一种纳米复合电化学传感器，用于首次实现基于吸附控制的伏安法检测药物和生物基质中的匹佐替芬（pizotifen）

《Microchemical Journal》：A nanocomposite electrochemical sensor for the first adsorption-controlled voltammetric sensing of pizotifen in pharmaceutical and biological matrices

基于ZnO-NPs/MWCNT的碳糊电极开发用于Pizotifen的伏安分析法，具有灵敏度高（线性范围0.2-8.0 μM）、检测限低（0.5 μM）和环境友好特性，成功应用于药片及血浆中Pizotifen的定量分析。

　　

艾哈迈德·埃马德·F·阿巴斯（Ahmed Emad F. Abbas）| 莱蒂法·A·阿尔-卡提布（Lateefa A. Al-Khateeb）| 奥姆库尔索姆·阿尔-卡马利（Omkulthom Al Kamaly）| 马哈茂德·A·坦塔维（Mahmoud A. Tantawy）| 萨拉赫·S·埃利安（Salah S. Elyan）

埃及吉萨12585，10月6日城，药学院分析化学系

摘要

引言

偏头痛及相关神经血管疾病是全球重要的健康问题，需要长期药物治疗和对抗偏头痛药物的严格质量控制[1]、[2]。Pizotifen（PZT）是一种具有抗组胺活性的三环类血清素拮抗剂，广泛用于偏头痛预防和食欲调节[3]、[4]。由于其长期使用、狭窄的治疗范围和中枢神经系统活性，可靠地量化药物制剂和生物基质中的PZT对于确保药物安全、疗效和符合监管要求至关重要。

^{尽管PZT具有治疗意义，但目前报道的测定方法仍然相对有限，主要依赖于光谱[5]、[6]、荧光光谱[7]和色谱[8]、[9]、[10]、[11]技术。虽然这些方法提供了可接受的灵敏度和选择性，但它们通常存在一些实际限制，包括繁琐的样品预处理、对有毒有机溶剂的依赖、较长的分析时间以及需要昂贵且能耗高的仪器。特别是高效液相色谱技术通常涉及大量溶剂、多步骤衍生化或络合反应以及复杂的检测系统。这些限制可能限制了它们在快速和常规药物分析中的应用，因此需要结合简单性、灵敏度和环境兼容性的替代分析策略。 电化学技术因其固有的优势（如低操作成本、快速响应、高灵敏度、最小试剂消耗和简单仪器）而成为药物分析的有吸引力的替代方案[12]、[13]。与光谱和色谱技术相比，电化学方法直接利用分析物的氧化还原活性，无需复杂的衍生化或样品制备即可实现高选择性检测。特别是伏安法在温和的实验条件下运行，产生的化学废物极少，使其非常适用于现代可持续分析策略。 在电分析中使用的各种电极平台中，碳 paste 电极（CPE）因其宽的潜在窗口、低背景电流、化学惰性和可再生表面特性而受到广泛关注[14]、[15]。然而，通过功能纳米材料对CPE表面进行修饰可以显著提高其分析性能，从而改善电子转移动力学并增加电活性表面积。 最近，结合金属氧化物纳米粒子与碳纳米结构的混合纳米材料被广泛探索作为电化学传感器的电催化修饰剂。金属氧化物纳米粒子可以提供丰富的催化活性位点并促进电活性分子的吸附，而碳纳米结构则提供出色的电导率和高效的电荷传输路径[16]、[17]。这两种组分的协同组合通常使纳米复合材料表现出优于其单独成分的电化学性能。 氧化锌纳米粒子（ZnO-NPs）是电化学传感应用中特别有吸引力的材料。ZnO具有高表面反应性、化学稳定性、低毒性，以及大的比表面积和丰富的表面羟基，有助于吸附电活性物种[18]、[19]。这些特性使基于ZnO的材料能够作为高效的电催化平台，在电极界面促进异相电子转移。 另一方面，多壁碳纳米管（MWCNT）具有出色的电导率、高长径比和π-共轭碳框架，能够与芳香分子发生强烈的π–π相互作用[20]、[21]、[22]。这种相互作用促进了含有共轭环系统的分析物的吸附，而高导电性的纳米管网络则促进了电子在电极表面的快速传输。 PZT的分子结构包含一个与三级胺基团相连的三环芳香框架，使该分子本身具有电活性，并能在氮中心发生氧化。三环结构中的π-共轭系统预计会与碳纳米管的π-电子富集表面发生强烈相互作用，促进PZT在电极界面的吸附。同时，ZnO-NPs可以提供催化活性位点，促进与三级胺功能相关的质子耦合电子转移。因此，将ZnO-NPs与MWCNT结合预期会产生一种协同纳米复合结构，既能增强PZT分子的吸附，又能加速界面电子转移动力学。 尽管PZT具有明显的电活性，且伏安法适用于检测含有三级胺的药物，但迄今为止尚未有基于电化学的方法用于其测定。此外，PZT的电氧化机制尚未阐明，这在分析方法和基础电化学理解方面留下了重要空白。 基于这些考虑，本研究首次提出使用ZnO-NPs/MWCNT/CPE作为药物制剂和人血浆中PZT测定的绿色电化学传感平台。通过差分脉冲伏安法（DPV）在优化实验条件下实现了对PZT的灵敏测定。系统研究了PZT在修饰电极上的电化学行为，以阐明氧化机制并评估纳米复合材料修饰对电子转移动力学的影响。随后将该传感平台应用于药物片剂和添加样品中PZT的定量测定。 总体而言，本研究提出了一种灵敏且环境友好的PZT分析策略，并对其在纳米结构电极界面上的电氧化行为提供了机制洞察。}

仪器

电化学测量使用计算机控制的电位计/电流计（OrigaFlex OGF500，OrigaLys ElectroChem SAS，法国）进行，操作软件为OrigaMaster（版本5.2）。实验在室温下进行，采用传统的三电极系统，包括银/氯化银电极（Ag/AgCl，饱和3.0 M KCl）作为参比电极，铂丝作为对电极，以及ZnO纳米粒子/多壁碳纳米管电极。

ZnO-NPs/MWCNT纳米杂化物的晶体学和结构解析

^{使用XRD研究了ZnO-NPs、MWCNTs及其纳米杂化物的晶体结构和相组成。该分析旨在验证合成材料的晶体相，并确认ZnO-NPs与碳纳米管框架的成功结合。 如图S1所示，原始MWCNT的衍射图在大约2θ ≈ 26.2°处显示特征反射，对应于石墨碳的（002）平面。}

分析性能和验证评估

^{根据国际协调委员会（ICH Q2(R1）指南[33]，对ZnO-NPs/MWCNT/CPE传感平台用于PZT伏安测定的分析性能进行了全面验证。通过两种独立但互补的校准策略进行了方法验证，以确保在简化的药物基质和复杂的生物环境中的分析可靠性。}

全面可持续性评估

^{开发一种既准确又精确且环保的分析方法已成为当代分析化学的关键要求。因此，对ZnO-NPs/MWCNT修饰的电化学平台进行了多维度可持续性评估，以表征其生态性能、操作效率和更广泛的社会影响。}

结论

^{成功开发了一种基于ZnO-NPs/MWCNT修饰碳 paste 电极的纳米结构电化学传感平台，用于药物制剂和人血浆中PZT的伏安测定。结构表征证实了ZnO纳米粒子在导电MWCNT框架内的成功结合，形成了具有更大电活性表面积和改善的电子转移特性的混合界面。}

临床试验编号

^不适用。

数据和材料的可用性

^{相应作者将在合理请求下提供本研究期间创建和/或分析的数据集。}

CRediT作者贡献声明

艾哈迈德·埃马德·F·阿巴斯（Ahmed Emad F. Abbas）：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、监督、方法学、正式分析、概念化。 莱蒂法·A·阿尔-卡提布（Lateefa A. Al-Khateeb）：撰写 – 原稿、验证、方法学、资金获取、正式分析。 奥姆库尔索姆·阿尔-卡马利（Omkulthom Al Kamaly）：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、验证、方法学、资金获取、正式分析。 马哈茂德·A·坦塔维（Mahmoud A. Tantawy）：撰写 – 原稿、软件、方法学、资金获取、正式分析。

出版同意

^不适用。

伦理批准和参与同意

^{本研究未涉及直接的人体参与、临床干预或新获取的人体生物样本的收集。人血浆样本来自埃及生物制品和疫苗控股公司（VACSERA，吉萨，埃及），为市售的完全匿名生物样本。根据2020年埃及临床研究法第3条和VACSERA关于二次使用的机构政策}

资助

^{本研究由沙特阿拉伯利雅得的Princess Nourah bint Abdulrahman大学研究支持项目（PNURSP2026R917）资助。}

利益冲突声明

^{作者声明没有已知的竞争性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Princess Nourah bint Abdulrahman大学研究支持项目（PNURSP2026R917）的支持。}