uaiform Design)是我国科学院应用数学所研究员方开泰教授和中国科学院院士王元，在1980年将数论与实验设计相结合的一种全新的多因素多水平实验设计方法。是我国独创的一种重大的科学实验方法。其基本思想是抛开证交设计中的“整齐可比”性特点，而只考虑试验点的“均匀分散”性，即使试验点在所考察的范围内均匀分布。“均匀设计”由此而来。用均匀设计可适当增加试验的水平数而不必担心像正交设计那样导致太多的试验次数。

　　1均匀设计及均匀设计表

　　1．1均匀设计的特点：均匀设计将试验点在高维空间内充分均匀分散，使数据具有更好的代表性，为揭示规律创造必要条件。变量和水平数少于4时，试验设计用户易于选择，适用的方法较多，如正交试验设计、回归正交试验设计、旋转设计、D一最优设计等，试验次数通常是十几个，用户能够接受。但当描述复杂自然现象和探讨复杂的规律，实验因素和水平在5个以上时，用上述方法试验次数会剧增，使得用户难于接受，用户只好简化条件或是取消试验考察。均匀设计的最大特点是，试验次数可以等于最大水平数，而不像正交设计那样是实验因子数平方的关系，试验次数仅与需要考察的x个数有关。其优点在于：“在因素数和水平数相同的情况下，均匀试验设计法较正交试验设计安排的试验次数大大地减少了，是水平数的一次方；试验数据利用电子计算机处理，方便、准确，可以定量分析各因素对试验结果的影响，定量地预报优化条件及优化结果的区间估计”。

　　以往，对于多因素实验设计一般采用正交设计法。正交设计的特点是在各因素考察范围内使试验点“均匀分散，整齐可比”。“均匀分散”可使所选取的少量试验点均匀地散布在所考察的范围内，各试验点具有代表性，以此减少试验次数；而“整齐可比”是为了便于分析各因素的影响、确定最佳实验条件。但是，为了达到“整齐可比”的目的，试验点的数目必然较多，通常其试验次数至少为水平数的平方数。所以在进行正交设计时，如果各因素取的水平多，试验次数相当可观。例如，若各因素取9个水平，则至少要做81次试验，这在实际中往往难以实现。均匀设计的优点正好可以弥补这一缺点。

　　1．2均匀设计表：与正交设计类似，为了达到均匀布点的目的，可以使用均匀设计表安排试验。均匀设计表的表头形式是U(km)，n为试验次数，k为水平数，m为最多可以安排的试验因素数。这里n=k，m=k一1，即试验次数与所取水平数相等，最多可安排的因素数比水平数少一。但一般来说，试验次数选为实验因子个数的3倍左右为宜，有利于建模和优化。

　　均匀设计表有多种，不同的标准设计的均匀表不一定相同。方开泰教授先期公布的均匀设计表要配合使用选表用，使用表给出不同列组合的偏差，方便用户在均匀表不多情形下悬着合适的表。后来均匀设表不再给出使用表。均匀设计时，可以直接查均匀设计表，可以用DPS等统计软件计算优化的均匀设计表，可以按咖法计算具体数值的均匀设计表。

　　2均匀设计在中药民族药研究中的应用

　　近年来均匀设计的应用日益广泛，在我国最早有效地应用于飞航式导弹的研制。l985年后应用于药学科研中，近几年均匀设计在中药民族药组方的优化、中药民族药提取工艺的优化、中药民族药制备工艺的筛选等领域中已得到广泛的应用，使实验周期大大缩短，节省人力、时问和科研经费，日益受到重视。

　　2．1均匀设计在分析组方中的应用：目前在中药民族药组方方面的研究已经有人应用了均匀设计，冯华等运用混料均匀设计法将组成苦针汤中的4味药配制成12种不同比例的复方，通过抗菌实验，测试用药抗菌能力，筛选出了最佳组方。李康等采用均匀设计和药效学相结合的方法，以家兔离体十二指肠的抑制率为考察指标，得出了减味藿香正气水药味最佳配比：厚朴7．829，陈皮39，苍术39，半夏39，广木香油。贺祝英等在考察麻杏石甘汤中不同组方配伍对甘草酸含量的影响研究中，采用混料均匀设计法，固定麻杏石甘汤中的甘草量，将其他药材(麻黄、杏仁、石膏)作为可变因素，以甘草酸的测定量作为考察指标，对试验数据进行逐步回归分析处理。结果处方中甘草酸含量的影响因素主要为麻黄，并且甘草酸的溶出率与麻黄在整个处方中的用量成正相关。田维毅等对苗药验方小儿泻停方进行体外抗菌效应及优化组方研究，运用混料均匀设计法将小儿泻停方组成中的4味药配制成12种不同比例的复方，通过体外抗菌试验测试药物抗菌能力，筛选出了抗菌最佳组方。魏毅等研究黄芪多糖及其与白芍总昔协同对兔血小板聚集功能的影响，用均匀设计两因素五水平的实验安排方法观察黄芪多糖和白芍总昔的最佳配伍剂量，结果两者的最佳配伍剂量为12：1。蔡琨等对苗药倍针汤4味药进行组方研究，采用混料均匀设计法，通过实验结果得出了最佳组方比例为：19.56：56.94：18.86：20.21。均匀设计方法的应用，为中药民族药方剂的药物构成、配伍关系、和剂量配比关系的优化研究，提供了方法学指导。2．2均匀设计在优化中药民族药提取工艺中的应用：均匀设计在优化中药民族药提取工艺中的应用比较广泛，李文兰等用均匀设计实验对天麻总昔和天麻苷的提取工艺进行优选，选用U(96)进行均匀设计实验，以出膏率及天麻总苷和天麻苷的提取率为指标，考察乙醇浓度、液固比、提取时间及提取次数对天麻总昔和天麻昔提取的影响。结果：最佳的工艺条件为：加10％乙醇8倍量，提取3次，每次3h。黄天辉等采用均匀设计优选微波萃取五味子的工艺，以五味于醇甲和总木脂素为考察指标，实验发现微波萃取五味子的优化工艺：微波功率为850W，乙醇浓度为90％。固液比1：12，加热时间为5min，粉碎度80目；微波萃取法明显优于加热回流提取法。郁晓艺等采用均匀设计对红花黄色素提取工艺优化，得出红花黄色素的最佳提取工艺为：150倍量50％乙醇，室温下提取4次，30mln／次。熊学敏等采用均匀设计法对超临界提取金边瑞香鲜花香水条件优化，结果得出最佳提取条件：提取压力20MPa，提取温度39℃；解析压力8MPa以上，解析温度36℃。盛家荣等用均匀设计法优选板蓝根中多糖的提取工艺，以提取物中多糖含量为测定指标，考察提取温度、提取时间、料液比3个因素对有效成分多糖提取的影响。得出最佳工艺为提取温度90℃，提取时间2h，料液比l：50(9／ml)，南板蓝根多糖的提取率为3．26％。在中药民族药的提取工艺中用均匀设计的例子很多，在这不再一一举例。

　　2．3均匀设计在优化中药民族药制剂工艺中的应用：中药民族药新剂型的研究是中药现代化的一个重要部分。武孔云等以包合率为考察指标，采用均匀试验设计法对影响乳康胶囊中的挥发油包合的因素进行优选，得出最佳包合条件：挥发油与环糊精(g)量比为I：6，40℃条件下包合120min。张丹等利用均匀设计法制备苦参碱渗透泵型控释片。马英丽等通过均匀设计优化葛根微囊的制备工艺，并进行质量评价，结果葛根微囊的最佳制备工艺为囊心：囊材：1：2：成囊温度：55'E：转速：1200r／min。田维维等应用均匀设计法对灯盏花素纳米脂质体的处方优化。汪小根等采用均匀设计法筛选跌打止痛巴布剂的基质处方。

　　另外，均匀设计在药物合成、药物分析、药理实验等很多药学方面的研究都有应用，产生了很大的效益，被越来越多的药学研究人员所接受。

　　3存在的问题

　　均匀设计在实际应用中还存在一些问题：第一，不能灵活的地应用均匀设计。在实际运用过程中，如果我们原封不动地照搬均匀设计方法，很难得出比较客观的结论。所以我们要在理解均匀设计的基础上，运用均匀设计。第二，没有结合药学专业的特点。药学专业有它自身的特点，在药学研究中应用均匀设计，我们必须考虑药学专业自身的特点。第三，盲目使用均匀设计。均匀设计只是实验设计方法的一种，也有自身的局限性，它只考虑了“均匀分散”性，没有考虑“整齐可比”性，所以我们要具体问题具体分析，不能目盲使用。

　　4展望

　　均匀设计是近年来解决多因素多水平问题较好的方法。可用较少的试验次数，完成复杂的科研课题和新产品的研究和开发。均匀设计在药学研究中日益广泛的应用，使药学实验研究周期大大缩短，节省了大量的人力、时间和科研经费，日益受到重视。均匀设计必将在药物研究中发挥更大的作用。

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