基于铜-对氨基苯甲酸金属有机框架的分子印迹电化学传感器用于普瑞巴林检测：电化学与DFT研究

《Scientific Reports》：Molecularly imprinted electrochemical sensor based on copper 4-amino benzoic acid metal-organic framework for determination of pregabalin: electrochemical and DFT studies

本研究针对普瑞巴林(PGB)快速检测需求，开发了一种基于铜金属有机框架(Cu-MOF)和分子印迹聚合物(MIP)的新型电化学传感器。研究人员通过电聚合邻苯二胺(POPD)在Cu-MOF修饰的碳糊电极(CPE)表面构建特异性识别位点，结合密度泛函理论(DFT)计算揭示了PGB与POPD的相互作用机制。该传感器展现出高灵敏度(检测限1.2 nM)、宽线性范围(0.003-90 μM)和良好选择性，成功应用于血样和片剂中PGB的检测，为临床血药浓度监测提供了经济高效的分析方案。

　　

在当今精准医疗时代，治疗药物监测对保障用药安全至关重要。普瑞巴林(Pregabalin, PGB)作为辉瑞公司开发的神经性疼痛和癫痫治疗药物，其治疗窗较窄(日剂量150-600 mg)，个体差异显著，亟需发展快速、灵敏的血药浓度检测方法。传统检测手段如高效液相色谱(HPLC)、液质联用(LC-MS/MS)等虽灵敏度高，但存在设备昂贵、操作复杂、耗时较长等局限性，难以满足临床床边检测的需求。

针对这一技术瓶颈，来自阿尔扎赫拉大学的研究团队在《Scientific Reports》上发表了创新性研究成果。他们巧妙融合金属有机框架(MOFs)的高比表面积特性与分子印迹聚合物(MIPs)的"锁钥"识别原理，构建了一种新型电化学传感器，为PGB的快速检测提供了新思路。

研究团队采用的关键技术路线包括：首先通过共沉淀法合成铜-对氨基苯甲酸铜金属有机框架(Cu-MOF)，利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)等技术表征其立方纳米颗粒结构(尺寸124-156 nm)和介孔特性(比表面积5.36 m²/g)。随后将Cu-MOF掺入碳糊电极，通过循环伏安法(CV)在电极表面电聚合邻苯二胺(OPD)，同时以PGB为模板分子构建印迹空穴。优化后的合成条件显示金属/配体比例4:1、Cu-MOF添加量3.0 mg、模板/单体摩尔比1:3时传感器性能最优。密度泛函理论(DFT)计算从分子层面揭示了PGB与OPD二聚体/三聚体间的氢键相互作用机制，结合能计算表明D1构型最稳定(Δ_bindH^° = -8.92 kcal/mol)。

表征分析

材料表征证实Cu-MOF呈多晶立方结构，晶格间距0.293 nm。傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)显示719 cm^-1处的C-O-Cu特征峰，X射线光电子能谱(XPS)验证Cu(II)存在(结合能934.4 eV)。分子印迹聚合物形成后，扫描电镜显示模板洗脱前后表面形貌显著变化，印迹空穴成功构建。

电化学性能

循环伏安(CV)和电化学阻抗(EIS)测试表明，Cu-MOF修饰使电极有效表面积增加至0.631 cm²(较裸电极提升6.19倍)，电荷转移电阻(R_ct)降至7.8 Ω。以[Fe(CN)₆]^3-/4-为电化学探针，差分脉冲伏安法(DPV)检测显示三个线性范围：0.003-0.09 μM(I_p=17.199C+0.0824)、0.1-1 μM和1-90 μM，检测限达1.2 nM，灵敏度17.20 μA/μM。

选择性验证

传感器对结构类似物(苯巴比妥、丙戊酸钠等)的选择性系数达11.49，在尿素、尿酸等干扰物存在下响应偏差<5%。重复性和重现性实验的相对标准偏差(RSD)分别为0.85%和0.41%，30天后信号保持率>94%。

实际样本检测

在血浆和片剂样本中加标回收率为96.67%-109.19%，RSD<3.5%，验证了方法的实用性。DFT计算进一步揭示PGB的羧基与OPD氨基形成氢键是特异性结合的关键，三聚体构型结合能(-15.71 kcal/mol)显著高于二聚体。

该研究通过多学科交叉策略，成功将纳米材料改性、分子印迹技术与理论计算相结合，开发的传感器在灵敏度、选择性方面优于已报道的BSA/Gr/GCE传感器(检测限3.0 nM)和β-环糊精修饰传感器(检测限0.6 μM)。其绿色合成路线(无有毒试剂、温和条件)与低成本特性(较HPLC降低90%成本)，为临床药物监测提供了转化前景良好的技术平台。未来通过集成微流控与便携设备，有望实现癫痫患者居家血药浓度自监测，推动个体化用药发展。

研究结论强调，Cu-MOF/MIP-POPD复合传感器不仅解决了传统方法成本高、操作复杂的问题，其"三位一体"设计理念(材料改性-界面工程-理论模拟)为其他小分子药物的快速检测提供了普适性研究范式。这种将实验观察与理论预测深度融合的策略，标志着药物分析领域正朝着"精准设计-定向合成-功能验证"的智能化方向发展。