Ученые Томского политехнического университета в составе международной научной коллаборации разработали высокоточный и доступный электрохимический сенсор, позволяющий одновременно определять уровень преднизона и преднизолона в биологических образцах. Синтезированный нанокомпозит на основе многослойных углеродных нанотрубок и углеродных квантовых точек показал высокие результаты при анализе сыворотки крови с добавлением смеси гормонов и может быть перспективным в клинической диагностике и для проведения допинг-проб.
Преднизон и его активный метаболит преднизолон используют для лечения широкого спектра воспалительных, аутоиммунных и аллергических заболеваний, а препараты на их основе являются наиболее часто назначаемыми. При этом в процессе синтеза или хранения лекарств может произойти структурное взаимопревращение этих стероидов.
Поэтому одновременное определение преднизона и преднизолона в биологических образцах является приоритетной задачей. Так, измерение уровня гормонов дает ценную информацию об эффективности режима лечения и реакции на него конкретного пациента, помогает подбирать необходимую для повышения качества и снижения риска побочных эффектов дозу препарата. Кроме того, измерение концентраций преднизона и преднизолона используется при определении использования допинга у спортсменов.
В качестве альтернативы применению дорогостоящих лабораторных методов очень хорошо себя зарекомендовали электрохимические сенсоры. Одна из главных задач современной электрохимии связана с проектированием поверхностей электродов с предсказуемой стабильностью и воспроизводимыми сигналами.
В этой связи особый интерес представляют углеродсодержащие наноматериалы различной формы. Одни из наиболее перспективных из них — многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ) и углеродные квантовые точки (УКТ). К числу наиболее интересных свойств МУНТ относятся способность усиливать электрохимический сигнал аналитов в биологических жидкостях, таких как моча или кровь, снижать окислительно-восстановительный потенциал для некоторых аналитов за счет каталитического эффекта, а также улучшать как долговременную, так и краткосрочную стабильность и воспроизводимость отклика. УКТ, в свою очередь, обладают высокой регулируемой фотолюминесценцией, а также повышенной каталитической активностью. Кроме того, для получения УКТ применяются экологичные методы синтеза, в которых в качестве источника углерода можно использовать биомассу или отходы.
Сочетание этих двух типов материалов в гибридной структуре дает синергетический эффект и значительно улучшает аналитические характеристики сенсора. В данном исследовании был синтезирован нанокомпозит на основе многослойных углеродных нанотрубок и углеродных квантовых точек. Разработанный сенсор обладает более высоким разрешением сигнала, повышенной чувствительностью и стабильностью и потенциально может быть применен в терапевтическом мониторинге лекарственных препаратов, — говорит доцент отделения химической инженерии ТПУ Ольга Липских.
Углеродные квантовые точки были синтезированы из лимонной кислоты и мочевины с помощью микроволнового синтеза, что позволило получить наноматериал с превосходными фотолюминесцентными и каталитическими свойствами. Затем с помощью оптимизированного электрохимического осаждения УКТ были интегрированы в сенсорную платформу на основе углеродсодержащего электрода, предварительно модифицированного слоем МУНТ. Полученные образцы продемонстрировали превосходные аналитические характеристики: низкие пределы обнаружения (4–6 нМ), широкий линейный диапазон (0,02–2,0 мкМ), высокую селективность по отношению к распространенным интерферентам, хорошую воспроизводимость и долговременную стабильность (> 91 % сохранения сигнала после 20 дней).
Практическая применимость подхода была успешно подтверждена при анализе сыворотки крови с добавлением преднизона и преднизолона (97–102 % извлечения), с хорошим статистическим соответствием результатов с эталонным методом. Таким образом, разработанный композитный сенсор представляет собой быстрый, надежный и экономически эффективный аналитический инструмент для одновременного мониторинга преднизона и преднизолона. Благодаря своим высоким эксплуатационным характеристикам он является перспективной платформой для дальнейшей валидации в терапевтическом мониторинге лекарственных средств, клинической диагностике и контроле качества фармацевтической продукции, а также может служить основой для разработки диагностических устройств следующего поколения для экспресс-диагностики, — добавляет профессор отделения химической инженерии ТПУ Елена Короткова.
В исследовании приняли участие сотрудники отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов Томского политеха, ТГУ, Карлова университета (Чехия) и Университета Куч-Бехар Панчанан Барма (Индия).
Результаты исследования опубликованы.
Проект поддержан Госзаданием «Наука» (FSWW-2026-0045) и федеральной программой Минобрнауки России «Приоритет-2030» национального проекта «Молодежь и дети».
Источник: Минобрнауки России
