基于银掺杂氧化锌纳米颗粒碳糊电极的床旁唾液氯氮平无创检测新方法及其治疗药物监测应用

《BMC Chemistry》：Point-of-care nano zinc oxide carbon paste sensor for non-invasive determination of clozapine in saliva samples

本研究针对氯氮平(CLZ)治疗中因缺乏便捷治疗药物监测(TDM)工具导致的用药风险问题，开发了一种基于银掺杂氧化锌纳米颗粒(Ag-doped ZnO NPs)碳糊电极(CPE)的电化学传感器。通过差分脉冲伏安法(DPV)实现了唾液样本中0.31-3.67 μmol/L浓度范围的CLZ检测，最低定量限(LLOQ)达0.31 μmol/L。该方法成功应用于唾液样本分析，为精神分裂伴物质使用障碍(SUD)患者的无创TDM提供了新技术方案，有望推动CLZ的安全临床应用。

　　

在精神疾病治疗领域，氯氮平(Clozapine, CLZ)作为第二代非典型抗精神病药物，对治疗伴有物质使用障碍(Substance Use Disorder, SUD)的精神分裂症患者具有独特疗效。然而，这种高效药物却因其狭窄的治疗窗和严重的副作用（如粒细胞缺乏症、心肌炎等）在临床应用中受到限制。更棘手的是，传统血药浓度监测方法存在采样侵入性强、操作复杂、成本高等问题，导致许多患者无法获得规律的治疗药物监测(Therapeutic Drug Monitoring, TDM)，从而影响了CLZ的安全使用。

针对这一临床痛点，来自埃及Pharos大学和开罗大学的研究团队在《BMC Chemistry》上发表了一项创新研究，他们开发了一种基于银掺杂氧化锌纳米颗粒(Ag-doped ZnO NPs)碳糊电极(Carbon Paste Electrode, CPE)的电化学传感器，结合差分脉冲伏安法(Differential Pulse Voltammetry, DPV)技术，实现了唾液样本中CLZ的快速、灵敏检测。这种非侵入性的检测方法为CLZ的常规TDM提供了全新解决方案。

研究团队采用的主要技术方法包括：通过共沉淀法合成Ag-doped ZnO NPs纳米材料，利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱(EDX)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对材料进行表征；构建改性碳糊电极作为电化学传感器；使用电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)评估电极性能；通过DPV法进行唾液样本中CLZ的定量分析，并按照FDA生物分析方法验证指南进行方法学验证。所有唾液样本均来自10名健康志愿者，经棉签采集和过滤纯化处理后使用。

Study of the effect of ZnO NPs doping on CLZ sensing

研究人员首先评估了不同掺杂类型的氧化锌纳米颗粒对CLZ检测性能的影响。通过CV和DPV实验发现，Ag-doped ZnO NPs改性CPE在+327 mV电位处产生最高的氧化峰电流(1.77 μA)，明显优于Co-doped和未掺杂的ZnO NPs。DPV结果进一步证实Ag-doped电极的灵敏度最高(3.42 μA)，且峰电位分离(ΔEp)从65 mV降至55 mV，表明Ag掺杂有效改善了电极表面的电荷转移动力学。

Synthesis and characterization of Ag-doped ZnO NPs

采用共沉淀法成功合成了Ag-doped ZnO NPs，SEM图像显示球形纳米颗粒呈团聚结构，EDX光谱证实了Zn、O和Ag元素的存在，原子百分比分别为48.39%、49.21%和2.40%。FTIR光谱在560 cm^-1处出现了ZnO-Ag NPs的特征吸收峰，表明银成功掺杂到氧化锌晶格中。

Electrochemical characterization

EIS和CV表征结果表明，Ag-doped ZnO NPs改性电极比未改性电极具有更大的电化学活性面积(0.91 cm² vs. 0.67 cm²)和更小的电荷转移电阻(R_ct从143 Ω降至100 Ω)，证明改性显著提升了电极的导电性和催化活性。

Optimization of Ag-ZnO percent, analytical and electrochemical parameters

系统优化实验确定最佳改性剂比例为10% Ag-doped ZnO NPs，最佳pH为6.0的Britton-Robinson缓冲液。扫描速率研究表明CLZ在电极表面的氧化过程受扩散-吸附混合控制，且为可逆的电子转移过程。DPV参数优化后确定：调制振幅75 mV、调制时间25 ms、间隔时间500 ms、步电位8.0 mV。

Electrochemical behavior of CLZ on the modified CPE

CV研究表明CLZ在Ag-doped ZnO NPs/CPE上于327 mV处出现明显氧化峰，在272 mV处出现还原峰，表明CLZ在电极表面发生了部分可逆的氧化还原反应。

Electrochemical sensor validation

方法学验证显示，在0.31-3.67 μmol/L浓度范围内线性良好(r>0.99)，LLOQ为0.31 μmol/L，低于CLZ在唾液中的治疗浓度范围(1.68-2.81 μmol/L)。日内和日间精密度RSD%均小于15%，准确度在85-125%之间。选择性实验证明常见共存药物（巴氯芬、布洛芬、对乙酰氨基酚）不干扰CLZ检测。稳定性研究表明CLZ在唾液样本中各项稳定性均符合要求。

该研究的创新性在于首次将Ag-doped ZnO NPs改性电极应用于唾液CLZ检测，相比传统色谱方法，具有操作简便、成本低廉、适合床旁检测(Point-of-Care Testing, POCT)等优势。特别是采用唾液作为检测基质，避免了侵入性采样，大大提高了患者的接受度，为精神疾病患者的长期用药监测提供了便利。

研究结论表明，开发的电化学传感器不仅灵敏度高、选择性好，而且具有良好的重现性和稳定性，完全满足CLZ治疗药物监测的临床需求。这种非侵入性检测策略有望解决当前CLZ临床应用中的监测难题，推动更多患者从这种高效药物治疗中获益。未来，该技术平台还有望扩展到其他精神类药物的监测中，具有重要的临床转化价值。