《Microchemical Journal》：Selective determination of Zanamivir in biological samples via a molecularly imprinted electrochemical sensor: A simple and eco-friendly approach
编辑推荐：
ZAN检测的绿色MIP-GCE传感器研究：采用光聚合法制备4-ABA/ZAN分子印迹聚合物修饰的玻璃碳电极，实现3.75×10?12–3.75×10?11 M线性检测，检测限3.06×10?13 M，通过CV、EIS、DPV和SEM验证其高灵敏度和选择性，适用于血清和尿液样本分析，并通过GAC评估为环保替代方法。
阿赫梅特·切廷卡亚（Ahmet Cetinkaya）|恩萨尔·皮斯金（Ensar Piskin）|阿卜杜拉·阿尔-法伊萨尔（Abdullah Al Faysal）|M.阿尔塔伊·乌纳尔（M. Altay Unal）|西贝尔·A·奥兹坎（Sibel A. Ozkan）|艾谢古尔·戈尔居（Ay?egül G?lcü）
土耳其安卡拉古尔哈内大学（University of Health Sciences，Gülhane）药学院分析化学系
摘要
扎那米韦（Zanamivir，简称ZAN）用于治疗由甲型和乙型流感病毒引起的感染。它作为一种新型神经氨酸酶抑制剂，而神经氨酸酶是流感病毒复制过程中关键的表面糖蛋白。在这项研究中，我们首次开发了一种基于分子印迹聚合物（Molecularly Imprinted Polymers，简称MIP）的电化学传感器，用于选择性和灵敏地检测ZAN。该传感器采用光聚合（Photopolymerization，简称PP）技术在玻璃碳电极（Glassy Carbon Electrode，简称GCE）表面制备，使用4-氨基苯甲酸（4-Aminobenzoic Acid，简称4-ABA）作为功能单体，ZAN作为模板分子。在优化实验条件下，4-ABA/ZAN@MIP-GCE传感器的检测范围为3.75×10^-12至3.75×10^-11 M，标准溶液中的检测限和定量限分别为3.06×10^-13 M和1.02×10^-12 M。电化学表征通过循环伏安法（Cyclic Voltammetry，简称CV）、电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy，简称EIS）和差分脉冲伏安法（Differential Pulse Voltammetry，简称DPV）进行，使用5.0 mM [Fe(CN)6]3-/4-溶液作为氧化还原探针来定量检测ZAN。所开发的传感器还通过扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，简称SEM）进行了表征。MIP基传感器的回收率在商业血清样本中为100.73%，在尿液样本中为101.23%。此外，还计算了该传感器的相对选择性系数（Relative Selectivity Coefficient，简称k'）。这种新设计的传感器为ZAN的快速、灵敏、经济和选择性分析提供了一种有前景的方法。通过量子化学计算评估了电极表面的电子和分子变化。绿色分析化学（Green Analytical Chemistry，简称GAC）评估表明，该传感器是传统方法的环境友好替代品。因此，所提出的传感器在商业血清和尿液样本中对ZAN的分析表现出显著的选择性、提高的灵敏度、一致的重现性和可靠性。
引言
流感是一种突然发作的病毒性呼吸道疾病，典型症状包括干咳、鼻塞和喉咙痛，可能伴有或不伴有发热、肌肉疼痛、头痛和疲劳。在某些情况下，这些症状可能导致肺部和肺外并发症，包括与神经系统、心脏系统和肾脏系统相关的问题[1]、[2]。每年大约有十亿例季节性流感病例，其中300万至500万例被归类为重症病例。这种疾病继续对全球公共卫生构成重大挑战，每年导致多达65万人因呼吸系统问题死亡。在脆弱人群（如老年人、幼儿和有既往健康问题的人）中，住院率和死亡率明显更高[3]、[4]、[5]。流感病毒是一种单链RNA病毒，分为四种类型：A型、B型、C型和D型。其中，H1N1和H3N2亚型（均属于A型流感）是导致人类急性严重呼吸道疾病的主要原因[6]。包括2009年的H1N1猪流感株在内的流行病毒感染与较高的发病率和死亡率有关。这通常需要在重症监护环境中管理复杂的患者[7]。金刚烷胺和神经氨酸酶抑制剂是两类获得众多国家批准用于治疗的抗病毒药物[8]。神经氨酸酶抑制剂（包括奥司他韦、扎那米韦（ZAN）和帕拉米韦）对所有类型的甲型和乙型流感病毒都具有抗病毒作用，既可用于治疗也可用于预防流感[9]。奥司他韦的两个主要问题是缺乏静脉制剂形式以及可能存在耐药性。
相比之下，ZAN具有更强的抗耐药性遗传屏障，通常对大多数流感突变株在体外表现出更强的活性[7]。ZAN特异性针对甲型和乙型流感病毒中的神经氨酸酶。通过结合并抑制这种酶，ZAN有效阻止病毒切割宿主细胞表面的唾液酸残基，这是新形成病毒释放和传播的关键步骤。因此，神经氨酸酶的抑制限制了新形成病毒从宿主细胞表面的释放，从而减少了流感病毒在呼吸道内的传播能力，从而显著缩短了疾病的持续时间和严重程度[10]、[11]。
已有许多方法用于定量检测ZAN及其不同剂型和生物样本中的含量。这些方法包括高效薄层色谱法（High Performance Thin Layer Chromatography，简称HPTLC）[12]、高效液相色谱法（High Performance Liquid Chromatography，简称HPLC）[13]、[14]、亲水相互作用色谱-串联质谱法（Hydrophilic Interaction Chromatography-Tandem Mass Spectrometry，简称HILIC-MS/MS）[15]、[16]、[17]、液相色谱-串联质谱法（Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry，简称LC-MS-MS）[18]以及电化学方法[19]。大多数用于检测ZAN的方法耗时较长、成本较高且对环境不友好，需要专业人员的操作。近年来，由于电化学方法具有成本效益、易于使用、便携性强、响应迅速、选择性高、灵敏度高、操作简便、检测限低以及良好的重复性和再现性，人们对电化学方法越来越感兴趣[20]、[21]。
传统的电化学传感器通常被认为是单信号响应技术，在复杂环境中容易受到背景噪声的影响，从而导致检测准确性和稳定性下降。为了解决这些问题，人们使用分子印迹聚合物（MIPs）来制造新型电化学传感器[22]、[23]。MIPs是具有独特选择性识别位点的大分子聚合物实体，这些位点专门为模板分析物分子设计。近年来，MIPs已成为开发用于检测各种分析物的修饰电极中最广泛使用的材料之一[24]、[25]。MIPs的合成涉及在模板分子存在下聚合功能单体。去除模板后，会形成尺寸、形状和化学功能互补的三维分子识别腔体。这些腔体能够以高特异性重新吸附目标分子，从而为分析提供足够的选择性[26]、[27]、[28]、[29]、[30]。与天然抗体相比，MIPs具有更高的选择性、更简单的制备过程和更长的稳定性。
此外，MIPs对极端pH值、温度波动和离子强度变化具有更强的抵抗力[31]、[32]。根据具体需求，MIPs可通过多种方法合成，包括批量聚合（Bulk Polymerization）、原位聚合（In situ Polymerization）、控制自由基聚合（Controlled Free-Radical Polymerization）、光聚合（Photopolymerization）和电聚合（Electropolymerization）[33]、[34]。然而，由于光聚合方法具有更好的再现性、简单的操作过程、对传感器表面的强附着力和快速实施能力，因此更受青睐[35]、[36]。在这项研究中，我们在玻璃碳电极（GCE）上开发了一种创新的绿色MIP基电化学传感器用于检测ZAN。据我们所知，这是首次使用光聚合（PP）技术在GCE表面制备ZAN传感器的文献记录，其中使用了4-氨基苯甲酸（4-ABA，功能单体）、2-羟基乙基甲基丙烯酸酯（HEMA，碱性单体）、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA，交联剂）和2-羟基-2-甲基丙酮（UV引发剂）作为MIP组分。通过电化学阻抗谱（EIS）、循环伏安法（CV）和扫描电子显微镜（SEM）对表面修饰的电极进行了全面表征。使用商业血清和尿液样本评估了该传感器的适用性，显示出对ZAN的显著灵敏度和选择性。即使在存在化学相似物质和代谢物的情况下，4-ABA/ZAN@MIP-GCE传感器也表现出对ZAN的显著选择性，结果令人鼓舞。
此外，还进行了理论计算以分析电极表面的变化和模板效应。与其他文献中的研究相比，该传感器表现出更高的灵敏度。这种新开发的传感器能够选择性地、灵敏地、快速且经济地分析各种生物混合物中的ZAN。
试剂和化学品
活性药物成分ZAN以及其他聚合所需的试剂，包括HEMA（≥99.0%）、EGDMA（≥98.0%）、2-羟基-2-甲基丙酮（≥97.0%）和4-ABA（≥99.0%），均从默克公司（Merck，德国达姆施塔特）获得。此外，还使用了其他试剂，如氰化钾（≥99%）、铁氰化钾（≥99%）、氯化钾（≥99%）、多巴胺（DOP）（99.0%）、抗坏血酸（AA）（≥99.0%）、冰醋酸（HAc）（99.0%）和尿酸（UA）（≥
表面表征
通过SEM分析研究了聚合物薄膜的形态和化学特性。图1A、B和C分别展示了4-ABA/ZAN@MIP-GCE和4-ABA/ZAN@NIP-GCE的表面图像，放大倍数为5.00 KX。根据SEM图像，在去除模板前后，基于MIP的传感器表面形态存在明显差异。如图1A所示，在去除模板之前，MIP表面相对光滑
结论
本研究详细描述了一种绿色MIP基电化学传感器的制备和有效应用，该传感器能够高选择性和特异性地检测ZAN。4-ABA/ZAN@MIP-GCE传感器表现出出色的分析能力，具有快速响应、高灵敏度和强大的选择性，成功用于商业血清和尿液样本中ZAN的定量检测。对传感器进行了全面表征
CRediT作者贡献声明
阿赫梅特·切廷卡亚（Ahmet Cetinkaya）：撰写——审阅与编辑、可视化、软件、方法学、研究、数据分析。恩萨尔·皮斯金（Ensar Piskin）：撰写——审阅与编辑、验证、软件、方法学、研究、数据分析。阿卜杜拉·阿尔-法伊萨尔（Abdullah Al Faysal）：撰写——初稿撰写、可视化、软件、方法学、研究、数据分析。M.阿尔塔伊·乌纳尔（M. Altay Unal）：撰写——初稿撰写、可视化、软件、方法学、研究、数据分析。西贝尔·A·奥兹坎（Sibel A. Ozkan）：撰写——审阅与编辑
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢伊斯坦布尔技术大学（Istanbul Technical University，科学研究项目部门）在TGA-2023-44021项目下的支持。
