微波合成CuO/rGO复合材料用于莫努匹韦循环伏安分析的高灵敏度电化学传感器研究

《ARABIAN JOURNAL FOR SCIENCE AND ENGINEERING》：Cyclic Voltammetric Analysis of Molnupiravir Using Microwave-Synthesized Copper (II) Oxide/Reduced Graphene Oxide Composite

本研究推荐一种基于微波合成氧化铜/还原氧化石墨烯(CuO/rGO)复合材料的电化学传感器，用于高灵敏度检测抗病毒药物莫努匹韦(MOL)。研究人员通过环保的微波技术成功制备了均匀分散的CuO/rGO纳米复合材料，解决了传统检测方法操作繁琐、成本高昂的问题。该传感器在pH 2.0的BR缓冲液中表现出优异性能，线性范围为0.066-1.6 μg/mL，检测限低至0.055 μg/mL，成功应用于药物样品分析，为COVID-19治疗药物的质量监控提供了新方案。

　　

在COVID-19疫情持续影响的背景下，抗病毒药物莫努匹韦(Molnupiravir, MOL)作为一种口服小分子前药，因其能有效抑制SARS-CoV-2病毒复制而备受关注。然而，现有的药物检测方法如紫外分光光度法、高效液相色谱法存在操作复杂、耗时较长、设备昂贵等局限性，亟需开发快速、灵敏且成本低廉的新检测技术。电化学传感技术凭借其高灵敏度、操作简便等优势成为解决方案之一，但传统电极材料往往存在灵敏度不足、电子传输效率低等问题。

在这一研究背景下，Rehab O. El-Attar团队创新性地将氧化铜(CuO)纳米颗粒与还原氧化石墨烯(rGO)复合，通过微波合成技术制备了新型纳米复合材料，并构建了高性能电化学传感器。该研究发表于《Arabian Journal for Science and Engineering》，为解决莫努匹韦的快速检测提供了新思路。

研究人员采用微波辅助合成法制备CuO/rGO复合材料，通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和热重分析(TGA)等技术表征材料性质。将复合材料修饰碳糊电极(CPE)后，系统优化了电极修饰剂比例、pH值、扫描速率和富集时间等参数，建立了一种检测莫努匹韦的循环伏安(CV)分析方法，并按照ICH-Q2指南进行了方法学验证。

3.1 CuO/rGO复合材料的表征

FT-IR分析显示，复合材料中CuO特征峰出现在约600 cm^-1处，且rGO的C=O峰从1790 cm^-1位移至1824 cm^-1，表明CuO纳米颗粒与rGO之间存在相互作用。XRD谱图中，CuO/rGO在2θ=31-61°范围内出现十个明显衍射峰，对应CuO纳米颗粒的晶面特征。TEM图像显示CuO纳米颗粒(17.08-25.04 nm)均匀分布在rGO片层表面，无团聚现象。TGA/DTG分析表明CuO/rGO在1000°C时残留重量达85.15%，远高于rGO的19.48%，证明复合材料具有优异的热稳定性。

3.2 莫努匹韦在CuO/rGO传感器上的电化学行为

在5 mM铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液中，CuO/rGO修饰电极表现出最高的峰电流和最佳的可逆性。在pH 7.0的BR缓冲液中，CuO/rGO对0.4 μg/mL MOL的氧化响应电流显著高于裸电极及其他纳米材料修饰电极，证明其优异的电催化活性。

3.3 pH值对莫努匹韦电化学行为的影响

在pH 2-8范围内，MOL的氧化峰电流随pH升高而降低，峰电位负移，表明质子参与氧化过程。pH 2.0时获得最高峰电流(0.70 V)，其线性方程为E(V) = -0.0433pH + 0.759，斜率表明氧化过程涉及质子与电子转移数比δ/n为0.727。

3.4 CuO/rGO复合物浓度对电极性能的影响

当CuO/rGO添加量为7.5%时，氧化峰电流提高至5倍，显著优于其他比例，故选择此浓度进行后续实验。

3.5 扫描速率对莫努匹韦电化学行为的影响

在10-200 mV/s扫描速率下，MOL氧化峰电流与扫描速率呈线性关系(logIp_a= 0.9695logv + 1.58)，表明为吸附控制过程。根据Laviron理论计算，氧化过程涉及3个电子和2个质子转移，推测反应机制为羟基胺衍生物(RNHOH)经三步氧化生成硝鎓离子(RNO⁺)。

3.6 富集时间的影响

优化富集时间发现，60秒时峰电流达到最大，故选择此作为最佳富集时间。

3.7 分析方法的验证

在最优条件下，该方法在0.066-1.6 μg/mL范围内线性良好(r=0.9977)，检测限(LOD)和定量限(LOQ)分别为0.055 μg/mL和0.184 μg/mL。与已报道的DPV和SWV方法相比，CV法在灵敏度方面具有优势。方法学验证显示良好的特异性、耐用性、精密度(日内、日间RSD<5%)和准确度(回收率97.17%-104%)。实际样品分析结果与HPLC参考方法无显著差异(t检验和F检验)，证明方法可靠性。

研究结论表明，微波合成的CuO/rGO复合材料具有均匀分散、热稳定性好等优点，所构建的电化学传感器对莫努匹韦的检测灵敏度较裸电极提高8倍，较rGO修饰电极提高4倍。该方法操作简便、成本低廉、准确度高，为抗病毒药物的质量控制和临床监测提供了新的技术手段，在药物分析领域具有重要的应用前景。