Модифицированные планарные сенсоры для определения некоторых цефалоспориновых антибиотиков в биологических и лекарственных средах

Экспрессное определение цефалоспориновых антибиотиков в биологических жидкостях необходимо для оценки физиологических и биохимических процессов, протекающих в организме. Разработаны планарные немодифицированные и модифицированные полианилином (0,3 – 1 %), наночастицами NiZnFeO и их бинарными смесями потенциометрические сенсоры различных типов на основе ассоциатов тетрадециламмония (ТДА) с комплексными соединениями серебро(I) — β-лактам, чувствительные к цефазолину (Cef), цефуроксиму (Cefur) и цефтриаксону (Ceftr). В сенсорах I типа электродно-активные компоненты (ЭАС) и модификаторы вносили в углеродсодержащие чернила, в сенсорах II типа использовали поливинилхлоридные пластифицированные немодифицированные и модифицированные мембраны на основе [Ag₂(Ceftr)₂]₂ · 2ТДА. Оценены электроаналитические и операционные характеристики немодифицированных и модифицированных планарных сенсоров в водных растворах цефазолина, цефуроксима, цефтриаксона и на фоне ротовой жидкости. Показано, что введение модификаторов в углеродсодержащие чернила сенсоров приводит к стабилизации их потенциала, увеличению угловых коэффициентов электродных функций, снижению предела обнаружения антибиотиков до 1,7 · 10^–5 моль/л, уменьшению времени отклика и дрейфа потенциала. Наиболее эффективным модификатором оказались наночастицы NiZnFeO. Для сенсоров II типа электродные функции линейны в интервале концентраций 3,1 · 10^–5 – 0,1 · 10^–1 моль/л цефтриаксона. В зависимости от содержания ЭАС в фазе мембран немодифицированных планарных сенсоров угловые коэффициенты электродных функций изменяются в пределах 25 – 27 мВ/pC и соответствуют нернстовским значениям для двузарядных ионов. Интервалы линейности электродных функций сенсоров идентичны при всех исследуемых концентрациях ЭАС; с увеличением C_ЭАС уменьшаются дрейф потенциала и время отклика. Разработанные планарные сенсоры использовали для определения цефалоспориновых антибиотиков в модельных водных растворах, лекарственных препаратах и ротовой жидкости.

1. Makarova N. M., Kulapina E. G. New potentiometric screen-printed sensors for determination of homologous sodium alkylsulfates / Sens. Actuators, B. 2015. Vol. 210. P. 817 – 824. DOI: 10.1016/j.snb.2014.12.128.

2. Макарова Н. М., Кулапина Е. Г. Планарные сенсоры для определения полиоксиэтилированных соединений / Электрохимия. 2017. Т. 53. № 11. С. 1432 – 1439.

3. Gornall D. D., Collyer S. D., Higson S. P. J. Investigations into the use of screenprinted carbon electrodes as templates for electrochemical sensors and sonochemically fabricated microelectrode arrays / Sens. Actuators, B. 2009. Vol. 141. N 2. P. 581 – 591. DOI: 10.1016/j.snb.2009.06.051.

4. Alemayehu P. Washe, Pablo Lozano-Sбnchez, Diego Bejarano-Nosas, Ioanis Katakis. Facile and versatile approaches to enhancing electrochemical performance of screen printed electrodes / Electrochim. Acta. 2013. Vol. 91. P. 166 – 172. DOI: 10.1016/j.electacta.2012.12.110.

5. Wang J., Tian B., Nascimento V. B., Agnes L. Performance of screen-printed carbon electrodes fabricated from different carbon inks / Electrochim. Acta. 1998. Vol. 43. N 23. P. 3459 – 3465. DOI: 10:1016/S0013-4686(98)00092-9.

6. Ji D., Liu Z., Liu L., et al. Smartphone-based integrated voltammetry system for simultaneous detection of ascorbic acid, dopamine, and uric acid with graphene and gold nanoparticles modified screen-printed electrodes / Biosens. Bioelectron. 2018. Vol. 119. P. 55 – 62. DOI: 10.1016/j.bios.2018.07.074.

7. Charoenkitamorn K., Chaiyo S., Chailapakul O., Siangproh W. Low-cost and disposable sensors for the simultaneous determination of coenzyme Q10 and β-lipoic acid using manganese (IV) oxide-modified screen-printed graphene electrodes / Anal. Chim. Acta. 2018. Vol. 1004. P. 22 – 31. DOI: 10.1016/j.aca.2017.12.026.

8. Khater M., Escosura-Muniz A., Quesada-Gonzalez D., Merkoci A. Electrochemical detection of plant virus using gold nanoparticle-modified electrodes / Anal. Chim. Acta. 2019. Vol. 1046. P. 123 – 131. DOI: 10.1016/j.aca.2018.09.31.

9. Ji D., Xu N., Liu Z., et al. Smartphone-based differential pulse amperometry system for real-time monitoring of levodopa with carbon nanotubes and gold nanoparticles modified screen-printing electrodes / Biosens. Bioelectron. 2019. Vol. 129. P. 216 – 223. DOI: 10.1016/j.bios.2018.09.082.

10. Khaled E., Khalil M. M., Abed el Aziz G. M. Calixarene/carbon nanotubes based screen printed sensors for potentiometric determination of gentamicin sulphate in pharmaceutical preparations and spiked surface water samples / Sens. Actuators, B. 2017. Vol. 244. P. 876 – 884. DOI: 10.1016/j.snb.2017.01.033.

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

12. Кулапина Е. Г., Дубасова А. Е., Кулапина О. И. Модифицированные твердоконтактные сенсоры для определения цефуроксима и цефалексина в лекарственных средствах и ротовой жидкости / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 9. С. 5 – 14. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-9-5-14.

13. Кулапина Е. Г., Кулапина О. И., Анкина В. Д. Планарные потенциометрические сенсоры на основе углеродных материалов для определения цефотаксима и цефуроксима / Журн. аналит. химии. 2020. Т. 75. № 2. С. 231 – 237.

14. Машковский М. Д. Лекарственные средства. — М.: Новая Волна, 2006. — 1216 с.

15. Яковлев В. П., Яковлев С. В. Рациональная антимикробная фармакотерапия. — М.: Литтерра, 2007. — 784 с.

16. 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». Т. 16. «Фармацевтический анализ». Гл. 9. — М.: Аргамак-Медиа, 2013. С. 326 – 361.

17. Савинов С. С., Анисимов А. А., Дробышев А. И. Проблемы и оптимизация отбора образцов, их хранения и пробоподготовки при определении микроэлементного состава слюны человека / Журн. аналит. химии. 2016. Т. 71. № 10. С. 1063 – 1068.

18. Кондратенко С. Н., Стародубцев А. К., Золкина И. В. и др. Методики моделирования фармакокинетики некоторых лекарственных средств по динамике их распределения в слюне / Биомедицинская химия. 2014. Т. 60. № 2. С. 221 – 222.

19. Алексеев В. Г. Бионеорганическая химия пенициллинов и цефалоспоринов. — Тверь: Твер. гос. ун-т, 2009. — 104 с.

20. Алексеев В. Г. Металлокомплексы пенициллинов и цефалоспоринов (обзор) / Хим.-фарм. журн. 2011. Т. 45. № 11. С. 31 – 48. DOI: 10.30906/0023-1134-2011-45-11-31-48.

21. Tombeux J. J., Schaxtbroeck J., Brabanderh F. D., Goemtnne A. M. A Potentiometric Study of the Ag (I) Complexes of Some Sulphur Containing AminoAcids / Z. anorg. allg. Chem. 1984. Vol. 517. P. 235 – 240.

22. 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.

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