Изобретение относится к области электрохимии и может быть использовано для улучшения энантиоселективности распознавания и определения оптически активного действующего вещества лекарственного препарата «Напроксен» в модельных растворах, а также биологических жидкостях (моча, плазма крови).
Лекарственный препарат «Напроксен» представляет собой нестероидный противовоспалительный анальгетик, используемый для лечения ряда воспалительных заболеваний, например ревматоидный артрит, болезнь Бехтерева, первичная дисменорея и острая подагра. Поскольку на фармацевтическом рынке представлено большое количество вариантов лекарственных форм данного препарата, выпускаемых различными производителями, актуальной аналитической задачей является недорогой, высокочувствительный и экспрессный контроль его качества. Одним из важнейших показателей качества лекарственного препарата «Напроксен» является энантиочистота, так как только S-энантиомер действующего вещества оказывает лечебное действие. Фармацевтическая активность S-энантиомера в 28 раз сильнее, чем у R-энантиомера. Содержание R-энантиомера оказывает гепатотоксичное действие на организм, приводящее к серьезным осложнениям и увеличению метаболической нагрузки.
Решение указанной задачи возможно путем применения вольтамперометрии в различных вариантах (дифференциально- импульсной, циклической) с использованием энантиоселективных вольтамперометрических сенсоров.
Известны вольтамперометрические сенсоры, состоящие из различных полимерных связующих компонентов, нанесенных на рабочую поверхность стеклоуглеродного электрода (СУЭ):
СУЭ/поли(фен) [A. Kassa, A. Benor, G. T. Tiginehand A. Abebe, Characterization and Application of a Synthesized Novel Poly(chlorobis(1,10-phenanthroline)resorcinol cobalt(II) chloride)- Modified Glassy Carbon Electrode for Selective Voltammetric Determination of Cefadroxilin Pharmaceutical Formulations, Human Urine, and Blood Serum Samples // ACS Omega, 2023, vol. 8, pp. 15181-15192.];
- СУЭ/поли(L-Arg) [S. K. Anand, M. R. Mathew, J. Radecki, H. Radecka and K. G. Kumar, Individual and simultaneous voltammetric sensing of norepinephrine and tyramine based on poly(L-arginine)/reduced graphene oxide composite film modified glassy carbon electrode // J. Electroanal. Chem., 2020, vol. 878, pp. 114531.];
- СУЭ/PoAP [L. Zhang and L.-L. Wang, Electrochemical Synthesis of a Polyaniline Network on a Poly(o-aminophenol) Modified Glassy Carbon Electrode and Its Use for the Simultaneous Determination of Ascorbic Acid and Uric Acid // Anal. Sci., 2012, vol. 28, pp. 1001-1007; W. Wen, D.-M. Zhao, X.-H. Zhang, H.-Y. Xiong, S.-F.Wang, W. Chen and Y.-D. Zhao, One-step fabrication of poly(o-aminophenol)/multi-walled carbon nanotubes composite film modified electrode and its application for levofloxacin determination in pharmaceuticals // Sens. Actuators, B, 2012, vol. 174, pp. 202-209.].
Электрохимические характеристики - эффективная площадь поверхности (А) и сопротивление переносу заряда (Ret) данных композитных сенсоров представлены в таблице 1.
Основными недостатками представленных выше вольтамперометрических сенсоров являются пониженная эффективная площадь поверхности и высокое сопротивление переносу заряда.
Для селективного распознавания и определения энантиомеров напроксена известны композитные вольтамперометрические сенсоры на основе различных хиральных модификаторов, нанесенных на рабочую поверхность стеклоуглеродного электрода:
СУЭ/ПЭК-[Cu(S-Ala)2]-[Cu(S-Phe)2] и СУЭ/ПЭК-[Zn(S-Ala)2(H2O)]-[Zn(S-Phe)2(H2O)] [R.A. Zilberg, T.V. Berestova, R.R. Gizatov, Y.B. Teres, M.N. Galimov, E.O. Bulysheva, Chiral Selectors in Voltammetric Sensors Based on Mixed Phenylalanine/Alanine Cu(II) and Zn(II) Complexes // Inorganics, 2022, vol. 10, pp. 117];
BSA/TBO@rGO [L. Guo, Y. Huang, Q. Zhang, C. Chen, D. Guo, Y. Chenand Y. Fu, Electrochemical Sensing for Naproxen Enantiomers Using Biofunctionalized Reduced Graphene Oxide Nanosheets // J. Electrochem. Soc., 2014, vol. 161, no. 4, pp. B70-B74.];
L-Cys/rGO [M. Jafari, J. Tashkhourian and G. Absalan, Electrochemical Sensor for Enantioselective Recognition of Naproxen Using L-Cysteine/Reduced Graphene Oxide Modified Glassy Carbon Electrode // Anal. Bioanal. Chem. Res., 2020, vol. 7, no. 1, pp. 1-15.];
L-Cys/AuNPs/Au [A. Afkhami, F. Kafrashi, M. Ahmadi and T. Madrakian, A new chiral electrochemical sensor for the enantioselective recognition of naproxen enantiomers using l-cysteine self-assembled over gold nanoparticles on a gold electrode // RSC Adv., 2015, vol. 5, pp. 58609-58615.];
rGO-TsPro-Cs [L. Zagitova, Y. Yarkaeva, V. Zagitov, M. Nazyrov, S. Gainanova and V. Maistrenko, Voltammetric chiral recognition of naproxen enantiomers by N-tosylproline functionalized chitosan and reduced graphene oxide based sensor // J. Electroanal. Chem., 2022, vol. 922, pp. 116744.];
СУЭ/β-CD/EG [S. Ebrahimi, A. Afkhami and T. Madrakian, Target -responsive host-guest binding driven dual-sensing readout for enhanced electrochemical chiral analysis // The Analyst, 2021, vol. 146, no. 15, pp. 4865-4872.].
Электрохимические параметры представленных выше композитных сенсоров, представлены в таблице 2, где ip1/ip2 - отношение токов пиков энантиомеров, ΔEp - разница в потенциалах окисления энантиомеров.
0.38 для R- энантиомера
0.42 для R- энантиомера
2.5 для R- энантиомера
Основными недостатками представленных выше вольтамперометрческих сенсоров являются узкий линейный диапазон концентраций и высокое значение предела обнаружения.
Для селективного распознавания и определения энантиомеров напроксена известны композитные вольтамперометрические сенсоры на основе молекулярного импринтинга (МИП):
МИП/МУНТ/Fe3O4-CuO-ZnO [M. Vahidifar, Z. Es’haghi, N.M. Oghaz, A.A. Mohammadi and M.S. Kazemi, Multi-template molecularly imprinted polymer hybrid nanoparticles for selective analysis of nonsteroidal anti-infammatory drugs and analgesics in biological and pharmaceutical samples // Environ. Sci. Pollut. Res., 2022, vol. 29, pp. 47416-47435.];
МИП@CDs [K. Li, M. Zhang, X. Ye, Y. Zhang, G. Li, R. Fu and X. Chen, Highly sensitive and selective detection of naproxen via molecularly imprinted carbon dots as a fluorescent sensor // RSC Adv., 2021, vol. 11, pp. 29073-29079.].
Электрохимические параметры представленных выше хиральных МИП сенсоров представлены в таблице 3.
Основными недостатками представленных выше МИП-сенсоров являются необходимость полного удаления молекул темплатов из МИП-сенсора для получения воспроизводимых результатов и сложная методика изготовления.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка доступного, простого в изготовлении и недорогого композитного вольтамперометрического сенсора с достаточной энантиоселективностью, позволяющего быстро определять энантиочистоту оптически активного действующего вещества лекарственного препарата «Напроксен» в модельных растворах, а также биологических жидкостях (моча, плазма крови) с помощью дифференциально-импульсной вольтамперометрии.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность определения в широком линейном диапазоне дифференцированного по двум параметрам энантиоселективности (ip1/ip2, ΔEp) сигнала энантиомеров напроксена за счет проявления синергетического эффекта бетулиновой кислоты с алюмофосфатным цеолитом AlPO4-11, нанесенных на поверхность сенсора.
Поставленная задача решается, а указанный технический результат достигается за счет применения энантиоселективного вольтамперометрического сенсора, выполненного из стеклоуглеродного электрода с нанесенным на рабочую поверхность композитным хиральным модификатором, состоящим из смеси полиэлектролитного комплекса хитозан-сукцинамид хитозана, бетулиновой кислоты и алюмофосфатного цеолита AlPO4-11, взятых в соотношении 1 мл смеси полиэлектролитного комплекса с бетулиновой кислотой к 4 мг алюмофосфатного цеолита.
Предложенный энантиоселективный вольтамперометрический сенсор представляет собой стеклоуглеродный электрод с нанесенной на рабочую поверхность комбинации из необходимых химических компонентов, которые придают сенсору способность детектировать аналитический сигнал натриевой соли (S)-6-метокси-α-метил-2-нафталинуксусной кислоты. Энантиоселективный композитный вольтамперометрический сенсор содержит не менее трех основных компонентов - тело сенсора, хиральный модификатор и связующее. Тело сенсора представляет собой запрессованный во фторопластовую трубку стержень с диаметром 2±0.5 мм, выполненный из стеклоуглерода, который характеризуется электропроводностью, инертностью, а также отсутствием хиральности и отсутствием пористой структуры поверхности. Способность к детектированию энантиомеров обеспечивается нанесением на рабочую поверхность тела сенсора хирального модификатора, представляющего собой бетулиновую кислоту. Для закрепления хирального модификатора на рабочей поверхности тела сенсора и увеличения эффективной площади поверхности сенсора, модификатор наносится в смеси со связующим компонентом и алюмофосфатным цеолитом AlPO4-11. В качестве связующего компонента используется токопроводящий полиэлектролитный комплекс хитозан-сукцинамид хитозана.
Преимуществом полиэлектролитного комплекса хитозан-сукцинамид хитозана являются более выраженные оптически активные свойства, биосовместимость, сниженное сопротивление переносу заряда, а также увеличенная эффективная площадь поверхности.
Введение в композит помимо бетулиновой кислоты частиц алюмофосфатного цеолита AlPO4-11 повышает эффективную площадь поверхности электрода и воспроизводимость измерений.
Представленный хиральный модификатор отличается от описанных в литературе сенсоров простотой получения, пониженным пределом обнаружения и широким линейным диапазоном концентраций, при сопоставимых значениях коэффициентов энантиоселективности (ip1/ip2 и разность Red/Ox потенциалов -ΔEp).
Энантиоселективность обеспечивается простой процедурой нанесения хирального модификатора с AlPO4-11 в смеси с ПЭК без задействования методики молекулярного импринтинга при сопоставимых значениях линейного диапазона определяемых концентраций.
Реализацию предложенного хирального сенсора иллюстрируют следующие примеры.
Методика приготовления СУЭ/ПЭК-БК/ALPO4-11
Натриевая соль сукцинамида хитозана (молекулярная масса 200 кДа) получена из хитозана со степенью деацетилирования 82 % и степенью модификации по аминогруппам 75 %. Хитозан гидрохлорид брали в виде пленки, полученной из солянокислого раствора хитозана, который готовили растворением 0.25 г хитозана (молекулярная масса 30 кДа) со степенью деацетилирования 75 % в 50 мл 1 % раствора HCl. Пленки сушили на воздухе с последующей сушкой в вакууме до постоянной массы. Водные дисперсии ПЭК получали при температуре 25°С добавлением сукцината хитозана (0.005 %) к водным растворам гидрохлорида хитозана (0.005 %) по каплям при интенсивном перемешивании (500 об/мин) с интервалом между дозами 2 мин. При добавлении к полученному раствору новых порций раствора гидрохлорида хитозана происходило фазовое расслоение (образуется устойчивая опалесценция общей системы). Область существования дисперсий частиц ПЭК ограничивается мольным соотношением 1:10, выше которого в процессе смешения компонентов наблюдается осаждение ПЭК. Для изготовления сенсора 0.002 г хирального модификатора - бетулиновой кислоты добавляли к 10 мл ПЭК и помещали в ультразвуковую ванну на 15 мин. Далее к 1 мл смеси ПЭК-БК добавляли навеску цеолита AlPO4-11 (ALPO4-11 ) массой 0.004 г и перемешивали полученную смесь в течение 5 мин со скоростью 200 об/мин.
Методика приготовления СУЭ/ПЭК-БК
Натриевая соль сукцинамида хитозана (молекулярная масса 200 кДа) получена из хитозана со степенью деацетилирования 82 % и степенью модификации по аминогруппам 75 %. Хитозан гидрохлорид брали в виде пленки, полученной из солянокислого раствора хитозана, который готовили растворением 0.25 г хитозана (молекулярная масса 30 кДа) со степенью деацетилирования 75 % в 50 мл 1 % раствора HCl. Пленки сушили на воздухе с последующей сушкой в вакууме до постоянной массы. Водные дисперсии ПЭК получали при температуре 25°С добавлением сукцината хитозана (0.005 %) к водным растворам гидрохлорида хитозана (0.005 %) по каплям при интенсивном перемешивании (500 об/мин) с интервалом между дозами 2 мин. При добавлении к полученному раствору новых порций раствора гидрохлорида хитозана происходило фазовое расслоение (образуется устойчивая опалесценция общей системы). Область существования дисперсий частиц ПЭК ограничивается мольным соотношением 1:10, выше которого в процессе смешения компонентов наблюдается осаждение ПЭК.
Для изготовления сенсора 0.002 г хирального модификатора - бетулиновой кислоты добавляли к 10 мл ПЭК и помещали в ультразвуковую ванну на 15 мин.
Методика приготовления СУЭ/ПЭК- AlPO4-11
Натриевая соль сукцинамида хитозана (молекулярная масса 200 кДа) получена из хитозана со степенью деацетилирования 82 % и степенью модификации по аминогруппам 75 %. Хитозан гидрохлорид брали в виде пленки, полученной из солянокислого раствора хитозана, который готовили растворением 0.25 г хитозана (молекулярная масса 30 кДа) со степенью деацетилирования 75 % в 50 мл 1 % раствора HCl. Пленки сушили на воздухе с последующей сушкой в вакууме до постоянной массы. Водные дисперсии ПЭК получали при температуре 25°С добавлением сукцината хитозана (0.005 %) к водным растворам гидрохлорида хитозана (0.005 %) по каплям при интенсивном перемешивании (500 об/мин) с интервалом между дозами 2 мин. При добавлении к полученному раствору новых порций раствора гидрохлорида хитозана происходило фазовое расслоение (образуется устойчивая опалесценция общей системы). Область существования дисперсий частиц ПЭК ограничивается мольным соотношением 1:10, выше которого в процессе смешения компонентов наблюдается осаждение ПЭК. Для изготовления сенсора к 1 мл ПЭК добавляли навеску цеолита AlPO4-11 (ALPO4-11) массой 0.004 г и перемешивали полученную смесь в течение 5 мин со скоростью 200 об/мин.
Методика приготовления СУЭ/ПЭК
Натриевая соль сукцинамида хитозана (молекулярная масса 200 кДа) получена из хитозана со степенью деацетилирования 82 % и степенью модификации по аминогруппам 75 %. Хитозан гидрохлорид брали в виде пленки, полученной из солянокислого раствора хитозана, который готовили растворением 0.25 г хитозана (молекулярная масса 30 кДа) со степенью деацетилирования 75 % в 50 мл 1 % раствора HCl. Пленки сушили на воздухе с последующей сушкой в вакууме до постоянной массы. Водные дисперсии ПЭК получали при температуре 25°С добавлением сукцината хитозана (0.005 %) к водным растворам гидрохлорида хитозана (0.005 %) по каплям при интенсивном перемешивании (500 об/мин) с интервалом между дозами 2 мин. При добавлении к полученному раствору новых порций раствора гидрохлорида хитозана происходило фазовое расслоение (образуется устойчивая опалесценция общей системы). Область существования дисперсий частиц ПЭК ограничивается мольным соотношением 1:10, выше которого в процессе смешения компонентов наблюдается осаждение ПЭК.
Аналитические характеристики предложенных сенсоров по результатам дифференциально-импульсного вольтамперометрического определения S- и R- энантиомеров действующего вещества препарата «Напроксен» (n = 5, P = 0.95) представлены в таблице 4.
0.11 для R- энантиомера
2.2-3.4 в плазме крови
2.3-3.3 в моче
0.8-3.0 в плазме крови
0.6-2.3 в моче
Важность компонентов БК и ALPO4-11 в формировании энантиоселективности сенсора подтверждается представленными результатами. Так сенсор СУЭ/ПЭК не содержащий этих модификаторов характеризуется невысокой энантиоселективностью - отношение токов пиков энантиомеров ip1/ip2 =1, а разница в потенциалах окисления энантиомеров (ΔEp) всего 40 мВ. Дополнительное введение в композицию ALPO4-11 или БК несколько увеличивает ΔEp и ip1/ip2, что приводит к некоторому повышению энантиоселективности сенсора. Заметное увеличение энантиоселективности сенсора наблюдается только при совместном добавлении ALPO4-11 +БК в композицию (ΔEp=60 мВ, ip1/ip2=1.40), что связано с проявлением синергетического эффекта модификаторов.
Таким образом, разработанный композитный энантиоселективный вольтамперометрический сенсор СУЭ/ПЭК-БК/ALPO4-11 для селективного распознавания и определения энантиомеров напроксена, характеризуется высокой энантиоселективностью и чувствительностью, точностью результатов измерений. Разработанные сенсоры успешно апробированы для определения энантиомеров напроксена в модельных растворах чистых энантиомеров и в биологических жидкостях. Данные сенсоры обладают широким линейным диапазоном определяемых концентраций, низкими пределами обнаружения, по значению коэффициента энантиоселективности (ip1/ip2) и ΔEp данные сенсоры сопоставимы с ранее описанными в литературе. Основными преимуществами разработанных сенсоров являются доступность, простота изготовления, низкая стоимость и стабильность.
Изобретение относится к области электрохимии и может быть использовано для улучшения энантиоселективности распознавания и определения оптически активного действующего вещества лекарственного препарата «Напроксен» в модельных растворах, а также биологических жидкостях. Энантиоселективный композитный вольтамперометрический сенсор выполнен из стеклоуглеродного электрода с нанесенным на рабочую поверхность композитным хиральным модификатором, состоящим из смеси полиэлектролитного комплекса хитозан-сукцинамид хитозана, бетулиновой кислоты и алюмофосфатного цеолита AlPO4-11, взятых в соотношении 1 мл смеси полиэлектролитного комплекса с бетулиновой кислотой к 4 мг алюмофосфатного цеолита. Изобретение обеспечивает возможность определения в широком линейном диапазоне дифференцированного по двум параметрам энантиоселективности (ip1/ip2, ΔEp) сигнала энантиомеров напроксена за счет проявления синергетического эффекта бетулиновой кислоты с алюмофосфатным цеолитом AlPO4-11, нанесенных на поверхность сенсора. 4 табл.
Энантиоселективный композитный вольтамперометрический сенсор, выполненный из стеклоуглеродного электрода с нанесенным на рабочую поверхность композитным хиральным модификатором, состоящим из смеси полиэлектролитного комплекса хитозан-сукцинамид хитозана, бетулиновой кислоты и алюмофосфатного цеолита AlPO4-11, взятых в соотношении 1 мл смеси полиэлектролитного комплекса с бетулиновой кислотой к 4 мг алюмофосфатного цеолита.
| R.A | |||
| ET AL., Chiral Selectors in Voltammetric Sensors Based on Mixed Phenylalanine/Alanine Cu(II) and Zn(II) Complexes // Inorganics, 2022, vol | |||
| Печь-кухня, могущая работать, как самостоятельно, так и в комбинации с разного рода нагревательными приборами | 1921 |
|
SU10A1 |
| Аппарат для испытания прессованных хлебопекарных дрожжей | 1921 |
|
SU117A1 |
| L | |||
| GUO ET AL., Electrochemical Sensing for Naproxen Enantiomers Using Biofunctionalized Reduced Graphene Oxide Nanosheets // J | |||
| Electrochem | |||
| Soc., 2014, vol | |||
| Вага для выталкивания костылей из шпал | 1920 |
|
SU161A1 |
| Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды | 1921 |
|
SU4A1 |
| Деревянный торцевой шкив | 1922 |
|
SU70A1 |
| CN | |||
