ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ СЕНСОР ДЛЯ ЭНАНТИОМЕРОВ НАПРОКСЕНА НА ОСНОВЕ ПАСТОВОГО ЭЛЕКТРОДА, МОДИФИЦИРОВАННОГО ХИРАЛЬНЫМ КОМПЛЕКСОМ НИКЕЛЯ (II) Российский патент 2025 года по МПК G01N27/30 G01N27/48 

Изобретение относится к области электроаналитической химии, а именно совершенствованию количественного определения энантиомеров напроксена (Nap), действующего вещества широкой группы противовоспалительных препаратов, в модельных растворах, биологических жидкостях, а также фармацевтических препаратах без их предварительного выделения из таблетированных (лекарственных) форм.

Энантиомерная чистота Nap является важным показателем качества нестероидных противовоспалительных препаратов «Напроксен», поскольку из его двух существующих оптических S- и R-форм, только S-изомер обладает терапевтическим эффектом, в то время как R-изомер проявляет фармацевтическую активность в 28 раз слабее и негативно влияет на функцию и анатомическое строение тканей печени. Препараты, содержащие Nap, широко используются в качестве противовоспалительного, анальгезирующего, жаропонижающего средства и выпускаются большим количеством производителей, поэтому экспрессный, высокоэффективный и недорогой контроль качества, способный определять энантиомерную чистоту содержащегося Nap, отслеживать особенности метаболизма действующего вещества у индивидуальных пациентов при стационарном и амбулаторном лечении является востребованным. Требования, предъявляемые к данному анализу, выполняются посредством использования электроаналитических методов с применением энантиоселективных вольтамперометрических сенсоров, отвечающих за качество определения энантиомерной чистоты Nap.

1. Известны сенсоры для распознавания и определения энантиомеров Nap на основе следующих модификаторов:

- GCE/rGO-TsPro-Cs [L.R. Zagitova, Y.A. Yarkaeva, V.V. Zagitov, M.I. Nazyrov, S. Gainanova, V.N. Maistrenko, Voltammetric chiral recognition of naproxen enantiomers by N-tosylproline functionalized chitosan and reduced graphene oxide based sensor // J. Electroanal. Chem., 2022, vol. 922, № 413, pp. 116744],

- CNF/Au/PANI/CPE [M. Afzali, Z. Jahromi, R. Nekooie, Sensitive voltammetric method for the determination of naproxen at the surface of carbon nanofiber/gold/polyaniline nanocomposite modified carbon ionic liquid electrode // Microchem. J., 2018].

Срок хранения вышеперечисленных сенсоров представлен в таблице 1.

Таблица 1

Сенсор Срок хранения, дни GCE/rGO-TsPro-Cs 7 CNF/Au/PANI/CPE 10

Описанные сенсоры обладают низкой стабильностью.

2. Известны сенсоры для распознавания и определения энантиомеров Nap на основе следующих хиральных модификаторов:

- L-CYS/AuNPs/Au [A. Afkhami, F. Kafrashi, M. Ahmadi, 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, № 72, pp. 58609],

- GCE/L-Cys/RGO [M. Jafari, J. Tashkhourian, G. Absalan, Electrochemical chiral recognition of naproxen using L-cysteine/reduced graphene oxide modified glassy carbon electrode // Anal. Bioanal. Chem. Res., 2020, vol. 7, № 1, pp. 1],

- GCE/TBO@rGO [L. Guo, Y. Huang, Q. Zhang, C. Chen, D. Guo, Y. Chen, Y. Fu, Electrochemical sensing for naproxen enantiomers using biofunctionalized reduced graphene oxide nanosheets // J. Electrochem. Soc., 2014, vol. 161, № 4, pp. B70],

- GCE/rGO-TsPro-Cs [L. R. Zagitova, Y. A. Yarkaeva, V. V. Zagitov, M. I. Nazyrov, S. Gainanova, V. N. Maistrenko, Voltammetric chiral recognition of naproxen enantiomers by N-tosylproline functionalized chitosan and reduced graphene oxide based sensor // J. Electroanal. Chem., 2022, vol. 922, № 413, pp. 116744],

- СУЭ/β-CD/EG [S. Ebrahimi, A. Afkhami, T. Madrakian, Target -responsive host-guest binding driven dual-sensing readout for enhanced electrochemical chiral analysis // The Analyst., 2021, vol. 146, № 15, pp. 4865],

- GCE/PEC-[Cu(S-Ala)₂]-[Cu(S-Phe)₂], GCE/PEC-[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, № 117],

- GCE/PEC-BA/AEL [R. A. Zilberga, V. N. Maistrenkoa, Yu. B. Teres, I. V. Vakulin, E. O. Bulysheva, A. A. Seluyanova, A voltammetric sensor based on aluminophosphate zeolite and a composite of betulinic acid with a chitosan polyelectrolyte complex for the identification and determination of naproxen enantiomers // J. Anal. Chem., 2023, vol. 78, No. 7, pp. 933-944].

Сравнение аналитических характеристик приведено в таблице 2.

Таблица 2

Сенсор Предел обнаружения, мкмоль Линейный диапазон определяемых концентраций, мкмоль i_p1/i_p2 ΔE_p, мВ L-CYS/AuNPs/Au 0.67 2 - 20 5.4 110 GCE/L-Cys/RGO 0.35 для S-Nap
2.5 для R-Nap 5.0 - 130 3.4 220 GCE/TBO@rGO 0.33 500 - 1300 2.29 - GCE/rGO-TsPro-Cs 0.41 20 - 500 1.4 40 СУЭ/β-CD/EG 0.07 0.4 - 6 2.26 - GCE/PEC-[Cu(S-Ala)₂]-[Cu(S-Phe)₂] 0.30 для S-Nap
0.38 для R-Nap 25 - 1000 1.27 30 GCE/PEC-[Zn(S-Ala)₂ (H₂O)]-[Zn(S-Phe)₂ (H₂O)] 0.38 для S-Nap
0.42 для R-Nap 25 - 1000 1.12 20 GCE/PEC-BA/AEL 0.107 для R-Nap
0.147 для S-Nap 25 - 1000 1.40 60

Данные сенсоры имеют энантиодифференцированный аналитический сигнал только по первому пику электроокисления Nap (коэффициент энантиоселективности (i_p1/i_p2)).

3. Известны сенсоры для распознавания и определения энантиомеров Nap на основе следующих хиральных модификаторов:

- L-CYS/AuNPs/Au [A. Afkhami, F. Kafrashi, M. Ahmadi, 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, № 72, pp. 58609],

- GCE/TBO@rGO [L. Guo, Y. Huang, Q. Zhang, C. Chen, D. Guo, Y. Chen, Y. Fu, Electrochemical sensing for naproxen enantiomers using biofunctionalized reduced graphene oxide nanosheets // J. Electrochem. Soc., 2014, vol. 161, № 4, pp. B70],

- GCE/rGO-TsPro-Cs [L. R. Zagitova, Y. A. Yarkaeva, V. V. Zagitov, M. I. Nazyrov, S. Gainanova, V. N. Maistrenko, Voltammetric chiral recognition of naproxen enantiomers by N-tosylproline functionalized chitosan and reduced graphene oxide based sensor // J. Electroanal. Chem., 2022, vol. 922, № 413, pp. 116744],

- СУЭ/β-CD/EG [S. Ebrahimi, A. Afkhami, T. Madrakian, Target -responsive host-guest binding driven dual-sensing readout for enhanced electrochemical chiral analysis // The Analyst., 2021, vol. 146, № 15, pp. 4865].

Сравнение аналитических характеристик приведено в таблице 3.

Таблица 3

Сенсор Предел обнаружения, мкмоль Линейный диапазон определяемых концентраций, мкмоль i_p1/i_p2 ΔE_p, мВ L-CYS/AuNPs/Au 0.67 2 - 20 5.4 110 GCE/TBO@rGO 0.33 500 - 1300 2.29 - GCE/rGO-TsPro-Cs 0.41 20 - 500 1.4 40 СУЭ/β-CD/EG 0.07 0.4 - 6 2.26 -

Данные сенсоры обладают узким линейным диапазоном концентраций, что ограничивает их применение в электрохимическом распознавании энантиомеров Nap.

4. Известны сенсоры для определения энантиомеров Nap на основе молекулярного импринтинга (MIP):

- MIP/MWCNTs/Fe₃O₄-CuO-ZnO/CPE [M. Vahidifar, Z. Es’haghi, N. M. Oghaz, A. A. Mohammadi, 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],

- NiFe LDH/Au [G. Muruganandama, S. Srinivasan, N. Nesakumar, G. Hariharan, B. M. Gunasekaran, Electrochemical investigation on naproxen sensing and steady-state diffusion analysis using Ni-Fe layered double hydroxide modified gold electrode // Measurement, 2023, vol. 220, pp. 113389],

- MIP@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].

В таблице 4 представлены аналитические характеристики MIP-сенсоров, описанных в литературе.

Таблица 4

Сенсор Предел обнаружения, мкмоль Линейный диапазон определяемых концентраций, мкмоль i_p1/i_p2 ΔE_p, мВ MIP/MWCNTs/Fe₃O₄-CuO-ZnO/CPE 0.001 0.005 - 100 - - NiFe LDH/Au 0.32 1 - 307 - - MIP@CDs 0.03 0.05 - 4 - -

Недостатками данных MIP-сенсоров являются использование сложной методики изготовления и необходимость качественного удаления молекул темплатов для получения воспроизводимых результатов и отсутствие энантиоселективности.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка экспрессного, недорогостоящего, стабильного и высокочувствительного энантиоселективного вольтамперометрического сенсора, позволяющего определять энантиомерную чистоту фармацевтических препаратов «Напроксен» в модельных растворах, биологических жидкостях и таблетированных формах без предварительного выделения действующего вещества с помощью дифференциально-импульсной вольтамперометрии.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности определения содержания отдельных энантиомеров оптически активного действующего вещества фармацевтических препаратов «Напроксен» в модельных растворах, биологических жидкостях и таблетированных формах без предварительного выделения действующего вещества с использованием вольтамперометрического метода.

Поставленная задача решается, а указанный технический результат достигается за счет применения энантиоселективного вольтамперометрического сенсора на основе пастового электрода из графитированной термической сажи Carboblack C, предварительно модифицированной хиральным комплексом никеля(II) с хлорид-анионом на основе (S)-(2-аминометил)пирролидина и 3,5-дитретбутилсалицилового альдегида. Оптимальное соотношение хиральный модификатор : сажа подобрано, как 1 массовая часть комплекса на 100 массовых частей Carboblack C.

Предложенное техническое решение отличается тем, что в качестве хирального модификатора использован хиральный комплекс никеля - (S)-Ni^II-Cl, преимуществом которого является стабильность на воздухе и в водных растворах, что обеспечивает более длительный срок хранения предложенного сенсора, по сравнению с другими, описанными в литературе (Таблица 1).

Предложенное техническое решение отличается тем, что хиральный модификатор (S)-Ni^II-Cl обеспечивает энантиодифференцированный аналитический сигнал сразу по двум пикам электроокисления Nap, а также имеет низкую себестоимость, по сравнению с другими хиральными модификаторами, описанными в литературе (Таблица 2).

Предложенное техническое решение отличается тем, что хиральный модификатор (S)-Ni^II-Cl обеспечивает больший линейный диапазон концентраций (два порядка), по сравнению с другими хиральными модификаторами, описанными в литературе (Таблица 3).

Предложенное техническое решение отличается тем, что при сопоставимых значениях линейного диапазона определяемых концентраций, энантиоселективность обеспечивается простой процедурой нанесения хирального модификатора (S)-Ni^II-Cl на частицы графитированной термической сажи Carboblack C без задействования методики молекулярного импринтинга (Таблица 4).

Предложенный энантиоселективный вольтамперометрический сенсор состоит из не менее трех основных компонентов - тела сенсора, выполненного из цилиндрического тефлонового корпуса и латунной проволоки в качестве электрического коллектора, графитированной термической сажи Carboblack C и хирального модификатора - энантиомерно чистого комплекса никеля(II) с хлорид-анионом на основе (S)-(2-аминометил)пирролидина и 3,5-дитретбутилсалицилового альдегида (S)-Ni^II-Cl, который придает сенсору способность к детектированию аналитического сигнала натриевой соли (S)-6-метокси-α-метил-2-нафталинуксусной кислоты. Для связывания модифицированной хиральным комплексом (S)-Ni^II-Cl графитированной термической сажи Carboblack С и создания пастообразной массы используется сквалан.

Реализацию предложенного хирального сенсора иллюстрируют следующие примеры:

Методика приготовления CBPE/(S)-Ni^II-Cl.

Модифицированный пастовый электрод получали тщательным перемешиванием смеси из 1 г графитированной термической сажи CarboblackC и 1 мл раствора модификатора, который готовили из точно взвешенной навески 0.01 г (S)-Ni^II-Cl растворенной в 1 мл хлороформа. Полученную смесь помещали в сушильный шкаф на 15 минут при температуре 50°C, после чего к полученному образцу добавляли 0.04 г (2 капли) сквалана и тщательно перемешивали. Подготовленная паста переносилась в полость тефлоновой трубки.

В таблице 5 представлены аналитические характеристики предложенного сенсора для распознавания и определения S- и R- энантиомеров Nap (n = 5, P = 0.95).

Таблица 5

Сенсор CBPE/(S)-Ni^II-Cl Предел обнаружения, мкмоль 0.531 для S-Nap (1 пик)
0.496 для S-Nap (2 пик)
0.740 для R-Nap (1 пик)
0.679 для R-Nap (2 пик) Линейный диапазон определяемых концентраций, мкмоль 50 - 1000 для S-Nap
200 - 1000 для R-Nap i_p1/i_p2 1.43 (по 1 пику)
1.27 (по 2 пику) ΔE_p, мВ 10 (по каждому пику) Относительное стандартное отклонение, % По 1 пику:
0.8 - 2.0 в модельных растворах
1.7 - 4.7 в плазме крови
3.1 - 3.9 в моче
По 2 пику:
1.1 - 2.1 в модельных растворах
1.6 - 3.8 в плазме крови
2.0 - 3.1 в моче
По 1 пику:
1.6 - 2.3 в налгезине (Производитель: АО "КРКА, д.д. Ново место" Словения)
1.9 - 2.4 в тераливе (Производитель: АО "БАЙЕР" Россия)
1.7 - 2.1 в нексемезине (Производитель: АО "Фармасинтез" Россия)
По 2 пику:
1.2 - 2.2 в налгезине (Производитель: АО "КРКА, д.д. Ново место" Словения)
1.9 - 2.6 в тераливе (Производитель: АО "БАЙЕР" Россия)
2.1 - 2.2 в нексемезине (Производитель: АО "Фармасинтез" Россия) Правильность, % По 1 пику:
99.6 - 100.7 в модельных растворах
99.6 - 100.7 в плазме крови
99.7 - 101.3 в моче
По 2 пику:
99.3 - 102.0 в модельных растворах
99.7 - 101.0 в плазме крови
99.3 - 101.0 в моче
По 1 пику:
99.7 - 100.2 в налгезине (Производитель: АО "КРКА, д.д. Ново место" Словения)
99.2 - 100.0 в тераливе (Производитель: АО "БАЙЕР" Россия)
99.7 - 100.4 в нексемезине (Производитель: АО "Фармасинтез" Россия)
По 2 пику:
100.8 - 101.3 в налгезине (Производитель: АО "КРКА, д.д. Ново место" Словения)
99.6 - 101.0 в тераливе (Производитель: АО "БАЙЕР" Россия)
100.2 - 100.7 в нексемезине (Производитель: АО "Фармасинтез" Россия) Стабильность при хранении, дни 20

Из представленных в Таблице 4 аналитических характеристик следует, что разработанный энантиоселективный вольтамперометрический сенсор обладает хорошей стабильностью, широким линейным диапазоном определяемых концентраций, возможностью дискриминации энантиомеров Nap по двум пикам окисления c высокими коэффициентами энантиоселективности (i_p1/i_p2), разностью потенциалов (ΔE_p), а также низким пределом обнаружения, что позволяет проводить высокоточное количественное определение энантиомеров Nap в модельных растворах, биологических жидкостях и таблетированных формах без предварительного выделения действующего вещества. Разработанный сенсор характеризуется низкой стоимостью, простотой изготовления, доступностью, а также воспроизводимостью результатов анализа.

Изобретение относится к области электроаналитической химии. Энантиоселективный вольтамперометрический сенсор согласно изобретению выполнен на основе пастового электрода из графитированной термической сажи Carboblack C, предварительно модифицированной хиральным комплексом никеля(II) с хлорид-анионом на основе (S)-(2-аминометил)пирролидина и 3,5-дитретбутилсалицилового альдегида (S)-Ni^II-Cl, взятым в соотношении 1 массовая часть комплекса на 100 массовых частей Carboblack C. Изобретение обеспечивает возможность определения содержания отдельных энантиомеров оптически активного действующего вещества фармацевтических препаратов «Напроксен» в модельных растворах, биологических жидкостях и таблетированных формах без предварительного выделения действующего вещества с использованием вольтамперометрического метода. 5 табл.

Энантиоселективный вольтамперометрический сенсор на основе пастового электрода из графитированной термической сажи Carboblack C, предварительно модифицированной хиральным комплексом никеля(II) с хлорид-анионом на основе (S)-(2-аминометил)пирролидина и 3,5-дитретбутилсалицилового альдегида (S)-Ni^II-Cl, взятым в соотношении 1 массовая часть комплекса на 100 массовых частей Carboblack C.