新型抗癌药物长春地辛的电化学研究

刘计敏， 郑崇涛， 李 玲， 王 娟， 郭满栋*

(山西师范大学化学与材料科学学院,山西临汾 041004)

图1 长春地辛的结构式Fig.1 The structure of vindesine

恶性肿瘤对人们生命健康有严重的危害，但通过化学合成的抗癌药多半也会对人体产生毒副作用，因此，从天然动植物中寻找抗癌活性成分受到了科学工作者的广泛关注。长春地辛(Vindesine,VDS)又称长春碱酰胺[1]、癌的散、闻得星等，其结构式如图1。VDS为半合成长春花碱衍生物，疗效高、毒性低[2]，其主要用于肺癌、恶性淋巴瘤、乳腺癌、食管癌、慢性骨髓性白血病、肉瘤[3]等的治疗。另外，VDS对移植性动物肿瘤的抗瘤谱较广，并对小鼠白血病P388、P1534和乳腺癌CA735的疗效与长春新碱相近，还可以延长带黑色素瘤B15小鼠中数生存期，且与长春碱和长春新碱无交叉耐药性。并且其较低剂量的作用强度为长春新碱的3倍，为长春碱的10倍；在高剂量下的作用强度与长春新碱相等，为长春碱的3倍，应用前景极为广泛。但是由于VDS的治病率与致病率[4]基本相等，其剂量的控制尤为重要，因此对于VDS的检测具有重要的现实意义。目前，检测VDS的方法有液相色谱法[5]、色谱-串联质谱法[6]及毛细管电泳等，这些方法在实际应用中还有一定的困难。

电化学方法具有速度快、分析成本低等优点，而化学修饰电极是当前电分析化学领域中十分活跃的研究领域[7]。本文用电沉积、静电吸附等手段将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、纳米金(AuNPs)沉积在电极表面，制备了一种新型修饰电极(AuNPs/PVP/Au/CME)。研究了测定VDS的最佳条件，发现AuNPs/PVP/Au/CME修饰电极对VDS有明显的吸附作用。据此建立了一种操作简单、重现性好、线性范围宽、灵敏度高、干扰较小的测定VDS的分析方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

LK2005A型电化学工作站(天津市兰力科化学电子高技术有限公司)，采用三电极系统：工作电极为AuNPs/PVP/Au/CME(d=1 mm)，参比电极为甘汞电极(饱和KCl)，对电极为铂电极;电子天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司)；KQ-250B型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)；pHS-3C型酸度计(上海伟业仪器厂)。

Na2B4O7(天津市风船化学试剂科技有限公司)；KH2PO4(天津市申泰化学试剂有限公司)；聚乙烯吡咯烷酮(PVP,天津市兴复精细化工研究所)；HAuCl4·4H2O(武汉鑫思锐科技有限公司)；柠檬酸钠(天津市科密欧化学试剂有限公司)。所用试剂均为分析纯。实验用水为二次蒸馏水。实验均在室温下进行。

长春地辛(扬子江药业有限公司)。

1.2 修饰电极的制备过程

1.2.1Au电极的预处理将Au电极在鹿皮上打磨抛光，放入3∶1的浓H2SO4与H2O2的混合溶液中，浸泡0.5 h。取出后，用二次蒸馏水冲洗，再依次于二次蒸馏水、无水乙醇、HNO3、二次蒸馏水中各超声清洗5 min。然后将处理好的电极于-0.4 ～+1.4 V(vs.SCE)的电位范围,在0.1 mol/L的H2SO4中循环扫描6圈，扫描速度为100 mV/s。最后将电极取出，冲洗干净,再用N2吹干，备用。

1.2.2储备液的制备称取2.5 mg PVP，用二次水稀释，并定容至100 mL容量瓶中，搅拌3 h，静止除去气泡后，4 ℃下避光保存。纳米金制备[8 - 10]：称取0.2 g HAuCl4·4H2O，溶于10 mL二次蒸馏水中。取0.35 mL上述溶液加入50 mL二次蒸馏水中，加热至沸腾，在剧烈搅拌下快速加入3 mL柠檬酸钠溶液，在沸腾情况下搅拌30 min，移去热源后再搅拌10 min，即可得到AuNPs溶液(柠檬酸钠还原法[11])。

1.2.3PVP/AuNPs修饰电极的制备将处理后的电极放入PVP溶液中,以100 mV/s扫描速度循环扫描60 圈。洗净晾干后，将制得的PVP修饰电极放入AuNPs溶液中浸泡12 h，在室温下晾干，置于4 ℃冰箱中保存，待用。

2 结果与讨论

2.1 VDS的循环伏安行为

图2 VDS在裸Au电极(a)和AuNPs/PVP/Au/CME(b)上的循环伏安图Fig.2 Cyclic voltammograms of VDS at bare Au electrode (a)and AuNPs/PVP/Au/CME(b)in the Na2B4O7-KH2PO4 buffer solution pH=7.19;scan rate:0.1 V/s.

图2为1.0×10-6mol/L VDS在不同电极上的循环伏安图。从图中可以看出，两条曲线中，P2峰变化不大。但是在裸Au电极上，还原峰出现在0.43 V，峰电流较小。电极经过修饰后，还原峰移至0.39 V，峰电流明显增加，说明AuNPs/PVP/Au/CME对VDS具有较强的催化作用。

2.2 表面活性剂存在下扫描速率的影响

表面活性剂可以改变电化学反应过程，本文考察了不同表面活性剂对电极的修饰及对长春地辛的测定。用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和非离子表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分别作为修饰剂，按实验方法制备修饰电极。在pH=7.19的Na2B4O7-KH2PO4缓冲溶液中，研究VDS的电化学行为。实验表明，当三种表面活性剂用量较小时，对VDS的响应电流与无表面活性剂时相比影响不大。当三种表面活性剂用量较大，超过VDS的含量时，CTMAB、SDS会形成带正、负电荷的胶团，导致溶液粘度增加，使VDS在电极表面的吸附量减少。PVP在电极表面定向排列，使VDS在电极表面浓度更均一，由于VDS含量一定，所以随着PVP浓度的增大，VDS的吸附量几乎不变。

图3 AuNPs/PVP/Au/CME在不同扫描速率下的循环伏安图Fig.3 Cyclic voltammogram of 1.0×10-6 mol/L VDS at AuNPs/PVP/Au/CME in pH=7.19 Na2B4O7-KH2PO4 buffer solution with different scan rate

在0.1～0.22 V/s范围改变扫描速率，用AuNPs/PVP/Au/CME和AuNPs/CME对VDS进行电化学研究，结果如图3。结果表明，加入PVP后，VDS响应电流随扫描速率的增加，还原峰电位负移，原因是由于扫描速率的增加，VDS在电极上的可逆性变差。VDS的响应电位E与扫描速率(v)的对数呈线性关系，线性方程为：Ε(V)=-0.07997lgv+0.55691,R2=0.99095。直线斜率为-0.07997，截距为0.55691。由其直线斜率为[0.5×2.303RT×(anF)-1]，可得an=-0.37，取a=0.5，可计算求得n≈1；由此可知，VDS在AuNPs/PVP/Au/CME电极上发生了一个电子交换的不可逆还原反应。

相同扫速下，VDS的响应电流随表面活性剂用量的增加而下降，说明表面活性剂的存在下，VDS在电极上的电化学过程以吸附控制为主。

2.3 底液酸度的选择

控制扫描速率为0.1 V/s，测量底液的为pH=5.5～7.59，于不同浓度PVP存在下，对1.0×10-5mol/L VDS溶液进行测定，随pH增大，VDS还原峰负移，响应电位Ε(V)=-0.0809pH+1.03906,R2=0.975。斜率为-0.08909。将其代入公式dEP/dpH=0.0592x/n(式中x为质子数,n为电子数)中,可求得x(P1)=1.366，即转移的质子数为1个。说明反应过程中有1个质子参与，在pH=7.19时，Ipc的数值最大，且随PVP浓度的增加，VDS响应电流明显降低，但是还原峰电位变化不大。故测定时选择pH=7.19的底液进行电化学实验。

2.4 线性范围与检出限

图4 不同浓度VDS的差分脉冲伏安图Fig.4 DPV of VDS with different concentration a-e：1.0×10-8，1.0×10-7，1.0×10-6，1.0×10-5，1.0×10-4mol/L.

用差分脉冲伏安(DPV)法研究了修饰电极对VDS的电化学响应，见图4。实验表明，VDS响应电流与其浓度在1.0×10-8～1.0×10-4mol/L范围内呈良好的线性关系。其线性方程为：Ip1(μA)=-3.12596c+44.3937,相关系数R2=0.997215，检出限(S/N=3)为3.2×10-9mol/L。

2.5 稳定性与重现性

将所制备的修饰电极储存在4 ℃下一星期后，再对VDS进行测定，电流响应基本保持不变，说明该修饰电极很稳定。用PVP/GNP/Au/CME对1.0×10-6mol/L的VDS平行测定5次，其结果相对标准偏差(RSD)为4.13%,表明该修饰电极有良好的重现性。

2.6 干扰实验及回收率的测定

本实验对实际应用中有可能共存的物质进行了测定。在VDS浓度为1.0×10-6mol/L的样品溶液中，考察了一些物质对VDS测定的影响。结果表明，邻二苯酚、对二苯酚均产生正干扰；而鸟嘌呤、甘氨酸、L-(+)-谷氨酸、抗坏血酸对本实验不产生干扰。称取一定量注射用硫酸长春地辛，用二次蒸馏水溶解并定容到100 mL容量瓶中。用DPV法进行电化学测定，并进行回收率实验，结果见表1。由表1可知，回收率在 90%～100.05%范围内，RSD为0.8%～2.1%，表明此方法准确度高。

表1 长春地辛的回收测定

2.7 电极反应机理的探讨

长春地辛为半合成长春花碱衍生物[12]。长春地辛电极表面发生转移一个电子的还原反应，长春地辛首先电离失去一个氢离子，再失去一个电子生成游离基。然后会吸附在金电极表面，但其在金电极表面吸附较少，阻碍其电子传递的作用较弱。而PVP分子中的O或N原子可以与金属纳米粒子形成配位键而吸附纳米粒子，是一种表面活性剂，纳米金具有高比表面积，及生物相容性好[13]等优点。它们增强了VDS在电极表面的吸附，故阻碍电子传递的作用增强，使峰电流降低的较多。反应机理可能是:

3 结论

本文采用一种简便的电化学方法制得了AuNPs/PVP/Au/CME。将该修饰电极用于VDS的测定，检出限为3.2×10-9mol/L。该修饰电极稳定性和重现性好，可望由此建立一种新的测定VDS的方法。