Модифицированные твердоконтактные сенсоры для определения цефуроксима и цефалексина в лекарственных средствах и ротовой жидкости

Цефуроксим и цефалексин — цефалоспориновые антибиотики широкого спектра действия. Для их определения в различных объектах используют спектроскопические, хроматографические, электрохимические, иммуноферментные и другие методы, которые требуют применения дорогостоящей аппаратуры и органических растворителей. Потенциометрические сенсоры позволяют экспрессно детектировать цефалоспориновые антибиотики в малых объемах проб, без предварительной пробоподготовки. Предложены модифицированные твердоконтактные потенциометрические сенсоры для определения цефуроксима и цефалексина в водных, биологических средах и фармацевтических препаратах. В качестве активных компонентов мембран использовали соединение тетрадециламмония (ТДА) с комплексом серебро (I) — цефуроксим (Ag(Cefur)2); модификаторы — полианилин и наночастицы оксида меди. Определены основные электроаналитические и операционные характеристики исследуемых сенсоров в водных растворах антибиотиков и на фоне жидкости ротовой полости (ЖРП). Исследуемые сенсоры на основе Ag(Cefur)2iyi,A характеризуются небольшим временем отклика: для модифицированных полианилином и наночастицами оксида меди — в пределах 5 - 10 с, для немодифицированных — 10-20 с. Линейный диапазон электродных функций сенсоров в растворах антибиотиков составляет 1 • Ю-4 - 1 • Ю-1 моль/л, предел обнаружения — 7,4 • 10~5 моль/л для немодифицированных и 6,3 • Ю-5 моль/л для модифицированных сенсоров. Дрейф потенциала составляет 6 - 12 и 4-6 мВ/сут, срок службы — 1,5 и 2 мес. для немодифицированных и модифицированных сенсоров соответственно. Модификаторы стабилизируют электродный потенциал и выполняют функцию медиатора электронного переноса, что приводит к улучшению электроаналитических характеристик сенсоров. Выявлено влияние окислительно-восстановительных агентов на свойства сенсоров: 1 • 10~3 - 1 • Ю-4 М растворы К2Сг207 и FeCl3 уменьшают интервалы линейности электродных функций, KI и соль Мора не влияют на характеристики сенсоров в растворах цефуроксима и цефалексина. Коэффициенты потенциометрической селективности модифицированных наночастицами СиО цефуроксим-селективных сенсоров по отношению к цефазолину, цефотаксиму и цефалексину близки к единице; Kfot по отношению к неорганическим анионам, входящим в состав ротовой жидкости (СП, Вг~, 1 ,НСОд,HgPO^,НРО|~), составляют п • Ю-2 - п • Ю-3. Это свидетельствует о возможности применения сенсоров для определения индивидуальных цефалоспориновых антибиотиков или их суммарного содержания в присутствии 100 - 1000-кратных избытков неорганических ионов в лекарственных и биологических средах, малых объемах проб, что важно при исследовании фармакокинетики антибиотиков, определения максимальной терапевтической дозы, корректировки процесса лечения. 

1. Беликов В. Г. Анализ лекарственных веществ фотометрическими методами. Опыт работы отечественных специалистов / Рос. хим. журн. 2002. Т. 45. № 4. С. 14 19.

2. Кулапина О. И., Кулапина Е. Г. Антибактериальная терапия. Современные методы определения антибиотиков в биологических и лекарственных средах. — Саратов: Саратовский источник, 2015. — 91 с.

3. Луговской А. А. Разработка и валидация методики определения антибиотиков фторхинолового ряда в куриных яйцах методом высокоэффективной жидкостной хроматографии / Ветеринария сегодня. 2016. № 1. С. 30 36.

4. Singh S. P., Pundhir A., Ghosh S. Validation of an analytical methodology for determination of tetracyclines residues in honey by UPLC-MS/MS detection / Indian J. Nat. Prod. Resour. 2015. Vol. 6. N 4. P 293 298.

5. Rodriguez-Diaz C., Fernandez-Romero M., Aguilar-Caballos P Chromatographic determination of flumeguine in food samplis by post-columderivatisation with terbium (III) / Anal. Chim. Acta. 2006. Vol. 578. P 220 -226. DOI: 10.1016/j.aca. 2006.06.068.

6. Амелин В. Г., Коротков А. И. Высокоэффективная жидкостная хроматография-времяпролетная масс-спектрометрия высокого разрешения в идентификации и определении антибиотиков пенициллиновой и тетрациклиновой групп в пищевых продуктах / Журн. аналит. химии. 2015. Т. 70. № 11. С. 1201 1207. DOI: 10.7868/S004445021511002X.

7. Каргин И. Д., Соколова Л. С., Пирогов А. В., Шпигун О. А. Определение антибиотиков тетрациклинового ряда в молоке методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с послеколоночной реакцией и флуориметрическим детектированием / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 2. С. 5 9.

8. Степанова Е. С., Овчаров М. В., Барсегян С. С., Чистяков В. В. Определение циклосерина в плазме крови с использованием ВЭЖХ/МС: применение в исследовании биоэквивалентности / Хим.-фарм. журн. 2016. Т. 50. № 3. С. 42 46. DOI: 10.30906/0023-1134-2016-50-3-42-46.

9. Шупилова Е. П., Буко И. В., Шуляковская О. В. Определение содержания остаточных количеств стрептомицина в молочной продукции с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием / Здоровье и окружающая среда. 2015. Т. 2. № 25. С. 221 226.

10. Ozkan S. A. Electroanalytical methods in pharmaceutical analysis and their validation — New York: HBN Publishing, 2011. P. 350.

11. Сидельников А. В., Яркаева Ю. А., Зильберг Р. А. и др. Идентификация антиаритмических препаратов с использованием пленочных электродов, модифицированных полиариленфталидами / Вести. Башк. ун-та. 2014. Т. 19. C. 1172-1176.

12. Брусницын Д. В., Медянцева Э. П., Варламова Р. М. и др. Углеродные наноматериалы как модификаторы поверхности электродов при разработке амперометрических моноаминоксидазных биосенсоров / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2015. Т. 81. № 6. С. 21 27.

13. Adhikari B.-R., Govindhan M., Chen A. Carbon nanomaterials based electrochemical biosensors for the sensitived detection of pharmaceutical and biological compounds / Sensors. 2015. Vol. 15. N 9. P 22490 22508.

14. Wang Huai-Sheng, LiTian-Hua, JiaWen-Li, XuHong-Yan. Highly selective and sensitive determination of dopamine using a Nafion/carbon nanotubes coated poly-(3-methylthiophene) modified electrode / Biosens. Bioelectron. 2006. Vol. 22. P. 664 669.

15. Yogeswaran U., Thiagarajan S., Chen Sh.-M. Nanocomposite of functionalized multiwall carbon nanotubes with nafion, nano platinum, and nano gold biosensing film for simultaneous determination of ascorbic acid, epinephrine, and uric acid / Anal. Biochem. 2007. Vol. 365. P 122 131.

16. Martinez N. A., German A. M., Bertolino F. A., et al. Screen-printed enzymatic biosensor modified with carbon nanotube for the methimazole determination in pharmaceuticals formulations / Sens. Actuators B. 2008. Vol. 133. P 256 262.

17. Денисова Т. С., Паршина А. В., Бобрешова О. В. Разработка мембранных сенсоров на основе новых гибридных материалов для определения серосодержащих и лекарственных веществ в хозяйственно-бытовых и промышленных стоках / Воронеж. науч.-техн. вестник. 2015. Т. 14. № 4. С. 31 32.

18. Кулапина О. И., Макарова Н. М., Кулапина Е. Г. Потенциометрические сенсоры для определения некоторых цефалоспориновых антибиотиков в биологических и лекарственных средах / Журн. аналит. химии. 2015. Т. 70. № 4. С. 399 406.

19. Кулапина Е. Г., Снесарев С. В., Кулапина О. И., Баринова О. В. Некоторые проблемы обеспечения избирательности и чувствительности определения антибиотиков в лекарственных и биологических средах. В кн. «Проблемы аналитической химии». — М.: Аргамак-Медиа, 2013. С. 326 361.

20. Moraes F. C., Silva T. A., Cesarino I., et al. Antibiotic detection in urine using electrochemical sensors based on vertically aligned carbon nanotubes / Electroanalysis. 2013. Vol. 25. N 8. P 1 8.

21. Dehdashtian S., Behbahani M., Noghrehabadi A. Fabrication of a novel, sensitive and selective electrochemical sensor for antibiotic cefotaxime based on sodium montmorillonitenonoclay/electroreducedgraphene oxide composite modified carbon paste electrode / J. Electroanal. Chem. 2017. Vol. 801. P 450 458.

22. Sgobbi L. F., Razzino C. A., Machado A. S. A disposable electrochemical sensor for simultaneous detection of sulfame-thoxazole and trimethoprim antibiotics in urine based on multiwalled nanotubes decorated with Prussian blue nanocubes modified screen-printed electrode / Electrochim. Acta. 2016. Vol. 191. P 1010 1017.

23. Rkik M., Brahim M. B., Samet Y. Electrochemical determination of levofloxacin antibiotic in biological samples using boron doped diamond electrode / J. Electroanal. Chem. 2017. Vol. 794. P 175 181.

24. Gan T., Shi Zh., Sun Ju., Liu Ya. Simple and novel electrochemical sensor for the determination of tetracycline based on iron/zinc cations-exchanged montmorillonite catalyst / Talanta. 2014. Vol. 121. P 187 193.

25. Wong A., Scontri M., Materon E. M., et al. Development and application of an electrochemical sensor modified with multi-walled carbon nanotubes and rapheme oxide for the sensitive and selective detection of tetracycline /J. Electroanal. Chem. 2015. Vol. 757. P 250 257.

26. Conzuelo F., Campuzano S., Gamella M., et al. Integrated disposable electrochemical immunosensors for the simultaneous determination of Ssulfonamide and tetracycline antibiotics residues in milk / Biosens. Bioelectron. 2013. Vol. 50. P 100 105.

27. Rosy N. K., Goyal R. N. Gold-palladium nanoparticles aided electrochemically reduced graphene oxide sensor for the simul-taneous estimation of lomefloxacin and amoxicillin / Sens. Actuators, B. 2017. Vol. 243. P 658 668.

28. Merola G., Martini E., Tomassetti M., Campanella L. New immunosensor for P-lactam antibiotics determination in river waste waters / Sens. Actuators, B. 2014. Vol. 199. P 301 313.

29. Giovanni M., Martini E., Tomassetti M., Campanell L. Simple and suitable immunosensor for P-lactam antibiotics analysis in real matrixes: milk, serum, urine / J. Pharm. Biomed. Anal. 2015. Vol. 106. P 186 196.

30. Khaleda E., Khalil M. M., Abed el Aziz G. M. Calixarene/Carbon nanotubes based screen printed sensors for rapheme etric determination of gentamicin sulphate in pharmaceutical preparations and spiked surface water samples / Sens. Actuators, B. 2017. Vol. 244. P 876 884.

31. Saber A. L., Elmosallamy M. A., Killa H. M., Ghoneim M. M. Selective potentiometric method for determination of flucloxacillin antibiotic / Jornal of Taibah University for Science. 2013. Vol. 7. P 195 201.

32. Кулапина Е. Г., Снесарев С. В. Потенциометрические сенсоры на основе органических ионообменников тетраалкиламмония и комплексов серебра (I) с ампициллином, оксациллином, цефазолином / Журн. аналит. химии. 2012. Т. 67. № 2. С. 198 202.

33. Buck R., Lindner E. Recommendations for nomenclature of ion-sensitive electrodes (IUPAC Recommendations 1994) / Pure Appl. Chem. 1994. Vol. 66. N 12. P 2527 2536.

34. Umezawa Y., Buhlmann P, Umezawa K., et al. Potentiometric selectivity coefficients of ion-selective electrodes. Part I. Inorganic cations (IUPAC Technical Report) / Pure Appl. Chem. 2000. Vol. 72. N 10. P 1851 2082.

35. Алексеев В. Г. Металлокомплексы пенициллинов и цефалоспоринов / Хим.-фарм. журн. 2011. Т. 45. № 11. С. 31 48.

36. Будников Г. К., Евтюгин Г. А., Майстренко В. Н. Модифицированные электроды для вольтамперометрии в химии, биологии и медицине. — М.: Бином, 2009. — 331 с.

37. Белюстин А. А. Потенциометрия: физико-химические основы и применения. — СПб.: Лань, 2015. — 336 с.