受生物启发的化学计量学方法用于同时紫外分光光度法测定药物制剂与环境样品中的莫努匹韦、奈玛特韦与法匹拉韦

为什么检测新冠口服药与水体很重要

随着莫努匹韦、奈玛特韦和法匹拉韦等新冠治疗药物变得更为普及，出现了一个新的挑战：如何快速、廉价且安全地检验这些药物是否生产合格，并监测药物残留是否污染水源。传统实验室技术虽然准确，但往往速度慢、成本高，并产生大量化学废物。本研究提出了一种更环保、更经济的方案，能同时测定这三种药物，使用简单的光学测量结合智能计算算法，取代大型仪器设备。

三种抗病毒药，一项日益严重的分析难题

莫努匹韦、奈玛特韦（Paxlovid 的关键成分）与法匹拉韦通过不同机制抑制冠状病毒，并有时作为联合疗法一同研究。它们也可能在医院废水中共同出现作为污染物。质量控制实验室需要检测使用同一生产线的多种产品以避免交叉污染，而环境科学家则希望追踪有多少药物进入水体。然而在此研究之前，还没有一种简单的紫外（UV）光法可以在一次检测中同时确定三种药物的含量。现有方法大多依赖高端的液相色谱和质谱，需昂贵仪器、专业人员以及大量有机溶剂。

把重叠的光谱信号变成清晰结论

紫外分光光度法通过测量样品吸收光的多少，具有成本低、速度快、设备普及的优点。但三种抗病毒药物在紫外区的吸收区间高度相似，光谱曲线严重重叠，无法从原始信号中直接读取各自含量。作者通过将紫外测量与化学计量学（基于数据的模式识别方法）结合来解决这一问题。他们比较了两种受生物启发的搜索策略——以进化为模型的遗传算法和受萤火虫趋光行为启发的萤火虫算法——用于挑选最有信息量的波长。然后将这些精心选择的波长输入偏最小二乘回归（PLS），即使在信号相互混杂时也能分辨出每种药物的贡献。

萤火虫与遗传算法：谁更胜一筹？

为构建与测试模型，研究人员配制了数十种已知浓度的混合样品，覆盖真实的浓度范围。他们训练了基于遗传算法和基于萤火虫算法的模型，并检验各自对新、未见混合物的预测能力。萤火虫方法生成了更简单的模型，使用更少的波长、需要更少的内部参数，并且仍然取得了更好的预测精度。对于三种抗病毒药，萤火虫模型在预测值与真实值之间的相关性非常高（R² 超过 0.996），且预测误差很低。残差图——显示预测偏离真实值的程度——在萤火虫方法下更紧凑且呈随机分布，表明其更可靠且较少隐含偏差。

真实药片、真实水样与更环保的足迹

在根据国际指南调优并验证萤火虫方法后，团队将其应用于实际样品。他们分析了含三种抗病毒药的市售产品，结果与已发表的高效液相色谱方法在准确性和精密度上相当。他们还在自来水中加标已知剂量的药物，回收率约在 95% 到 104% 之间，显示在简单提取步骤后该方法在环境样品中也有效。为评估其环境影响，作者使用了多种“绿色”评分体系，考虑溶剂使用、能耗、废物、可操作性与总体可持续性。在多个独立指标下，该方法的评分均处于“良好”到“优秀”范围，主要得益于其避免了持续使用有机溶剂流和采用低功耗、广泛可得的设备。

对实验室与环境的意义

该研究表明，配合经过精心选择的波长与受生物启发的数据处理算法，普通的紫外分光光度计可以在监测药物制剂与水体中重要的新冠药物方面媲美更复杂的仪器。基于萤火虫的方案提供了准确的测量、降低成本并减少化学废物，使其成为常规质量控制和在资源受限环境中的一种有吸引力的替代方法，在这些地方高端的色谱与质谱设备难以获得。通俗地说，研究证明了借助智能算法，简单的光学测量也能帮助确保抗病毒药片的生产质量，并防止其残留悄然累积在我们的环境中。

引用: Abdelzaher, A.M., Al kamaly, O. & Rahman, M.A.A. Bio-inspired chemometric methods for simultaneous UV spectrophotometric determination of molnupiravir, nirmatrelvir, and favipiravir in pharmaceutical formulations and environmental samples. Sci Rep 16, 12590 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49288-3

关键词: COVID-19 抗病毒药物, 紫外分光光度法, 化学计量学分析, 绿色分析化学, 环境监测