zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-2-15-20zldm-1596Research ArticleАНАЛИЗ ВЕЩЕСТВАSUBSTANCES ANALYSISОпределение остаточных количеств цефотаксима в жидких средах с использованием пьезоэлектрического сенсораDetermination of the residual amounts of cefotaxime in liquid media using piezoelectric sensorsЗябловА. Н.ZyablovA. N.

Александр Николаевич Зяблов

394018, г. Воронеж, Университетская площадь, д. 1

Alexander N. Zyablov

1, Universitetskaya pl., Voronezh, 394018

alex-n-z@yandex.ruШаповаловаА. А.ShapovalovaA. A.

Анна Алексеевна Шаповалова

394018, г. Воронеж, Университетская площадь, д. 1412341, г. Балашов, Ртищевское шоссе, д. 1а

Anna A. Shapovalova

1, Universitetskaya pl., Voronezh, 3940181a, Rtischevskoe shosse, Balashov, 412341

Воронежский государственный университетРоссияVoronezh State UniversityRussian FederationВоронежский государственный университет; Станция агрохимической службы «Балашовская»РоссияVoronezh State University; Agrochemical Service Station «Balashovskaya»Russian Federation2022220220228821520Copyright © Зяблов А.Н., Шаповалова А.А., 20222022Зяблов А.Н., Шаповалова А.А.Zyablov A.N., Shapovalova A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1596

Методом нековалентного импринтинга на основе полиимидов синтезирована пленка полимера с молекулярными отпечатками (ПМО) цефотаксима на поверхности электрода пьезоэлектрического сенсора. Для оценки способности полученного сенсора с ПМО цефотаксима распознавать молекулу-темплат рассчитали импринтинг-фактор (IF = 40,9) и коэффициент селективности (k = 1). Показана низкая селективность сенсора с ПМО цефотаксима к другим антибиотикам цефалоспоринового ряда. Разработанный сенсор использовали для определения цефотаксима в индивидуальных и бинарных модельных растворах и в молоке: предел обнаружения составил 1,0 · 10–5 г/дм3, диапазон определяемых содержаний — 0,1 – 1,0 · 10–4 г/дм3. Правильность определения цефотаксима подтверждена методом «введено – найдено». Установлено, что матрица молока не оказывает влияния на аналитический сигнал сенсора с ПМО цефотаксима. Относительное стандартное отклонение не превышает 10 %.

The goal of the study is to develop a piezoelectric sensor based on a molecularly imprinted polymer (MIP) for the determination of cefotaxime in liquid media. To obtain an antibiotic-selective sensor, the electrode surface of was modified with a molecularly imprinted polymer. A pre-polymerization mixture was prepared using a copolymer of 1,2,4,5-benzoltetracarboxylic acid and 4,4’-diaminodiphenyloxide, and an aqueous solution of cefotaxime in a ratio of 1:1. Then a two-stage thermoimidization was carried out in a drying cabinet at a temperatures of 80 and 120°C. After that, the sensor was cooled to room temperature and placed in distilled water for 24 h. An imprinting factor (IF = 40.9) and a selectivity coefficient were calculated to assess the ability of a sensor with MIP (cefotaxime) to recognize a template molecule. A low selectivity of a MIP sensor with the cefotaxime imprint to other cephalosporin antibiotics is revealed. The experiments were carried out on an original installation including a piezoelectric sensor, a portable generator, and an MP732 USB-frequency meter connected to a computer. Piezoelectric quartz resonators of AT-cut with silver electrodes with a diameter of 5 mm and a thickness of 0.3 mm with a nominal resonant frequency of 4.00 MHz were used as sensors. The determination of antibiotics in model solutions was carried out by the method of calibration schedule. The range of detectable concentrations (0.1 – 1.0 × 10–4 g/dm3) was experimentally determined. The detection limit of cefotaxime is 1.0 × 10–5 g/dm3. The correctness of the cefotaxime determination of in individual and binary model solutions was verified by the «spike-test». It has been shown that a sensor with MIP-cefotaxime is not sensitive to an extraneous antibiotic. The relative standard deviation does not exceed 10 %.

антибиотикицефотаксимпьезоэлектрический сенсорполимеры с молекулярными отпечатками (ПМО)antibioticscefotaximepiezoelectric sensormolecularly imprinted polymer (MIP)ReferencesБузмакова У. А., Кудряшова О. С. Химическая классификация и методы определения антибиотиков / Вест. Пермского ун-та. Химия. 2018. Т. 8. № 1. С. 6 – 28. DOI: 10.17072/2223-1838-2018-1-6-28Buzmakova U. A., Kudriashova O. S. Chemical classification and determination methods of antibiotics / Vestn. Perm. Univ. Ser. Khimiya. 2018. Vol. 8. N 1. P. 6 – 28 [in Russian]. DOI: 10.17072/2223-1838-2018-1-6-28Папуниди Э. К., Выштакалюк А. Б. Изыскание альтернативных путей замены кормовых антибиотиков биологически активными добавками природного происхождения в рамках концепции органического сельского хозяйства / Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства. 2020. № 22. С. 426 – 429.Papunidi E. K., Vyshtakalyuk A. B. Finding alternative ways to replace feed antibiotics with biologically active additives of natural origin within the framework of the concept of organic agriculture / Akt. Vopr. Soversh. Tekhnol. Proizv. Pererab. Prod. Sel’. Khoz. 2020. N 22. P. 426 – 429 [in Russian].Минаева Л. П., Шевелева С. А. Антибиотики в сельском хозяйстве как фактор формирования антимикробной резистентности и источник контаминации пищевой продукции / Успехи медицинской микологии. 2019. Т. 20. С. 441 – 444.Minaeva L. P., Sheveleva S. A. Antibiotics in agriculture as a factor in the formation of antimicrobial resistance and a source of contamination of food products / Usp. Med. Mikol. 2019. Vol. 20. P. 441 – 444 [in Russian].Мурленков Н. В. Проблемы и факторы развития антибиотикорезистентности в сельском хозяйстве / Биология в сельском хозяйстве. 2019. № 4(25). С. 11 – 14.Murlenkov N. V. Problems and factors of development of antibiotic resistance in agriculture / Biol. Sel’. Khoz. 2019. N 4(25). P. 11 – 14 [in Russian].Бегунова А. В., Рожкова И. В. Антибиотикорезистентность молочнокислых бактерий с пробиотическими свойствами / Молочная промышленность. 2020. № 9. С. 48 – 49. DOI: 10.31515/1019-8946-2020-09-48-49Begunova A. V., Rozhkova I. V. Antibiotic resistance of lactic acid bacteria with probiotic properties / Moloch. Prom. 2020. N 9. P. 48 – 49 [in Russian]. DOI: 10.31515/1019-8946-2020-09-48-49Мирошникова М. С., Мирошникова Е. П., Аринжанов А. Е., Килякова Ю. В. Применение антибиотиков в сельском хозяйстве и альтернативы их использования / Аграрный науч. журн. 2021. № 5. С. 65 – 70. DOI: 10.28983/asj.y2021i5pp65-70Miroshnikova M. S., Miroshnikova E. P., Arinzhanov A. E., Kislyakova Yu. V. The use of antibiotics in agriculture and alternatives to their use / Agrar. Nauch. Zh. 2021. N 5. P. 65 – 70 [in Russian]. DOI: 10.28983/asj.y2021i5pp65-70Москвина Н. А., Голубцова Ю. В. Методические аспекты контроля качества молочных продуктов с растительными добавками / Техника и технология пищевых производств. 2019. Т. 49. N 1. С. 32 – 42. DOI: 10.21603/2074-9414-2019-1-32-42Moskvina N. A., Golubtsova Yu. V. Dairy products with herbal supplements: methodical aspects of quality control / Tekhn. Tekhnol. Pishch. Proizv. 2019. Vol. 49. N 1. P. 32 – 42 [in Russian]. DOI: 10.21603/2074-9414-2019-1-32-42Hancu G., Simon B., Kelemen H., et al. Thin Layer Chromatographic Analysis of Beta-Lactam Antibiotics / Adv. Pharm. Bull. 2013. N 3(2). Р. 367 – 371. DOI: 10.5681/apb.2013.059Hancu G., Simon B., Kelemen H., et al. Thin Layer Chromatographic Analysis of Beta-Lactam Antibiotics / Adv. Pharm. Bull. 2013. N 3(2). P. 367 – 371. DOI: 10.5681/apb.2013.059Shazalia M. A., Elbashir A. A., Aboul-Enein H. Y. Spectroscopic Methods for Analysis of Cephalosporins in Pharmaceutical Formulations / World J. Anal. Chem. 2015. Vol. 3. N 1A. P. 21 – 32. DOI: 10.12691/wjac-3-1A-5Shazalia M. A., Elbashir A. A., Aboul-Enein H. Y. Spectroscopic Methods for Analysis of Cephalosporins in Pharmaceutical Formulations / World J. Anal. Chem. 2015. Vol. 3. N 1A. P. 21 – 32. DOI: 10.12691/wjac-3-1A-5Кулапина Е. Г., Кулапина О. И., Анкина В. Д. Исследование поведения цефиксима в водных и биологических средах спектрофотометрическим методом / Изв. Саратовского ун-та. Серия. Химия. Биология. Экология. 2020. Т. 20. № 1. С. 10 – 15. DOI: 10.18500/1816-9775-2020-20-1-10-15Kulapina E. G., Kulapina O. I., Anikina V. D. Investigation of cefixime behavior in aquatic and biological media by spectrophotometric method / Izv. Saratov. Univ. Ser. Khimiya. Biol. Ékol. 2020. Vol. 20. N 1. P. 10 – 15 [in Russian]. DOI: 10.18500/1816-9775-2020-20-1-10-15Бузмакова У. А., Кудряшова О. С. Химическая классификация и методы определения антибиотиков / Вест. Пермского ун-та. 2018. Т. 8. N 1. С. 6 – 28.Buzmakova U. A., Kudryashova O. S. Chemical classification and methods for determining antibiotics / Vestn. Perm. Univ. 2018. Vol. 8. N 1. P. 6 – 28 [in Russian].Moro G., Bottari F., Sleegers N., et al. Conductive imprinted polymers for the direct electrochemical detection of β-lactam antibiotics: The case of cefquinome / Sens. Actuators, B. 2019. Vol. 297. P. 1 – 9. DOI: 10.1016/j.snb.2019.126786Moro G., Bottari F., Sleegers N., et al. Conductive imprinted polymers for the direct electrochemical detection of β-lactam antibiotics: The case of cefquinome / Sens. Actuators, B. 2019. Vol. 297. P. 1 – 9. DOI: 10.1016/j.snb.2019.126786Cao X., Zhang Zh., Liu G., et al. Preparation of Magnetic Dummy Template Molecularly Imprinted Polymers for the Determination of Aminoglycosides Antibiotics in Milk / Food Anal. Methods. 2021. Vol. 14. P. 1 – 10. DOI: 10.1007/s12161-021-02042-zCao X., Zhang Zh., Liu G., et al. Preparation of Magnetic Dummy Template Molecularly Imprinted Polymers for the Determination of Aminoglycosides Antibiotics in Milk / Food Anal. Methods. 2021. Vol. 14. P. 1 – 10. DOI: 10.1007/s12161-021-02042-zNur Hasanah Aliya, Safitri Nisa, Zulfa Aulia, et al. Factors Affecting Preparation of Molecularly Imprinted Polymer and Methods on Finding Template-Monomer Interaction as the Key of Selective Properties of the Materials / Molecules. 2021. Vol. 26. N 18. P. 1 – 22. DOI: 10.3390/molecules26185612Nur Hasanah Aliya, Safitri Nisa, Zulfa Aulia, et al. Factors Affecting Preparation of Molecularly Imprinted Polymer and Methods on Finding Template-Monomer Interaction as the Key of Selective Properties of the Materials / Molecules. 2021. Vol. 26. N 18. P. 1 – 22. DOI: 10.3390/molecules26185612Кулапина Е. Г., Кулапина О. И., Анкина В. Д., Орлов С. Б. Модифицированные планарные сенсоры для определения некоторых цефалоспориновых антибиотиков в биологических и лекарственных средах / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 9. С. 5 – 13. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-9-5-13Kulapina E. G., Kulapina O. I., Anikina V. D., Orlov S. B. Modified planar sensors for the determination of certain cephalosporin antibiotics in biological and medicinal media / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2020. Vol. 86. N 9. P. 5 – 13 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-9-5-13Фарафонова О. В., Потанина А. Ю., Тарасова Н. В., Ермолаева Т. Н. Синтез методом фотополимеризации и применение тонких пленок полимеров с молекулярными отпечатками для молекулярного распознавания цефалоспоринов / Сорбционные и хроматографические процессы. 2018. Т. 18. № 4. С. 495 – 504. DOI: 10.17308/sorpchrom.2018.18/557Farafonova O. V., Potanina A. Yu., Tarasova N. V., Ermolaeva T. N. Synthesis by photopolymerization and application of thin films of polymers with molecular imprints for molecular recognition of cephalosporins / Sorb. Khromatogr. Prots. 2018. Vol. 18. N 4. P. 495 – 504 [in Russian]. DOI: 10.17308/sorpchrom.2018.18/557Као Ньят Линь, Дуванова О. В., Никитина С. Ю., Зяблов А. Н. Применение пьезосенсоров для определения карбоновых кислот в промежуточных продуктах производства пищевого этанола / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 4. С. 11 – 16. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-4-11-16Linn C. N., Duvanova O. V., Nikitina S. Yu., Zyablov A. N. The use of piezosensors for determination of carboxylic acids in the intermediate products of edible ethanol production / Zavod. Lab. Diagn. Mater. 2019. Vol. 85(4). P. 11 – 16 [in Russian]. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-4-11-16Бессонов М. И., Котон М. Н., Кудрявцев В. В., Лайус Л. А. Полиимиды — класс термостойких полимеров. — Ленинград: Наука, 1983. — 328 с.Bessonov M. I., Koton M. N., Kudryavtsev V. V., Laius L. A. Polyimides are a class of heat-resistant polymers. — Leningrad: Nauka, 1983. — 328 p. [in Russian].Ныс П. С., Курочкина В. Б., Скляренко А. В., Вейнберг Г. А. Беталактамные соединения. Взаимосвязь структуры и биологической активности / Антибиотики и химиотерапия. 2000. Т. 45. № 11. С. 36 – 42.Nys P. S., Kurochkina V. B., Sklyarenko A. V., Veinberg G. A. Betalactam compounds. The relationship of structure and biological activity / Antibiot. Khimioter. 2000. Vol. 45. N 11. P. 36 – 42 [in Russian].Пат.102264 РФ, МПК(51), G01N27/12. Пьезосенсор на основе полимеров с молекулярным отпечатком аминокислот / Зяблов А. Н. и др. Заявитель и патентообладатель — Воронежский госуниверситет. — № 2010142819/28; заявл.19.10.2010; опубл. 20.02.2011, бюл. № 5.RF Pat. 102264/ IPC(51) G01N27/12. Piezosensor based on polymers with a molecular imprint of amino acids / Zyablov A. N., et al.: applicant and patent holder Voronezh State University. — N 2010142819/28; publ. 20.02.2011 [in Russian].Меренкова А. А., Ву Хоанг Иен, Гречкина М. В., Зяблов А. Н. Морфология поверхности полимеров с молекулярными отпечатками на основе полиимида / Сорбционные и хроматографические процессы. 2020. Т. 20. № 6. С. 760 – 764. DOI: 10.17308/sorpchrom.2020.20/3144Merenkova A. A., Wu Hoang Yen, Grechkina M. V., Zyablov A. N. Surface morphology of polymers with molecular prints based on polyimide / Sorb. Khromatogr. Prots. 2020. Vol. 20. N 6. P. 760 – 764 [in Russian]. DOI: 10.17308/sorpchrom.2020.20/3144Дерффель К. Статистика в аналитической химии. Пер. с нем. Л. Н. Петровой; под ред. Ю. П. Адлера. — Москва: Мир, 1994. — 268 с.Derffel K. Statistics in analytical chemistry. Translated from German by L. N. Petrova; edited by Yu. P. Adler. — Moscow: Mir, 1994. — 268 p. [in Russian].Дворкин В. И. Метрология и обеспечение качества химического анализа. — М.: Техносфера, 2019. — 318 с.Dvorkin V. I. Metrology and quality assurance of chemical analysis. — Moscow: Tekhnosfera, 2019. — 318 p. [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.