ZnO纳米粒子修饰玻碳电极的电化学活性塞纳Alata L。叶提取物用于抗逆转录病毒药物

采用植物合成法制备了氧化锌纳米颗粒(ZnO NPs)塞纳alata L。叶提取物(SALE)中含有生物碱，在NPs的形成反应中，生物碱作为弱碱的来源发挥了重要作用。在玻璃碳电极(GCE/ZnO NP)上引入ZnO NPs，研究其对抗逆转录病毒药物拉米夫定(3TC)的电化学活性。采用傅立叶变换红外(FTIR)、x射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)和动态光散射(DLS)等表征技术对GCE/ZnO NPs的性能进行了分析。结果表明，ZnO NPs呈球形，粒径为40 ~ 60 nm，为高纯度结晶六方纤锌矿结构。循环伏安法(CV)测定结果表明，3TC在GCE/ZnO NPs上的电化学还原具有10 ~ 300 μ M的良好线性范围，检出限为1.902 μ M，定量限为6.330 μ M，灵敏度为0.0278 μ A/ μ M。因此，本研究为制备材料基氧化锌NPs提供了一种简便的方法，由于其优异的电化学性能，氧化锌NPs有望成为抗逆转录病毒药物传感器。

拉米夫定(2 ' -脱氧-3 ' -硫胞苷，3TC)是一种核苷类似物逆转录酶抑制剂(NARTI)药物，对逆转录病毒，包括人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)、人类免疫缺陷病毒2型(HIV-2)和乙型肝炎病毒(HBV)具有积极作用[1］．3TC通过DNA链断裂抑制病毒生长，形成细胞内三磷酸，防止病毒DNA在宿主体内增殖[2，3.，4］．然而，长期使用3TC会导致突变型HBV耐药的出现。HBV的3TC单药治疗可迅速选择密码子rt80、rt173、rt180和rt204突变的耐药基因型，在接受治疗的人群中，1年后出现15%的耐药基因型，3年后出现高达80%的耐药基因型。此外，选择未被乙肝表面抗原(HBsAg)检测识别的突变体可能会掩盖3TC治疗后HBV感染的检测。具有这些突变的个体可能传播对乙肝疫苗产生的免疫应答有抵抗力的乙肝病毒[5］．

基于其医学和药理意义，评估生物液体和药物制剂中3TC的适当水平是极其必要的。评估3TC水平的分析方法已被多次报道，如分光光度法[6，7),色谱法(8),电化学(9，10，11，12)等。色谱法和分光光度法具有良好的选择性和检出限。然而，一些缺陷，如耗时，相对昂贵，需要复杂的分析步骤已经被调查。因此，由于电化学等其他分析方法成本低、易于操作和重现性更好，因此需要高素质的人员来开发这种方法[13，14］．此外，在电化学方法中，应考虑使用导电材料对电极表面进行修饰，以优化分析物与传感表面之间的电子传递。此外，导电材料增强了电极的表面积，以产生优越的灵敏度[15，16］．

ZnO NPs是一种导电性好、毒性可忽略、电子转移动力学高、对生物分子具有优良电催化活性的材料[17］．目前，植物合成氧化锌NPs由于其无害的路径被认为是制备氧化锌NPs的一种有前景的方法[18]因为它不使用有毒化学物质[19]如十二烷基硫酸钠(SDS)、四甲基溴化铵(CTAB) [20.，21]和聚乙烯吡咯烷酮(PVP) [22］．此外，该方法利用植物提取物的次生代谢物含量作为弱碱、螯合剂、稳定剂和还原剂的来源[23，24］．

在本工作中，氧化锌NPs是合成用叶提取物塞纳Alata L。(SALE)，一种豆科被子植物[25]，其中含有生物碱、类黄酮和皂苷形式的次生代谢物，在反应过程中充当弱碱、螯合剂和稳定剂的来源。此外，用ZnO NPs修饰玻璃碳电极(GCE)的表面。用3TC分析了GCE/ZnO NPs的电化学活性。采用电化学方法对其灵敏度和检出限进行了研究。

材料

塞纳Alata L。叶片来自印度尼西亚西爪哇岛Cirebon地区，并在印度尼西亚LIPI生物研究中心进一步测定。六水合硝酸锌(Zn(NO_3.）₂.6H₂O)，磷酸氢钾(K₂HPO₄)，磷酸二氢钾(KH₂阿宝₄)、甲醇和正己烷均购自默克公司。拉米夫定来自印度尼西亚药典比较标准(BPFI)。本研究使用的双蒸馏水采用Millipore Direct-Q®5 UV净化。所有化学品都是未经净化的原样使用。

准备销售

塞纳Alata L。叶子被洗净，晒干，捣碎以获得粉末。50 g粉末在250 mL甲醇中持续搅拌7天。之后，滤液用whatmanno进行过滤。过滤器40个，在正己烷中分馏，体积比为1:1。结果用真空旋转蒸发器蒸发，溶解在100毫升蒸馏水中。最后，将所得的SALE保存在4℃下，用植物合成法制备ZnO NPs。

ZnO NPs的植物合成

采用溶胶-凝胶法植物合成法制备了ZnO NPs。sales加入Zn(NO_3.）₂0.015 M得到100ml体积比为1:9 (v/v)的混合物。在60℃加热2小时形成SALE溶胶，再在120℃加热6小时离心形成凝胶。最后，凝胶在500℃下煅烧4 h，得到ZnO NPs白色粉末。

GCE/ZnO NPs的制备

用氧化铝浆液手工打磨GCE表面1分钟，用超纯水冲洗。然后在甲醇中超声10分钟，用超纯水冲洗。ZnO NPs分散在乙醇(4 mg/ml)中。然后，采用滴铸技术将其沉积在直径为2 mm的GCE表面。最后，GCE/ZnO NPs在60℃下干燥。

电化学测试

采用三电极体系对制备的电极对3TC进行了电化学研究。GCE/ZnO NPs、铂线和Ag/AgCl分别作为工作电极、计数器电极和参比电极。电解液为0.1 M的磷酸盐缓冲溶液(PBS)， pH值为5 ~ 9，通过定量混合KH制备₂阿宝₄和K₂HPO₄在超纯水。电化学测量采用CV技术，电压范围为−1.2 ~ 0.5 V。

描述

使用Autolab的PGSTAT204进行三电极伏安测量。用扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS, JEOL JSM 6510 LA)对样品的形貌进行了表征。采用粉末x射线衍射(XRD, Miniflex 600-Rigaku x射线分析仪)和傅里叶变换红外光谱(FTIR, IR普里斯-21 Shimadzu)对样品结构进行分析。粒径分析仪Malvern Zetasizer Nano ZSP测定了颗粒的粒径分布。

SALE和ZnO NPs的表征

数字1a表明ZnO NPs的FTIR光谱在3442、2911、1625、1054和489 cm处出现吸收峰⁻¹，对应于O-H拉伸的振动，C-H (sp^3.)拉伸，N-H弯曲，C-N拉伸，Zn-O拉伸[26，27］．O-H拉伸振动被分配给SALE残留的次生代谢物，以类黄酮、皂苷和多酚的形式存在，以及H的吸附₂O来自大气[1，23］．N-H弯曲和C-N拉伸振动表明生物碱的存在，它们在植物合成ZnO NPs的过程中作为弱碱的来源发挥着重要作用[23，28］．此外，Zn-O拉伸振动表明ZnO NPs已成功形成[29，30.，31，32]通过使用SALE的植物合成方法。

图5所示的XRD衍射谱图。1b清楚地表明，在(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(200)、(112)和(201)平面上的所有衍射峰都属于结晶ZnO六方纤锌矿结构(JCPDS Card No. 36-1451)。ZnO NPs的平均晶粒尺寸由以下Scherrer公式计算[33]:

在那里,D是晶体尺寸的平均值，λ为x射线的波长(0.15406 nm)，ß是FWHM和θ是衍射角。ZnO NPs的平均晶粒尺寸为18.87 nm。

图中SEM图像。2a将由SALE制备的ZnO NPs描述为球形，粒径范围为40-60 nm。用EDS分析了锌和氧的元素映射，原子组成比为53.6:46.4。从杂质中没有观察到其他元素，这表明ZnO NPs的形成具有高纯度，呈均匀球形(图1)。2a、b)。此外，动态光散射技术得到的粒子分布曲线表明，ZnO NPs的水动力尺寸为68.061 nm(图1)。2c)。

GCE/ZnO NPs对3TC的电化学活性

采用循环伏安法(CV)测定了GCE/ZnO NPs在0.1 M PBS (ph7)中对3TC的电化学活性。数字3.在相同的实验条件下，GCE和GCE/ZnO NPs的还原峰电流均为3TC，还原峰电位分别为−0.906和−1.095 V。ZnO NPs的电导率和电化学特性的改善导致了更大的电子输运，导致GCE/ZnO NPs比GCE具有更高的电流响应。

如图5 - 9所示，3TC在0.1 M PBS中在制备的电极表面的CV响应。4a.在最佳pH值为7时，通过−1.095 V的还原峰获得了最高的电流响应(图1)。4b).此外，图。4c表明pH体系的碱性越强，阴极电流的峰值移向越负的电位，表明质子参与了氧化还原反应[34］．根据反应机理(方案1)，还原峰来自于GCE/ZnO NPs中3TC的还原，涉及两次电子转移。从3TC生成的C = N键被还原，然后是脱氨基过程。［35］．

用Randles-Sevcik方程测定了电极表面的电子转移动力学。1)扫描速率在50 - 150mv /s范围内[36]:

在哪里知识产权为峰值电流(A)，n是一个分析物分子在过氧化或还原过程中转移的电子数;一个电极表面积(cm^3.)，D分析物扩散系数(cm²/秒),v为扫描速率(V/ s)，c大块溶液中分析物的浓度(mol/cm ?^3.)，R理想气体是常数吗T为温度K。

3TC的还原峰值电流随扫描速率的增加呈线性增加(图1)。4d). Randles-Sevcik方程中阳极和阴极峰值电流与扫描速率根之间的曲线呈线性关系，表明了扩散过程控制下的电子转移动力学[37］．数字4e表示3TC的还原峰值电流与扫描速率根之间的线性关系，相关系数为0.9903。这一结果表明，电极上的电子转移过程是扩散控制的。还研究了兰德尔斯-塞夫cik方程中扫描速率的对数与峰值电流的对数之间的关系，以了解电极表面吸附过程的可能性。如果得到的线性方程中的梯度值接近0.5，则氧化还原反应完全受扩散控制。然而，如果梯度值大于0.5，则表示吸附过程[38］．数字4f表示log v和log I在梯度值为0.2162处的线性方程。这表明GCE/ZnO NPs表面的3TC还原过程不受吸附控制。

标定曲线在10-300 μ M的3TC浓度范围内进行CV测量，如图所示。5a.标定曲线方程为y =−0.0278×-81 (R²= 0.9987)，表明GCE/ZnO NPs在低浓度(10-75 μ M)至高浓度(300 μ M)范围内对3TC具有良好的线性关系，检出限为1.902 μ M，定量限为6.330 μ M，灵敏度为0.0278 μ a / μ M。检测限由3倍标准差除以校准曲线斜率得到，而定量限则由10倍标准差除以校准曲线斜率得到。此外，灵敏度由校准曲线上的斜率确定[39］．

使用相同的制备电极，研究GCE/ZnO NPs在40 μ M 3TC上的重复性。5b).计算得到的相对标准偏差(RSD)为1.26% (n = 6)。结果表明，GCE/ZnO NPs在0.1 M PBS (ph7)中对3TC具有良好的重复性。

在本研究中，利用植物合成法成功合成了氧化锌NPs，其中生物碱是弱碱的重要来源。氧化锌NPs修饰的GCE对3TC具有良好的电化学活性，线性范围为10 ~ 300 μ M，检出限为1.902 μ M，定量限为6.330 μ M，灵敏度为0.0278 μ a /µM。制备的ZnO NPs具有良好的电导率和高的电子转移动力学，这可能是该电极具有良好的电化学活性的原因。因此，本研究提出了一种制备材料基ZnO NPs的简便方法，由于其优异的电化学性能，可作为抗逆转录病毒药物传感器。

在当前研究中使用和/或分析的数据集可根据合理要求从通讯作者处获得。

不适用。

本研究由Rektor Universitas Gunadarma No. 22/SK/REK/UG/2021资助。

作者和联系

1. 古纳达玛大学药剂系，印度尼西亚德波克，16424

   Harits Atika Ariyanta和Fakhrur Roji

2. 印度尼西亚大学数学和自然科学学院化学系，印度尼西亚德波克，16424

   Dewangga Oky Bagus Apriandanu

贡献

HAA:概念化;资金收购;方法;角色/原创作品草案;FR:数据管理;正式的分析;调查;DOBA:写作审阅与编辑;资源。所有作者都已阅读并认可最终稿。

相应的作者

对应到Harits Atika Ariyanta．

相互竞争的利益

作者声明他们没有竞争利益。

出版商的注意

施普林格自然对出版的地图和机构附属的管辖权要求保持中立。

开放获取本文遵循创作共用署名4.0国际许可协议(Creative Commons Attribution 4.0 International License)，该协议允许在任何媒体或格式中使用、分享、改编、分发和复制，只要您给予原作者和来源适当的署名，提供创作共用许可协议的链接，并说明是否有更改。本文中的图片或其他第三方材料包含在文章的创作共用许可中，除非在材料的信用额度中另有说明。如果材料不包含在文章的创作共用许可中，并且您的预期用途不被法律法规允许或超出了允许的用途，您将需要直接从版权所有者那里获得许可。欲查看此许可证的副本，请访问http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/．

再版和权限