Metodyka badania naukowego
Prezentowane badanie jest pracą eksperymentalną z zakresu elektrochemii analitycznej, skupiającą się na opracowaniu nowego sensora elektrochemicznego do jednoczesnego oznaczania paracetamolu (PCM) i chlorochiny (CQ). Badanie obejmowało syntezę i charakterystykę bilayerowego filmu polimerowego na elektrodzie z węgla szklistego (GCE), a następnie optymalizację i walidację metody detekcji woltametrycznej tych dwóch substancji czynnych w próbkach farmaceutycznych i biologicznych.
- Bilayerowa struktura polimerowa znacząco poprawia detekcję – 2,5x większa czułość dla paracetamolu i 3,5x dla chlorochiny
- Szeroki zakres liniowy: 0,5-200 μM dla obu substancji
- Bardzo niskie granice wykrywalności: 4,38×10^-2 μM (PCM) i 7,48×10^-2 μM (CQ)
- Wysoka dokładność w próbkach farmaceutycznych – odzysk 94,2-102,6%
- Dobra stabilność – RSD = 3,71% w ciągu 12 dni
Kto był badany?
W badaniu nie uczestniczyli pacjenci ani osoby badane. Analizie poddano próbki farmaceutyczne dwóch marek tabletek zawierających paracetamol (500 mg/tabletkę) i chlorochinę (250 mg/tabletkę) – ASKON (Indie) i EPHARM (Etiopia). Dodatkowo, badano próbki biologiczne: ludzką surowicę i mocz pobrane w szpitalu Tibebe Ghion w Bahir Dar (Etiopia). Próbki te wykorzystano do walidacji opracowanej metody analitycznej pod kątem jej zastosowania w oznaczaniu PCM i CQ w materiałach biologicznych.
Opracowany sensor elektrochemiczny stanowi obiecującą alternatywę dla konwencjonalnych metod chromatograficznych w:
- Kontroli jakości leków zawierających paracetamol i chlorochinę
- Monitorowaniu terapeutycznym pacjentów
- Analizie próbek biologicznych (mocz, surowica)
- Jednoczesnym oznaczaniu obu substancji w terapiach łączonych
Metoda jest prostsza, szybsza i tańsza od dotychczasowych rozwiązań, zachowując przy tym wysoką dokładność i czułość pomiarów.
Opis badania
Badanie koncentrowało się na opracowaniu elektrochemicznego sensora poprzez sekwencyjną elektropolimeryzację kompleksów kobaltu i miedzi: [Co(Phen)2(H2O)2]I2·2H2O oraz [Cu(Bip)2Cl]I na powierzchni elektrody z węgla szklistego (GCE). Proces ten prowadził do utworzenia bilayerowej struktury polimerowej (poly(Co(Phen)2/Cu(Bip)2)/GCE), która wykazywała ulepszone właściwości elektrokatalityczne w porównaniu z niemodyfikowaną elektrodą.
Zsyntetyzowany sensor scharakteryzowano za pomocą spektroskopii FTIR, cyklicznej woltamperometrii (CV) oraz elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS). Wyniki potwierdziły skuteczną modyfikację elektrody i tworzenie struktury dwuwarstwowej z efektywnym transferem elektronów między warstwami. Efektywna powierzchnia elektrody wzrosła z 1,02 cm2 (niemodyfikowana GCE) do 3,1 cm2 (poly(Co(Phen)2/Cu(Bip)2)/GCE).
Następnie zoptymalizowano parametry detekcji PCM i CQ, badając wpływ pH, szybkości skanowania oraz parametrów woltametrycznych. Badanie mechanizmu elektrochemicznego utleniania PCM i CQ wykazało, że procesy te są kontrolowane dyfuzyjnie i obejmują wymianę 2 elektronów dla PCM i 1 elektronu dla CQ, z udziałem protonów w obu przypadkach.
Do ilościowego oznaczania PCM i CQ zastosowano woltamperometrię fali kwadratowej (SWV), która zapewniała wysoką czułość i niskie granice wykrywalności. Zoptymalizowane parametry SWV (potencjał kroku: 12 mV, amplituda impulsu: 45 mV, częstotliwość: 40 Hz) zastosowano do oznaczania PCM i CQ w próbkach farmaceutycznych i biologicznych.
Warto podkreślić, że badanie obejmowało również analizę wpływu stosunku cykli skanowania podczas elektropolimeryzacji obu kompleksów (w stosunkach 10:0, 8:2, 6:4, 4:6, 2:8 i 0:10), co pozwoliło na określenie optymalnej struktury bilayerowej. Najlepszą odpowiedź elektrochemiczną uzyskano dla stosunku 4:6 ([Co(Phen)2(H2O)2]I2·2H2O : [Cu(Bip)2Cl]I).
Wyniki
Opracowany sensor poly(Co(Phen)2/Cu(Bip)2)/GCE wykazał znacznie lepszą odpowiedź elektrochemiczną wobec PCM i CQ w porównaniu z niemodyfikowaną elektrodą GCE. Prądy piku utleniania były około 2,5-krotnie większe dla PCM i 3,5-krotnie większe dla CQ, z przesunięciem potencjału piku w kierunku mniej dodatnich wartości o 112 mV dla PCM i 98 mV dla CQ.
Optymalne pH dla jednoczesnego oznaczania PCM i CQ wynosiło 6,0. W tych warunkach sensor wykazywał liniową odpowiedź w szerokim zakresie stężeń (0,5-200 μM) dla obu analitów, z niskimi granicami wykrywalności: 4,38 × 10-2 μM dla PCM i 7,48 × 10-2 μM dla CQ.
Badania kinetyczne wykazały, że współczynniki transferu elektronów (α) dla PCM i CQ wynosiły odpowiednio 0,62 i 0,42. Zależność potencjału piku od pH wskazywała na równą liczbę protonów i elektronów uczestniczących w procesie elektrodowym, co potwierdzono przez nachylenia 0,0621 V/pH dla PCM i 0,0451 V/pH dla CQ.
Sensor charakteryzował się dobrą powtarzalnością (RSD = 3,1%, n = 5), odtwarzalnością (RSD = 2,72%, n = 3) i stabilnością (RSD = 3,71%, n = 6 pomiarów w ciągu 12 dni). Wykazywał również wysoką selektywność wobec potencjalnych interferentów, takich jak sulfametoksazol, salbutamol, guanina i atorwastatyna, z modyfikacją sygnału w zakresie 97,39-102,7%.
| Parametr | PCM | CQ |
|---|---|---|
| Zakres liniowy | 0,5-200 μM | 0,5-200 μM |
| Granica wykrywalności (LOD) | 4,38 × 10-2 μM | 7,48 × 10-2 μM |
| Granica oznaczalności (LOQ) | 1,46 × 10-1 μM | 2,49 × 10-1 μM |
| Odzysk w próbkach farmaceutycznych | 94,9-102,6% | 94,2-98,9% |
| Równanie kalibracyjne | Ip/μA = 2,78 + 0,389C, R2 = 0,9989 | Ip/μA = 10,6 + 0,462C, R2 = 0,9994 |
Zastosowanie sensora do analizy próbek farmaceutycznych wykazało dobrą zgodność z deklarowaną zawartością PCM i CQ w tabletkach, z odzyskami w zakresie 94,2-102,6%. Badania próbek biologicznych (surowica i mocz) również wykazały możliwość oznaczania PCM i CQ w tych matrycach, choć obserwowano wyższe odzyski (113,8-217,8%), co sugeruje obecność substancji endogennych interferujących z oznaczeniem. W próbkach surowicy zaobserwowano sygnały utleniania przy potencjałach około 340 i 705 mV, wskazujące na obecność paracetamolu i kreatyniny, podczas gdy w próbkach moczu wykryto sygnały przy 200 i 705 mV, odpowiadające kwasowi moczowemu i kreatyninie.
Wnioski
Badanie z powodzeniem doprowadziło do opracowania nowego sensora elektrochemicznego poly(Co(Phen)2/Cu(Bip)2)/GCE do jednoczesnego oznaczania paracetamolu i chlorochiny. Sensor wykazał znaczną poprawę właściwości elektrokatalitycznych w porównaniu z niemodyfikowaną elektrodą, co przypisano synergistycznemu efektowi dwuwarstwowej struktury polimerowej.
Zaproponowana metoda woltamperometrii fali kwadratowej (SWV) umożliwiła czułe i selektywne oznaczanie PCM i CQ w próbkach farmaceutycznych i biologicznych. Niskie granice wykrywalności, szeroki zakres liniowy, dobra powtarzalność i selektywność czynią ten sensor obiecującym narzędziem do kontroli jakości leków oraz monitorowania terapeutycznego.
Praktyczne zastosowanie sensora potwierdzono poprzez jego skuteczność w oznaczaniu PCM i CQ w tabletkach oraz próbkach surowicy i moczu. Wyniki sugerują, że opracowany sensor może znaleźć zastosowanie w rutynowej analizie farmaceutycznej oraz monitorowaniu terapeutycznym pacjentów leczonych tymi lekami.
Przedstawione badanie wnosi istotny wkład w rozwój elektrochemicznych metod oznaczania leków, oferując prostszą, szybszą i tańszą alternatywę dla konwencjonalnych technik chromatograficznych, z potencjałem zastosowania w diagnostyce klinicznej i kontroli jakości farmaceutyków. Szczególnie istotna jest możliwość jednoczesnego oznaczania PCM i CQ, co jest korzystne w przypadku terapii łączonych stosowanych w leczeniu chorób zakaźnych i stanów gorączkowych.
Podsumowanie
Badanie przedstawia opracowanie nowego sensora elektrochemicznego do jednoczesnego oznaczania paracetamolu (PCM) i chlorochiny (CQ), wykorzystującego bilayerowy film polimerowy na elektrodzie z węgla szklistego. Sensor wykazał znaczącą poprawę właściwości w porównaniu z niemodyfikowaną elektrodą, z 2,5-krotnie większymi prądami piku dla PCM i 3,5-krotnie dla CQ. Metoda charakteryzuje się szerokim zakresem liniowym (0,5-200 μM), niskimi granicami wykrywalności (4,38×10^-2 μM dla PCM i 7,48×10^-2 μM dla CQ) oraz wysoką selektywnością i stabilnością. Skuteczność sensora potwierdzono w analizie próbek farmaceutycznych (odzysk 94,2-102,6%) oraz biologicznych. Opracowana technologia stanowi obiecującą alternatywę dla konwencjonalnych metod chromatograficznych w kontroli jakości leków i monitorowaniu terapeutycznym.
Bibliografia
Gashu Mulu, Aragaw Belete Asefa, Tefera Molla and Abebe Atakilt. Bilayered Film
Modified Glassy Carbon Electrode for
the Simultaneous Determination of Paracetamol and Chloroquine in Pharmaceutical
and Biological Samples. ACS Omega 2025, 10(6), 5601-5615. DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.4c08563.
