基于金 / 铁金属有机框架纳米粒子修饰玻碳电极的利培酮电化学传感检测研究

【字体: 时间:2025年05月16日 来源:BMC Chemistry 4.3

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  为解决利培酮(RIS)血清浓度与药效关联及临床治疗药物监测(TDM)需求,研究人员开发 AuNPs/FeMOF 修饰玻碳电极(GCE)的电化学传感器。该传感器线性范围 0.02-50 μg/mL,LLOQ 为 0.02 μg/mL,成功用于患者血浆检测,为临床 RIS 监测提供新方案。

  
在神经精神疾病的临床治疗中,利培酮(Risperidone, RIS)作为常用的非典型抗精神病药物,其血清浓度与药效及副作用密切相关。治疗药物监测(Therapeutic Drug Monitoring, TDM)对于优化用药剂量、避免严重不良反应(如帕金森症状、高泌乳素血症)至关重要。然而,传统检测方法如高效液相色谱 - 紫外检测(HPLC-UV)、质谱(MS)等存在仪器成本高、样品前处理复杂、分析耗时长等问题,难以满足临床快速监测需求。因此,开发一种简便、灵敏、低成本的 RIS 检测技术成为亟待解决的关键问题。

伊朗 Tabriz 大学医学科学研究人员开展了相关研究,旨在构建一种基于纳米材料修饰电极的电化学传感器,实现对患者血浆中 RIS 的快速定量分析。研究成果发表于《BMC Chemistry》,为临床 TDM 提供了新的技术路径。

研究采用的主要关键技术方法包括:

  1. 传感器构建:通过溶剂热法合成铁基金属有机框架(FeMOF),利用柠檬酸盐还原法制备金纳米粒子(AuNPs),采用计时电流法(ChA)将 AuNPs 电沉积至玻碳电极(GCE)表面,再滴涂 FeMOF 溶液,构建 FeMOF/AuNPs/GCE 传感器。
  2. 材料表征:运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能量色散 X 射线光谱(EDX)、原子力显微镜(AFM)及动态光散射(DLS)等技术,验证 FeMOF 和 AuNPs 的结构与性能。
  3. 电化学检测:采用方波伏安法(SWV),以 [Fe (CN)?]??/[Fe (CN)?]3?为氧化还原探针,通过 RIS 对探针电流的阻断效应实现间接定量。

研究结果


材料与传感器表征


FESEM 显示 FeMOF 呈八面体结构,粒径约 300 nm,DLS 证实其平均粒径 364 nm;AFM 显示 FeMOF/AuNPs 在电极表面垂直分布,高度约 50 nm。FTIR 验证了 FeMOF 的特征官能团,EDX 证实了 C、O、Fe、Au 元素的存在。电化学表征表明,修饰电极显著提升了 [Fe (CN)?]??/[Fe (CN)?]3?的氧化还原电流,且 RIS 的加入导致电流下降,验证了传感器的响应机制。

分析性能优化


优化结果显示,AuNPs 浓度 12.5 mM、FeMOF 浓度 2000 μg/mL、pH 5.0 为最佳条件。传感器在 0.02-50 μg/mL 范围内呈良好线性(R2=0.9985),最低定量限(LLOQ)为 0.02 μg/mL,优于多数已报道的电化学方法。

方法学验证


精密度与准确度研究显示,日内和日间相对标准偏差(RSD%)分别为 3.82-10.36% 和 4.35-10.36%,相对误差(RE%)均在 ±15% 以内(LLOQ±20%)。特异性实验表明,除色氨酸和柠檬酸外,其他干扰物对检测信号影响小于 20%。传感器在 4 天内保持稳定,且无需蛋白沉淀即可直接检测血浆样本。

实际样品应用


对 5 名接受 RIS 治疗的患者血浆样本检测显示,传感器结果与 HPLC 法具有良好一致性(t 检验 p=0.784),证实了其临床适用性。

结论与意义


本研究开发的 FeMOF/AuNPs/GCE 电化学传感器,通过纳米材料的协同作用实现了对 RIS 的高灵敏检测。其优势包括:

  1. 高效性:无需复杂前处理,直接检测未处理血浆,缩短分析时间。
  2. 经济性:使用低成本材料,减少试剂消耗,降低整体检测成本。
  3. 准确性:线性范围宽、灵敏度高,适用于临床 TDM 的浓度监测。

该研究为神经精神疾病的药物监测提供了一种便携、快速的新工具,有望推动电化学传感技术在临床实时检测中的应用,为个性化药物治疗方案的制定提供关键技术支撑。

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