Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


ХИРАЛЬНЫЕ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ И СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНАНТИОМЕРОВ ПРОПРАНОЛОЛА И ТРИПТОФАНА

Работа №102195

Тип работы

Авторефераты (РГБ)

Предмет

химия

Объем работы24
Год сдачи2018
Стоимость250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
19
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы исследования
Большинство лекарственных соединений существует в виде двух или нескольких пространственных изомеров - энантиомеров. Однако их фармакологическая активность обычно связана с действием лишь одного энантиомера. Поэтому в последнее время фармацевты уделяют значительное внимание созданию препаратов, содержащих один энантиомер, обладающий нужным терапевтическим эффектом. Следовательно, возникают вопросы определения и контроля оптической чистоты лекарственных препаратов на стадиях их производства и медико-биологического применения. Применяемые в этих целях спектральные методы, хроматографические методы и капиллярный электрофорез с использованием хиральных неподвижных фаз зачастую недостаточно экспрессны и относительно дороги для использования в рутинном анализе, особенно вне стационарных лабораторий. Тогда как энантиоселективные химические сенсоры и сенсорные системы могут применяться вне лабораторий после незначительной (или даже отсутствия) пробоподготовки. А измерения с помощью энантиоселективных химических сенсоров можно проводить как на стационарном лабораторном оборудовании, так и in situ. Вместе с тем, развитие сенсорных технологий, исследования и разработки в области химически модифицированных электродов и хемометрики позволяют рассматривать их как перспективное направление по созданию высокоэффективных аналитических методов для распознавания и определения оптически активных соединений. Все это обуславливает необходимость поиска новых решений в области конструирования и исследования возможностей энантиоселективных вольтамперометрических химических сенсоров и сенсорных систем.
Степень разработанности темы исследования
Применение электрохимических методов, позволяющих быстро и с высокой точностью определять оптически активные соединения, с использованием относительно недорогого оборудования, активно обсуждается в литературе. Применяют различные способы создания энантиселективных электрохимических сенсоров, в том числе модифицирование композитными материалами, содержащими хиральные селекторы, а также использование угольно-пастовых электродов.
С другой стороны, еще одним перспективным направлением является использование хемометрических методов обработки данных. Использование сенсорных систем, или так называемых «электронных языков», представляющих собой массив сенсоров с последующей хемометрической обработкой сигналов позволит разработать новые экспрессные, чувствительные и селективные методы распознавания оптически активных соединений.
Цель работы: исследование и разработка новых хиральных вольтамперометрических сенсоров и сенсорных систем для распознавания и определения энантиомеров пропранолола (Прп) и триптофана (Трп) и оценка их аналитических возможностей.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Разработка сенсоров на основе угольно-пастового электрода (УПЭ), модифицированного урацилом, и стеклоуглеродных электродов (СУЭ), модифицированных полиариленфталидными (ПАФ) композитами меламина, циануровой кислоты, а-, 0-, у-циклодекстринов (ЦД).
2. Изучение морфологии поверхности модифицированных электродов и электрохимических характеристик предложенных сенсоров.
3. Исследование вольтамперометрического поведения энантиомеров Прп и Трп на модифицированных электродах.
4. Распознавание и определение энантиомеров Прп и Трп с использованием сенсоров на основе УПЭ, модифицированного урацилом, и СУЭ, модифицированных ПАФ-композитами меламина, циануровой кислоты, а-, 0-, у- ЦД.
Научная новизна
1. Методом молекулярно-динамического моделирования процессов взаимодействия энантиомеров Прп с урацилом показано, что 8-Прп образует с урацилом водородные связи через атомы кислорода и азота в то время как Я-Прп связывается с урацилом только через атом кислорода, что свидетельствует о том, что 8-энантиомер связывается с модифицированной урацилом поверхностью УПЭ прочнее, чем Я-энантиомер. Профили изменения свободной энергии при взаимодействии энантиомеров Прп с ПАФ-композитами меламина и циануровой кислоты также зависят от природы энантиомеров.
2. Установлена взаимосвязь между электрохимическими параметрами и характером процессов окисления энантиомеров Прп на СУЭ, модифицированных ПАФ-композитами меламина и циануровой кислоты, и энантиомеров Трп на СУЭ, модифицированных ПАФ-композитами а-ЦД, 0-ЦД, у-ЦД, оптимизированы условия формирования аналитических сигналов.
3. Методами вольтамперометрии показано, что лимитирующей стадией электрохимического окисления энантиомеров Прп и Трп на модифицированных электродах является диффузия электроактивного вещества к поверхности электрода. Установлена линейная зависимость величины пика тока окисления от концентрации энантиомеров Прп и Трп в растворе аналита.
4. Показано, что СУЭ, модифицированные ПАФ-композитами меламина и циануровой кислоты обладают перекрестной чувствительностью к энантиомерам Прп, а СУЭ, модифицированные ПАФ-композитами а-, 0-, у-ЦД, перекрестной чувствительностью к энантиомерам Трп и могут использоваться в сенсорных системах, применение которых повышает вероятность распознавания энантиомеров Прп и Трп по сравнению с единичными сенсорами.
5. Установлена возможность распознавания и определения энантиомеров Прп в модельных растворах и энантиомеров Трп в реальных образцах с использованием предложенных сенсоров.
Теоретическая и практическая значимость
Разработаны сенсоры на основе УПЭ, модифицированного урацилом и сенсорная система на основе СУЭ, модифицированных ПАФ-композитами меламина и циануровой кислоты, для распознавания энантиомеров Прп, применяемого в кардиологической практике.
Предложена сенсорная система на основе СУЭ, модифицированных ПАФ- композитами а-, 0-, у-ЦД, для экспрессного распознавания энантиомеров Трп, содержащегося в лекарственных препаратах и пищевых добавках в виде Ь- энантиомера.
Положения, выносимые на защиту
1. Исследование и разработка сенсоров на основе угольно-пастового электрода, модифицированного супрамолекулярными структурами урацила, и стеклоуглеродных электродов, модифицированных ПАФ-композитами меламина, циануровой кислоты, а-, 0-, у-ЦД.
2. Результаты изучения морфологии поверхности и электрохимических характеристик предложенных сенсоров.
3. Результаты распознавания и определения энантиомеров Прп с помощью модифицированного урацилом УПЭ и модифицированных ПАФ-композитами меламина и циануровой кислоты СУЭ и сенсорной системы на их основе.
4. Результаты энантиоселективного распознавания и определения Трп с использованием модифицированных ПАФ-композитами а-, 0-, у-ЦД СУЭ и сенсорной системы на их основе.
Степень достоверности и апробация работы
Достоверность полученных данных определяется использованием в работе современных физико-химических методов исследования и высокотехнологичного оборудования, а также статистической обработкой полученных результатов.
Результаты исследований были представлены на всероссийской конференции с молодежной научной школой «ЭМА 2016» (Екатеринбург - Леневка, 2016), на международной конференции «Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2016), на XX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Екатеринбург, 2016), на IX Международной конференции «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании» (Уфа, 2016), на всероссийской конференции «Теоретические и экспериментальные исследования процессов синтеза, модификации и переработки полимеров» (Уфа, 2016) на симпозиуме по медицинской, органической и биологической химии и фармацевтике (Севастополь, 2017); на «International Conference on Electrochemical Sensors» (Матрафуред, Венгрия, 2017), на третьем съезде аналитиков России (Москва, 2017).
Публикации:
По материалам диссертации автором опубликовано 17 работ, в том числе 1 статья в рецензируемом журнале, входящем в базы цитирования Scopus и Web of Science, 3 статьи в российских рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК. Представленные публикации в основном отражают содержание диссертации.
Личный вклад соискателя состоит в непосредственном участии в проведении исследований и общей постановке задач, в разработке сенсоров, изучении их электрохимических характеристик, проведении анализа энантиомеров Прп и Трп и статистической и хемометрической обработке полученных результатов, а также в написании статей и докладов.
Структура и объем диссертации
Диссертация содержит введение, 3 главы, выводы и список цитируемой литературы, состоящий из 171 наименования. Работа изложена на 141 странице машинописного текста, включая 69 рисунков, 13 таблиц.
Методология и методы исследований
В основе диссертационной работы лежат электрохимические методы определения лекарственных препаратов. Вольтамперометрические измерения проводились с использованием потенциостата/гальваностата AUTOLAB PGSTAT 204 (Metrohm Autolab Ins., Утрехт, Нидерланды) с программным обеспечением Nova. Импедансметрические измерения осуществлялись с использованием импедансметра Элинс Z500 Pro (Москва, Россия). Импедансные спектры регистрировались в диапазоне частот от 50 кГц до 0.1 Гц с амплитудой сигнала 5 мВ. Все электрохимические измерения проводились с использованием трехэлектродной системы, в которой рабочими электродами служили УПЭ, состоящий из графитового порошка спектральной чистоты (ООО "НеваРеактив", г. Санкт-Петербург), и СУЭ диаметром 2 мм (SIGRADUR G, HTW GmbH, Германия). В качестве электрода сравнения использовали хлоридсеребряный электрод, вспомогательным электродом служила платиновая пластина. Измерения проводили при комнатной температуре (22 ± 0.5 °C).
Измерение кислотности растворов проводили с помощью pH-метра Seven Compact pH/Ion S220 (Mettler-Toledo AG, Швейцария). Морфологические характеристики ПАФ-композитов были изучены методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) с помощью мультимикроскопа CMM-2000T производства Proton-MIET (Москва, Россия). Для гомогенизации угольной пасты использовали лабораторный гомогенизатор MPW-309 (Mechanika Precyzyjna, Польша).
Молекулярно-динамическое моделирование (МДМ) процессов взаимодействия энантиомеров Прп с урацилом, меламином и циануровой кислотой осуществляли с помощью программного пакета Gromacs c использованием силового поля GROMOS96 54a7. Топологию структур генерировали с использованием сервиса ATB.
Для хемометрической обработки экспериментальных данных использовали метод главных компонент (МГК) и проекцию на латентные структуры с дискриминантным анализом (ПЛС-ДА) с использованием надстройки Chemometrics Add-In для Microsoft Excel и The Unscrambler (CAMO, Норвегия).


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!


Разработаны хиральные вольтамперометрические сенсоры и сенсорные системы на основе УПЭ, модифицированного урацилом, и СУЭ, модифицированных ПАФ-композитами меламина, циануровой кислоты и а-, Р-, у- ЦД для определения энантиомеров Прп и Трп.
Методом АСМ изучена морфология поверхности предложенных сенсоров. Показано, что на поверхности СУЭ осаждаются ПАФ-композиты, имеющие включения модификаторов в виде кристаллитов в случае меламина и циануровой кислоты и наносферические зерна в случае а-, 0-, у-ЦД.
Установлены оптимальные условия электрохимического окисления Прп и Трп на предложенных сенсорах. Показано, что лимитирующей стадией электродного процесса является скорость диффузии Прп и Трп к поверхности электрода.
Показана возможность распознавания энантиомеров Прп с использованием хиральных вольтамперометрических сенсоров на основе УПЭ, модифицированного урацилом, и сенсорной системы на основе СУЭ, модифицированных ПАФ- композитами меламина и циануровой кислоты. При использовании вольтамперометрической сенсорной системы число правильно распознанных образцов достигает 100%.
Показано, что хиральные вольтамперометрические сенсоры на основе СУЭ, модифицированных ПАФ-композитами а-, 0-, у-ЦД, позволяют определить энантиомеры Трп. Установлено, что наибольшую чувствительность и энантиоселективность имеет сенсор на основе 0-ЦД. Получены линейные зависимости аналитического сигнала от концентрации энантиомера Трп в растворе, предел обнаружения 4-7*10-6 М. Относительное стандартное отклонение не превышает 7.3%.
Установлено, что вольтамперометрическая сенсорная система на основе СУЭ, модифицированных ПАФ-композитами а-, 0-, у-ЦД, однозначно распознает В- и Ь- энантиомеры Трп. Использование сенсорной системы повышает процент правильно распознанных образцов на 40-59% по сравнению с регистрацией вольтамперограмм на одном модифицированном электроде. Данная сенсорная система позволяет распознать Ь-Трп в присутствии вспомогательных веществ в образцах лекарственных препаратов, а также распознать биологически активные добавки, содержащие Ь-Трп, различных производителей.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследований заключаются в расширении круга лекарственных средств и биологически активных добавок. Кроме того, планируется проведение исследований по апробации предложенных сенсоров для определения энантиомеров Прп и Трп в биологических жидкостях (кровь, моча).



1. Сидельников, А.В. Энантиоселективный вольтамперометрический сенсор для распознавания стереоизомеров пропранолола / А.В. Сидельников, В.Н. Майстренко, Р.А. Зильберг, Ю.А. Яркаева, Э.М. Хамитов // Журн. аналитической химии. - 2017. - V. 72. - № 5. - P. 575-581 (0,4375 п. л./0,0625 п. л.).
2. Zilberg, R.A. A voltammetric sensory system for recognition of propranolol enantiomers based on glassy carbon electrodes modified by polyarylenephthalide composites of melamine and cyanuric acid / R.A. Zilberg, A.V. Sidelnikov, V.N. Maistrenko, Yu.A. Yarkaeva, E.M. Khamitov, V.M. Kornilov, E.I. Maksutova // Electroanalysis. - 2018. - V. 30. - № 4. - P. 619-625 (0,4375 п. л./0,125 п. л.)
3. Зильберг, Р.А. Распознавание пропранолола по производителю с использованием стеклоуглеродных электродов, модифицированных композитами на основе полиариленфталидной пленки, меламина и циануровой кислоты / Р.А. Зильберг, Л.Р. Кабирова, Ю.А. Яркаева, А.В. Сидельников, В.Н. Майстренко, В.М. Корнилов, А.Н. Лачинов // Известия Уфимского научного центра РАН. - 2017. - №4.- С. 33-40 (0,4375 п. л. / 0,0625 п. л.).
4. Кабирова, Л.Р. Активационный подход к повышению энантиоселективности композитных электродов в условиях циклической вольтамперометрии / Л.Р. Кабирова, Ю.А. Яркаева, Ю.Р. Проворова, Р.А. Зильберг, А.В. Сидельников, В.Н. Майстренко // Вестник Башкирского университета. - 2018. - Т. 23. - №1. - С. 95-100 (0,375 п. л. / 0,0625 п. л.).
Материалы научных конференций:
1. Мурзина, К.А. Распознавание энантиомеров пропранолола с использованием хирального вольтамперометрического «электронного языка» / К.А. Мурзина, А.И. Хаблетдинова, Ю.А. Яркаева, Р.А. Зильберг, А.В. Сидельников // Сборник тезисов II Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Материалы и технологии XXI века». - Казань: КФУ, 2016. - С. 282 (0,0625 п. л. / 0,0156 п. л.).
2. Яркаева, Ю.А. Идентификация 0-блокаторов с использованием вольтамперометрической мультисенсорной системы типа «электронный язык» / Ю.А. Яркаева, Р.А. Зильберг, А.И. Хаблетдинова, А.В. Сидельников, В.Н. Майстренко // XX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. В 5 т. Т.4: тез. докл. - Екатеринбург, 2016. - С.228 (0,0625 п. л. / 0,0125 п. л.).
3. Проворова, Ю.Р. Идентификация энантиомеров лекарственных препаратов с использованием вольтамперометрической мультисенсорной системы / Ю.Р. Проворова, К.А. Мурзина, А.И. Хаблетдинова, Ю.А. Яркаева, Р.А. Зильберг, А.В. Сидельников // Тезисы докладов IX Международной школы-конференции для студентов, аспирантов и молодых учёных «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании». - Уфа: РИЦ БашГУ, 2016. - С. 250 (0,0625 п. л. / 0,0125 п. л.).
4. Дубровский, Д.И. Хиральный вольтамперометрический «электронный язык» для распознавания оптических изомеров пропранолола / Д.И. Дубровский, Ю.А. Яркаева, А.И. Хаблетдинова, Р.А. Зильберг, А.В. Сидельников // Тезисы докладов IX Международной школы-конференции для студентов, аспирантов и молодых учёных «Фундаментальная математика и ее приложения в естествознании». - Уфа: РИЦ БашГУ, 2016. - С. 240 (0,0625 п. л. / 0,0125 п. л.).
5. Яркаева, Ю.А. Определение энантиомеров пропранолола с использованием электрохимических сенсоров, модифицированных хиральными селекторами / Ю.А. Яркаева, К.А. Мурзина, Р.А. Зильберг, А.В Сидельников // Сборник тезисов IV Всероссийской научной конференции «Теоретические и экспериментальные исследования процессов синтеза, модификации и переработки полимеров». - Уфа: РИЦ БашГУ, 2016. - С. 199 (0,0625 п. л. / 0,0208 п. л.).
5. Мурзина, К.А. Использование вольтамперометрических мультисенсорной системы для распознавания энантиомеров лекарственных препаратов / К.А. Мурзина, Ю.Р. Проворова, А.И. Хаблетдинова, Ю.Г. Файзуллина, Ю.А. Яркаева, Р.А. Зильберг, А.В. Сидельников / Сборник тезисов IV Всероссийской научной конференции «Теоретические и экспериментальные исследования процессов синтеза, модификации и переработки полимеров». - Уфа: РИЦ БашГУ, 2016. - С. 55 (0,0625 п. л. / 0,0156 п. л.).
6. Мурзина, К.А. Энантиоселективный вольтамперометрический «электронный язык» для анализа аминокислот / К.А. Мурзина, Ю.А. Яркаева, Ю.Р. Проворова, Р.А. Зильберг // Тезисы докладов XX Всероссийской конференции молодых ученых-химиков - Н. Новгород, 2017. - С. 331 (0,0625 п.л./0,0156 п.л.).
6. Яркаева, Ю.А. Энантиоселективное распознавание стереоизомеров пропранолола / Ю.А. Яркаева, Л.Р. Кабирова, Р.А. Зильберг, Д.И. Дубровский, А.В. Сидельников // Тезисы докладов XX Всероссийской конференции молодых ученых- химиков - Н. Новгород, 2017. - С. 356 (0,0625 п. л. / 0,0156 п. л.).
7. Яркаева, Ю.А. Вольтамперометрический «электронный язык» на основе пленочных электродов для распознавания стереоизомеров пропранолола / Ю.А. Яркаева, Л.Р. Кабирова, Зильберг Р.А., Проворова Ю.Р., Сидельников А.В. // Тезисы докладов XX Всероссийской конференции молодых ученых-химиков (с международным участием) - Н. Новгород, 2017. - С. 357 (0,0625 п. л. / 0,0156 п. л.).
8. Зильберг, Р.А. Вольтамперометрический «электронный язык» для распознавания энантиомеров пропранолола / Р.А. Зильберг, Ю.А. Яркаева, К.А. Мурзина, А.В. Сидельников, В.Н. Майстренко // Сборник тезисов докладов Третьего Междисциплинарного Симпозиума по Медицинской, Органической и Биологической Химии и Фармацевтике 2017 / под редакцией К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной. - Севастополь, 2017. - С. 21 (0,0625 п. л. / 0,0156 п. л.).
9. Зильберг, Р.А. Вольтамперометрический энантиоселективный сенсор для определения триптофана / Р.А. Зильберг, Ю.А. Яркаева, К.А. Мурзина, А.И. Хаблетдинова, А.В. Сидельников, В.Н. Майстренко // Сборник тезисов докладов Третьего Междисциплинарного Симпозиума по Медицинской, Органической и Биологической Химии и Фармацевтике 2017 / под редакцией К.В. Кудрявцева и Е.М. Паниной. - М Севастополь, 2017. - С. 128 (0,0625 п. л. / 0,0156 п. л.).
10. Zilberg, R.A. Voltammetric sensor for recognition enantiomers of propranolol based on glassy carbon electrodes modified with polyarylenephthalide composite / R.A. Zilberg, A.V. Sidelnikov, Yu.A. Yarkaeva, V.N. Maistrenko // International Conference on Electrochemical Sensors. - Matrafüred, 2017. - P. 160 (0,0625 п. л. / 0,0156 п. л.).
11. Яркаева, Ю.А. Вольтамперометрический сенсор на основе полиариленфталидных композитов с циклодекстринами для определения энантиомеров триптофана / Ю.А. Яркаева, Р.А. Зильберг, К.А. Мурзина, А.В. Сидельников, В.Н. Майстренко // Тезисы докладов Третьего съезда аналитиков России. - Москва, 2017. - С. 239 (0,0625 п. л. / 0,0156 п. л.).


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ