ХИРАЛЬНЫЙ КОМПОЗИТНЫЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ СЕНСОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНАНТИОМЕРОВ ПРОПРАНОЛОЛА Российский патент 2024 года по МПК G01N27/48 G01N33/48 G01N33/49 G01N33/493 

Изобретение относится к области электроаналитической химии, а именно совершенствованию определения в водных растворах, моче и плазме крови оптически активного действующего вещества лекарственного препарата «Пропранолол».

Энантиомерная чистота является важным показателем качества препарата «Пропранолол», т.к. энантиомеры действующего вещества обладают разным биологическим действием. Известно, что требуемый лечебный эффект на сердечно-сосудистую деятельность оказывает только S-энантиомер, а R-энантиомер обладает более широким спектром действия (является селективным антагонистом аденозина, применяется против бактерий, передающихся половым путем, стимулирует гладкую мускулатуру матки), но не идентичен S-энантиомеру в качестве β-адреноблокатора. Именно R-энантиомер в лекарственной форме «Пропранолол» обуславливает его непрогнозируемые побочные эффекты, приводит к повышению дозы препарата, увеличению метаболической нагрузки на организм полому современной тенденцией улучшения препарата «Пропранолол» является замена рацемической субстанции на энантиочистое действующее вещество. Кроме того, данный препарат выпускается большим количеством производителей, поэтому востребованным является доступный, недорогой и экспрессный контроль качества, совмещенный с определением энантиомерной чистоты препарата «Пропранолол» и отслеживание особенностей метаболизма действующего вещества у индивидуальных пациентов при стационарном и амбулаторном, лечении.

1. Известны сенсоры на основе стеклоуглеродного электрода (СУ)), в которых в качестве связующего компонента использованы: поли(фен) [А. Kassa, A. Benor, G. T. Tigineh and A. Abebe, Characterization and Application of a Synthesized Novel Poly(chlorobis(1,10-phenanthroline)resorcinolcobalt(II) chloride)- Modified Glassy Carbon Electrode for Selective Voltammetric Determination of Cefadroxil in Pharmaceutical Formulations, Human Urine, and Blood Serum Samples // ACS Omega. 2023, vol. 8, pp.15181-15192.], поли(L-Cys) [E. Sohoulia, M. Ghalkhani, M. Rostami, M. Ruhimi-Nasrabadi and F. Ahmadi, A noble electrochemical sensor based on TiO2@CuO-N-rGQ and poly (Lcysteine) nanocomposite applicable for trace analysis of ilunitrazepam // Mater. Sci. Eng., 2020, no. 117, pp.111300.], поли(L-Arg) [S. K. Anand, M. R. Mathew, J. Radecki, H. Radecka and K. G. Kumar, Individual and simultaneous voltammctric sensing of norepinephrine arid tyramine based on poly(L-arginine)/reduecd graphene oxide composite film modified glassy carbon electrode // J. Electroanal. Chem., 2020, vol. 878, pp.114531.]. PoAP [L. Zhang and E.-E. Wang, Electrochemical Synthesis of a Polyaniline Network on a Polyl(o-aminopbenol) Modified Glassy Carbon Electrode and Its Else 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.-FAVang, 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 levofloxocin determination in pharmaceuticals // Sens. Actuators, H. 2012, vol. 174, pp. 202-209.]. Эффективная площадь поверхности (А) и сопротивление переносу заряда (R_et) известных композитных сенсоров представлены в таблице 1.

Недостатками данных сенсоров являются низкая эффективная площадь поверхности и высокое сопротивление переносу заряд.

2. Известны сенсоры для определения энантиомеров пропранолола, в которых в качестве хирального модификатора использованы СУЭ/ПАФ/α-ЦД, СУЭ/ПАФ/β-ЦД, СУЭ/ПАФ/MA, СУЭ/ПАФ/ЦК [Р.А. Зильберг, Ю.А. Яркаева, Ю.Р. Проворова, В.Ю. Гуськов и В.Н. Майстренко, Вольтамперометрическое определение энантиомеров пропранолола в модельных растворах лекарственных форм и биологических жидкостях // Аналит. и контроль, 2018. т.22, №3. с. 292-302.], СУЭ/ctDNA/nanoAu-MB-МУНТ (Q. Zhang. L. Guo, Y. Huang, Y. Chen. D. Guo. С. Chen and Y. Fu. An electrochemical chiral sending platform for propranolol enantiomers based on size-controlled gold nanocomposite // Sensor. Actuator. B, 2014, vol. 199, pp.239-246]. В таблице 2 представлены аналитические характеристики некоторых модификаторов, описанных в литературе.

Недостатками данных сенсоров являются высокое значение предела обнаружения и узкий линейный диапазон концентрации.

3. Известны сенсоры для определения энантиомеров пропранолола на основе молекулярного импринтинга (МИП): СУЭ/МИП/МУНТ [Н.-Х. Li, X.-L. Xu, Н. Chen, S. Zhang and J.-F, Kong, Fabrication of Molecularly Imprinted Electrochemical Sensor for Selective Detection of Propranolol Hydrochloride // Chin. J. Anal. Chem., 2012. vol. 40, no. 6, pp. 817-822.]. МИП-cappedCDs [R. Shariati, B. Rezaei, Н. R. Jamei and A. A. Ensafi. Manufacturing of a Sensitive and Selective Optical Sensor Based on Molecularly Imprinted Polymers and Green Carbon Dots Synthesized from Cedrus Plant for Trace Analysis of Propranolol //J. Anal. Sci., 2019, vol. 35, pp. 1-24.]. В таблице 3 представлены аналитические характеристики МИП сенсоров, описанных в литературе.

Недостатком МИП-сенсоров является использование сложной методики модифицирования поверхности для создания молекулярных отпечатков и необходимость качественного удаления молекул темплатов для получения воспроизводимых результатов.

4. Известны сенсоры на основе ПЭК для определения энантиомеров пропранолола, в которых в качестве хирального модификатора использованы индивидуальные хелатные комплексы [Cu(L-Phe)(Gly)], [Zn(L-Phe)₂], [Cu(L-Phe)₂] [P.A. Зильберг, Л.P. Загитова, И.В. Вакулин, Ю.А. Яркаева, Ю.Б. Терес и Т.В. Берестова, Энантиоселективные вольтамперометрические сенсоры на основе аминокислотных комплексов Cu(II), Со(III), Zn(II) // Журн. Аналит. Химии. 2021, Т. 76, №12. с. 1-12.], СУЭ/ПЭК-[Cu(S-PheH)₂], СУЭ/ПЭК-[Cu(S-AlaH)₂], СУЭ/ПЭК-[Zn(S-Phe)₂(H₂O)]. СУЭ/ПЭК-(Zn(S-AlaH)₂(H₂O)] [R.A. Zilberg, T.V. Berestova, R.R. Gizatov. Y.B. Teres. M.N. Galimov and E.O. Bulysheva, Chiral Selectors in Voltammelric Sensors Based on Mixed Phenylalanine/Alanine Cu(II) and Zn(II) Complexes // Inorganics, 2022. vol. 10, pp.117.]. В таблице 4 представлены аналитические характеристики данных сенсоров, описанных в литературе.

Недостатками данных сенсоров являются невозможность одновременного достижения высоких значении отношения токов пиков энантиомеров (i_p1/i_p2) и разностей потенциалов их окисления (ΔE_p), что и определяет их недостаточную энантиоселективность.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка доступного, недорого вольтамперометрического сенсора, который позволяет определять энантиочистоту препарата «Пропранолол» в водных растворах, моче и плазме крови с помощью дифференциально-импульсной вольтамперометрии (ДИВ) без применения сложной и дорогостоящей процедуры молекулярного импринтинга.

Техническим результатом изобретения является возможность стабильного распознавания с высокой чувствительностью и определения с хорошей точностью содержания индивидуальных энантиомеров оптически активного действующего вещества лекарственного препарата «Пропранолол» электроаналитическим методом в водных растворах, в моче и плазме крови.

Поставленная задача решается, а указанный технический результат достигается за счет применения различающего аналитические сигналы энантиомеров 1-[(1-Метилэтил)амино]-3-(1-нафталенилокси)-2-пропанола энантиоселективного вольтамперометрического сенсора, выполненного из стеклоуглерода с рабочей поверхностью покрытой пленкой энантиодифференцирующего модификатора состоящего из смеси хелатных комплексов бис-S-аланилата меди (II) с бис-S-фенилаланилата меди (II) или аква бис-S-аланилата цинка (II) и аква бис-S-фенилаланилата цинка (II) в пропорции 1:1 мас. с полиэлектролитным комплексом хитозан-сукцинамид хитозана, взятых в соотношении 0.002 г смеси хелатных комплексов на 2 мл 0.005% раствора полиэлектролитного комплекса хитозан-сукцинамид хитозана.

Предложенное техническое решение отличается тем, что в качестве хирального модификатора использованы смеси хелатных комплексов: бис-S-аланилат меди (II) с бис-S-фенилаланилатом меди (II) или аква бис-S-аланилат цинка (II) c аква бис-фенилаланилатом цинка (II) в пропорции 1:1 мас., с полиэлектролитным комплексом хитозан-сукцинамид хитозана (ПЭК) в соотношении 0.002 г смешанного хелатного комплекса на 2 мл 0.005% раствора ПЭК. Преимуществами предложенных модификаторов являются дешевизна, простота получения, более низкий предел обнаружения и широкий линейный диапазон концентраций, при сопоставимых значениях коэффициентов энантиоселективности (i_p1/i_p2 и разность Red/Ox потенциалов -ΔE_p) (Табл. 5).

Предложенное техническое решение отличается тем, что при сопоставимых значениях линейного диапазона определяемых концентраций энантиоселективность обеспечивается простой процедурой нанесения хирального модификатора в смеси с ПЭК без задействования методики молекулярного импринтинга (Табл. 5).

Предложенный хиральный сенсор представляет собой стеклоуглеродный электрод в сочетании с необходимыми химическими компонентами, которые придают сенсору способность детектировать аналитический сигнал (S)-1-[(1-Метилэтил)амино]-3-(1-нафталенилокси)-2-пропанола. Хиральный 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 смесь хелатных комплексов бис-S-аланилата меди (II) с бис-S-фенилаланилатом меди (II) или аква бис-S-аланилата цинка (II) с аква бис-S-фенилаланилатом цинка (II) в мольной пропорции 1:1. Для нивелирования диэлектрических свойств хирального модификатора, его закрепления на рабочей поверхности тела сенсора и увеличения эффективной площади поверхности сенсора, модификатор наносится в смеси со связующим компонентом. В качестве связующего компонента используется токопроводящий полиэлектролитный комплекс хитозан-сукцинамид хитозана.

Реализацию предложенного хирального сенсора иллюстрируют следующие примеры:

1) Методика приготовления СУЭ/ПЭК-(Cu(S-Ala)₂]-[Cu(S-Phe)₂]

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 к Да) со степенью деацетилирования 75% в 50 мл 1% раствора HCl. Пленки сушили па 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 облюй системы). Область существования дисперсий частиц ПЭК этих полисахаридов ограничена молярным соотношением, равным 0.1, выше которого уже в процессе смешения компонентов наблюдается осаждение комплекса. Для получения композита взвешенную порцию 0.002 г смеси [Cu(S-Ala)₂] и [Cu(S-Phe)₂] (1:1 масс.) растворяли в 2 мл ПЭК и выдерживали в течение 6 мин в ультразвуковой ванне с последующей филы рацией на белом ленточном фильтре.

2) Методика приготовления СУЭ/ПЭК-[/Zn(S-Ala)₂(H₂O)]-[Zn(S-Phe)₂(H₂O)] Натриевая соль сукцинамида хитозана (молекулярная масса 200 к Да) 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%) но 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 этих полисахаридов ограничена молярным соотношением, равным 0.1, выше которого уже в процессе смешения компонентов наблюдается осаждение комплекса. Для получения композита взвешенную порцию 0.002 г смеси [Zn(S-Ala)₂(H₂O)] и [Zn(S-Phe)₂(H₂O)] (1:1 масс.) растворяли в 2 мл ПЭК и выдерживали в течение 6 мин в ультразвуковой ванне с последующей фильтрацией на белом ленточном фильтре. Аналитические характеристики предложенных сенсоров по результатам дифференциально-импульсного вольтамперометрического определения S- и R-энантиомеров действующего вещества препарата «Пропранолол» (n=5, Р=0.95) представлены в таблице 5.

Из представленных в таблице 5 аналитических характеристик следует, что разработанные композитные вольтамперометрические сенсоры для селективного распознавания и определения энантиомеров пропранолола. характеризуются высокой чувствительностью и точностью результатов измерений. Разработанные сенсоры успешно апробированы для определения энантиомеров пропранолола в модельных растворах чистых энантиомеров и в биологических жидкостях. Данные сенсоры обладают широким линейным диапазоном определяемых концентраций, низкими пределами обнаружения, по значению коэффициента энантиоселективности (i_p1/i_p2) и ΔE_p данные сенсоры сопоставимы с ранее он пса иными в литературе. Основными преимуществами разработанных сенсоров являются доступность, простота изготовления, низкая стоимость и стабильность.

Изобретение относится к области электроаналитической химии, а именно к совершенствованию определения в водных растворах, моче и плазме крови оптически активного действующего вещества лекарственного препарата «Пропранолол». Предложен хиральный композитный вольтамперометрический сенсор, различающий аналитические сигналы энантиомеров пропранолола, выполненный из стеклоуглерода с рабочей поверхностью, покрытой пленкой энантиодифференцирующего модификатора, состоящего из смеси хелатных комплексов бис-S-аланината меди (II) и бис-S-фенилаланината меди (II) или аква бис-S-аланината цинка (II) и аква бис-S-фенилаланината цинка (II) в пропорции 1:1 мас., с полиэлектролитным комплексом хитозан-сукцинамид хитозана, взятых в соотношении 0.002 г хелатного комплекса на 2 мл 0.005% раствора полиэлектролитного комплекса хитозан-сукцинамид хитозана. Техническим результатом изобретения является возможность определения содержания в водных растворах, моче и плазме крови индивидуальных энантиомеров оптически активного действующего вещества лекарственного препарата «Пропранолол» электроаналитическим методом. 5 табл.

Хиральный композитный вольтамперометрический сенсор, различающий аналитические сигналы энантиомеров пропранолола, выполненный из стеклоуглерода с рабочей поверхностью, покрытой пленкой энантиодифференцирующего модификатора, состоящего из смеси хелатных комплексов бис-S-аланината меди (II) и бис-S-фенилаланината меди (II) или аква бис-S-аланината цинка (II) и аква бис-S-фенилаланината цинка (II) в пропорции 1:1 мас., с полиэлектролитным комплексом хитозан-сукцинамид хитозана, взятых в соотношении 0.002 г хелатного комплекса на 2 мл 0.005% раствора полиэлектролитного комплекса хитозан-сукцинамид хитозана.