RU2789107C1 - Ion-selective electrode membrane for the determination of ceftriaxone in biosystems - Google Patents
Ion-selective electrode membrane for the determination of ceftriaxone in biosystems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2789107C1 RU2789107C1 RU2022103812A RU2022103812A RU2789107C1 RU 2789107 C1 RU2789107 C1 RU 2789107C1 RU 2022103812 A RU2022103812 A RU 2022103812A RU 2022103812 A RU2022103812 A RU 2022103812A RU 2789107 C1 RU2789107 C1 RU 2789107C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ion
- ceftriaxone
- determination
- ceftr
- membrane
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Для определения цефалоспоринов в литературе предложено использовать масс-спектрометрию (плазма, моча), жидкостную хроматографию (биосреды), спектрофлуориметрию (цефалексин в плазме крови). Для суммарного определения антибиотиков предложен пьезоэлектрический иммуносенсор, на поверхности сенсора нанесена подложка на основе самоорганизующихся монослоев тиолов 11-меркаптоундеканола и 2-амино-5-меркапто-1,3,4-триазола, на которую иммобилизуют тетрациклин-белковый конъюгат, к пробе добавляют фиксированное количество поликлональных антител к тетрациклинам и выдерживают в течение 2-3 мин до образования иммунокомплекса, вводят в ячейку для детектирования в фосфатном буферном растворе с рН 7,1-7,2. Регистрируют изменение частоты колебания сенсора в результате взаимодействия несвязавшихся антител с тетрациклин-белковым конъюгатом на поверхности электродов сенсора. Аналитический сигнал обратно пропорционален суммарной концентрации тетрациклинов в анализируемой пробе, концентрацию определяют по градуировочному графику, регенерацию рецепторного покрытия осуществляют нанесением на поверхность 0,1 М раствор гидрохлорида диэтиламина. Изобретение обеспечивает снижение предела обнаружения тетрациклинов и увеличение чувствительности определения с высокой достоверностью результатов, уменьшение времени анализа, расширение диапазона линейного определения, и проведение измерений с возможностью регенерации сенсора в течение 30 циклов измерения [патент РФ №2687742 «Способ определения тетрациклинов с помощью пьезоэлектрического сенсора» приоритет от 29.12.2017. Авторы: Ермолаева Т.Н., Фарафонова О.В.].To determine cephalosporins in the literature, it is proposed to use mass spectrometry (plasma, urine), liquid chromatography (biomedia), spectrofluorimetry (cephalexin in blood plasma). For the total determination of antibiotics, a piezoelectric immunosensor is proposed; the amount of polyclonal antibodies to tetracyclines and incubated for 2-3 min until the formation of the immunocomplex, injected into the cell for detection in a phosphate buffer solution with a pH of 7.1-7.2. The change in the frequency of the sensor vibration is recorded as a result of the interaction of unbound antibodies with the tetracycline-protein conjugate on the surface of the sensor electrodes. The analytical signal is inversely proportional to the total concentration of tetracyclines in the analyzed sample, the concentration is determined according to the calibration curve, the regeneration of the receptor coating is carried out by applying a 0.1 M solution of diethylamine hydrochloride to the surface. The invention provides a reduction in the detection limit of tetracyclines and an increase in the sensitivity of the determination with high reliability of the results, a decrease in the analysis time, an expansion of the range of linear determination, and measurements with the possibility of regenerating the sensor within 30 measurement cycles [RF patent No. 2687742 "Method for determining tetracyclines using a piezoelectric sensor" priority from 12/29/2017. Authors: Ermolaeva T.N., Farafonova O.V.].
В настоящее время для определения группы тетрациклина применяют методы: биологические, микробиологические.Currently, methods are used to determine the tetracycline group: biological, microbiological.
Способ характеризуется тем, что используют в качестве тест-культуры споры Bacillus stearothermophilus штамма КК-ВКМ В-2130Д-облигатного термофильного спорообразующего микроорганизма с оптимальной температурой роста 55-60°С, факультативного анаэроба, высокочувствительного ко всем широко применяемым антибиотикам, или споры других термофильных бактерий. Исследуемый материал титруется в пластинах для иммуноферментного анализа в цветной питательной среде с индикатором. В лунки добавляют споры тест-культуры, содержащей 107 спор/мл. Посевы инкубируют при 55-60°С. Посторонняя микрофлора не растет при этой температуре. Отсутствие изменения цвета среды указывает на наличие антибиотика в исследуемом материале. Посторонняя микрофлора не растет при этой температуре. Отсутствие изменения цвета среды указывает на наличие антибиотика в исследуемом материале. [Патент РФ 2188421 Леви М.И., Сучков Ю.Г. «Способ экспрессного определения антибиотиков биологическим методом» приоритет от 19.05.2000. Авторы: Леви М.И., Сучков Ю.Г.] Способ ненадежен, обеспечивает не достаточно высокую чувствительность определения.The method is characterized by using as a test culture spores of Bacillus stearothermophilus strain KK-VKM B-2130D-obligate thermophilic spore-forming microorganism with an optimal growth temperature of 55-60°C, a facultative anaerobe highly sensitive to all widely used antibiotics, or spores of other thermophilic bacteria. The test material is titrated in enzyme immunoassay plates in a colored nutrient medium with an indicator. The spores of the test culture containing 107 spores/ml are added to the wells. Crops are incubated at 55-60°C. Extraneous microflora does not grow at this temperature. The absence of a change in the color of the medium indicates the presence of an antibiotic in the test material. Extraneous microflora does not grow at this temperature. The absence of a change in the color of the medium indicates the presence of an antibiotic in the test material. [Patent RF 2188421 Levi M.I., Suchkov Yu.G. "Method for the rapid determination of antibiotics by the biological method" priority dated 19.05.2000. Authors: Levi M.I., Suchkov Yu.G.] The method is unreliable, it does not provide a sufficiently high sensitivity of the determination.
Fagbamila I. Antimicrobial screening of commercial eggs and determination of tetracycline residue using two microbiological methods / I. Fagbamila, J. Kabir, P. Abdu, G. Omeiza, P. Ankeli, S. Ngulukun, M. Muhammad, J. Umoh // International Journal of Poultry Science. - 2010. - V. 9 (10). - P. 959-962; Khismatoullin R. Modification of microbiological detection of tetracycline in honey / R. Khismatoullin, R. Kuzyaev, Ya. Lyapunov, E. Elovikova // APIACTA. - 2003. - V. 38. - P. 246-248; Kirbis A. Microbiological screening method for detection of aminoglycosides, b-lactames, macrolides, tetracyclines and quinolones in meat samples / A. Kirbis // Slov Vet Res. - 2007. - V. 44 (1/2). - P. 8-11], недостатком таких методов является невысокая чувствительность (предел обнаружения равен 30-40 мкг/кг), хотя эти тесты считаются быстрыми, они занимают 3-24 часа для работы в инкубаторе, бактериальные штаммы, должны постоянно контролироваться, чтобы убедиться, что они не стали устойчивыми к тетрациклинам, интерпретация результатов теста весьма субъективна и может привести к ложным отрицательным или положительным результатам. Высоко-эффективной жидкостной хроматографии [Ahmadi F. Determination of tetracyclines in meat using two phases freezing extraction method and HPLC-DAD / Ahmadi F., Shahbazi Y., Karami N. // Food Analytical Methods. - 2015. - Volume 8, Issue 7, pp 1883-1891; Moats W.A. Rapid HPLC Determination of Tetracycline Antibiotics in Milk / W.A. Moats, R. Harik-Khan // J. Agric. Food Chem. - 1995. - V. 43 (4). - P. 931-934; Zhou J. Multiresidue determination of tetracycline antibiotics in propolis by using HPLC-UV detection with ultrasonic-assisted extraction and twostep solid phase extraction / J. Zhou, X. Xue, Yi Li, J. Zhang, F. Chen, L. Wu, L. Chen, J. Zhao // Food Chemistry. - 2009. - V. 115. - Is. 3. - P. 1074-1080; Moats W.A. Determination of tetracycline antibiotics in beef and pork tissues using ion-paired liquid chromatography / W.A. Moats // J. Agric Food Chem. - 2000. - V. 48(6). - P. 2244-2248; Pena A. Determination of tetracycline antibiotic residues in edible swine tissues by liguid chromatography with spectrofluorometric detection and confirmation by mass spectrometry / A. Pena, CM. Lino, R. Alonso, D. Barcelo // J. Agric. Food Chem. - 2007. - V. 55 (13). - P. 4973-4979; A.R. Shalaby Validation of HPLC method for determination of tetracycline residues in chicken meat and liver / A.R. Shalaby, Nadia A. Salama, S.H. Abou-Raya, Wafaa H. Emam, F.M. Mehaya // Food Chemistry. - V. 124, I. 4, 2011, P. 1660-1666]. Недостатки: длительность и достаточно сложная процедура пробоподготовки с применением твердофазной экстракции и степень извлечения продуктов порядка 80%.Fagbamila I. Antimicrobial screening of commercial eggs and determination of tetracycline residues using two microbiological methods / I. Fagbamila, J. Kabir, P. Abdu, G. Omeiza, P. Ankeli, S. Ngulukun, M. Muhammad, J. Umoh / / International Journal of Poultry Science. - 2010. - V. 9 (10). - P. 959-962; Khismatoullin R. Modification of microbiological detection of tetracycline in honey / R. Khismatoullin, R. Kuzyaev, Ya. Lyapunov, E. Elovikova // APIACTA. - 2003. - V. 38. - P. 246-248; Kirbis A. Microbiological screening method for detection of aminoglycosides, b-lactames, macrolides, tetracyclines and quinolones in meat samples / A. Kirbis // Slov Vet Res. - 2007. - V. 44 (1/2). - P. 8-11], the disadvantage of such methods is low sensitivity (detection limit is 30-40 µg/kg), although these tests are considered fast, they take 3-24 hours to work in an incubator, bacterial strains must be constantly monitored, to make sure they don't become resistant to tetracyclines, the interpretation of test results is highly subjective and can lead to false negatives or positives. High performance liquid chromatography [Ahmadi F. Determination of tetracyclines in meat using two phases freezing extraction method and HPLC-DAD / Ahmadi F., Shahbazi Y., Karami N. // Food Analytical Methods. - 2015. -
Для определения цефалоспоринов: (цефазолин) в литературе предложено использовать масс-спектрометрию (плазма и моча), жидкостную хроматографию (биосреды), спектрофлуориметрию (цефалексин в плазме крови, моче), диффузию в агар (цефотаксим в сыворотке и околораневых тканях), ионную хроматографию - цефтриаксон (в крови и тканях здоровых крыс), высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) (сыворотка крови, моча) [Кулапина Е.Г., Баринова О.В., Кулапина О.И. и др. Современные методы определения антибиотиков в биологических и лекарственных средах. // Антибиотики и химиотерапия, 2009. - Т.54. - №9-10. - С. 53]. Многие из этих методов требуют дорогостоящего оборудования, реактивов, высококвалифицированных операторов, отличающихся длительностью и не применимы в клинических и биохимических лабораториях для экспресс-контроля за содержанием антибиотиков.For the determination of cephalosporins: (cefazolin), it is proposed in the literature to use mass spectrometry (plasma and urine), liquid chromatography (biomedia), spectrofluorimetry (cephalexin in blood plasma, urine), agar diffusion (cefotaxime in serum and near-wound tissues), ion chromatography - ceftriaxone (in the blood and tissues of healthy rats), high performance liquid chromatography (HPLC) (blood serum, urine) [Kulapina E.G., Barinova O.V., Kulapina O.I. and other Modern methods for determining antibiotics in biological and medicinal environments. // Antibiotics and chemotherapy, 2009. - V.54. - No. 9-10. - S. 53]. Many of these methods require expensive equipment, reagents, highly skilled operators, differ in duration and are not applicable in clinical and biochemical laboratories for express control of antibiotic levels.
Для определения антибиотиков в фармацевтических формах и биологических жидкостях наиболее перспективным является использование потенциометрические методы с применением различных сенсоров, например ионселективных электродов (ИСЭ) с различными типами электродноактивных соединений (ЭАС). Метод отличается экспрессностью, селективностью, простотой, экономичностью и доступностью оборудования.For the determination of antibiotics in pharmaceutical forms and biological fluids, the most promising is the use of potentiometric methods using various sensors, for example, ion-selective electrodes (ISE) with various types of electrode-active compounds (EAC). The method is characterized by rapidity, selectivity, simplicity, efficiency and availability of equipment.
Разработаны потенциометрические сенсоры на основе ионных ассоциатов цефуроксима с катионами тетраалкил аммония. Сенсоры обеспечивают широкий диапазон определяемых содержаний антибиотиков 1⋅10-4 (8⋅10-5) - 1⋅10-2 М; предел обнаружения антибиотиков составляет 10-5 (10-6). (О.И. Кулапина, М.С. Михайлова, Е.Г. Кулапина Ионометрическое определение цефуроксима и цефуроксим аксетила в биологических и лекарственных средах // Известия Саратовского ун-та. Сер. Химия. Экология. 2013. Т. 15. вып. 3. С. 40-45. Недостатком данной мембраны является узкий интервал определяемых концентраций, высокий предел обнаружения цефуроксима не позволяет применять электрод для определения антибиотика в биосредах, где содержатся более низкие концентрации цефураксима, а также узкий спектр его применения.Potentiometric sensors based on ionic associates of cefuroxime with tetraalkylammonium cations have been developed. The sensors provide a wide range of determined
Известен также способ определения цефазолина в биологических средах с применением ионселективных электродов (О.И. Кулапина, В.В. Барагузина, Н.В.Скобликова Определение цефазолина в биологических средах с применением ионселективных электродов // Химико-фармацевтический журнал. 2008. Т. 42, №8. С. 41-44). Оценено соотношение компонентов в ионном ассоциате, растворимость, термическая устойчивость до 70 градусов. Показано, что зависимость ЭДС от концентрации цефазолина выполняется в интервале 1⋅10-1 - 1⋅10-5 моль; угловой коэффициент электродных функций составляет 56±2 мВ/декаду. Однако не определен коэффициент селективности к многим антибиотикам, имеющим такие же функциональные группировки как у цефазолина.There is also a method for determining cefazolin in biological media using ion-selective electrodes (O.I. Kulapina, V.V. Baraguzina, N.V. Skoblikova Determination of cefazolin in biological media using ion-selective electrodes // Chemical Pharmaceutical Journal. 2008. T. 42, No. 8. P. 41-44). The ratio of components in the ion associate, solubility, and thermal stability up to 70 degrees were evaluated. It is shown that the dependence of EMF on the concentration of cefazolin is in the
В данной работе [«Планирование эксперимента в оптимизации синтеза ванкомицин-селективных "исскуственных рецепторов» Автор: Е.Н. Музыка // Технiчнi науки Scientific Journal «ScienceRise» №3/2(3)2014. УДК 66.DOI: 10.15587/2313-8416.2014.27623] использован хемометрический подход "планирование эксперимента", реализованный с помощью прикладного программного пакета MODDE 9.0, для оптимизации параметров синтеза ванкомицин-селективных наночастиц ("искусственных рецепторов" на базе молекулярно импринтированных полимеров) на автоматическом реакторе с целью получения их максимального количественного выхода.In this paper ["Planning an experiment in optimizing the synthesis of vancomycin-selective "artificial receptors"" Author: E.N. Muzyka // Technical Science Scientific Journal "ScienceRise" No. 3/2 (3) 2014. UDC 66.DOI: 10.15587/2313 -8416.2014.27623] used the chemometric approach "experiment planning", implemented using the MODDE 9.0 application software package, to optimize the parameters of the synthesis of vancomycin-selective nanoparticles ("artificial receptors" based on molecularly imprinted polymers) in an automatic reactor in order to obtain their maximum quantitative exit.
Использование в современных сенсорах природных рецепторов, как правило, обеспечивает удовлетворительные аналитические характеристики, однако проблемой является их дороговизна и нестабильность. Использование технологии, известной как молекулярный ипринтинг, способно решить или снизить остроту озвученных выше проблем. Молекулярно импригнированные полимеры (МИПы), или полимеры с молекулярными отпечатками, могут быть дешевой альтернативой природным рецепторам. Получаются «искусственные рецепторы» (на базе МИПов) в результате молекулярного импринтинга - сополимеризации функционального и сшивающего мономеров в присутствии молекул-шаблонов или импринт-молекул. К настоящему времени для синтеза МИПов наиболее широко используется метод полимеризации в массе (bulk polymerization)The use of natural receptors in modern sensors, as a rule, provides satisfactory analytical characteristics, but their high cost and instability are a problem. The use of a technology known as molecular imprinting can solve or alleviate the above problems. Molecularly imprinted polymers (MIPs), or molecularly imprinted polymers, can be a low cost alternative to natural receptors. “Artificial receptors” (based on MIPs) are obtained as a result of molecular imprinting - copolymerization of functional and crosslinking monomers in the presence of template molecules or imprint molecules. To date, the most widely used method for the synthesis of MIPs is bulk polymerization.
Недостатки: полученные полимеры имеют много ограничений, в том числе высокий уровень неспецифического связывания и плохой доступности сайта для шаблона молекул и, следовательно, не используются в коммерческих анализах.Disadvantages: The resulting polymers have many limitations, including a high level of non-specific binding and poor site accessibility for template molecules, and hence are not used in commercial assays.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению(прототип)Closest to the proposed technical solution (prototype)
Состав мембраны и устройство электродов для определения одного из антибиотиков цефалоспориновой группы, а именно, цефуроксима в лекарственных средах, описанное в статье авторов:The composition of the membrane and the arrangement of electrodes for the determination of one of the antibiotics of the cephalosporin group, namely, cefuroxime in medicinal media, is described in the authors' article:
J.L.F.C Lima, M.C.B.S.M Montenegro, M.G.F Sales. Cefuroxime selective electrodes for batch and FIA determinations in pharmaceutical preparations. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, V. 18, I. 1-2, 1998, P. 93-103, https://doi.org/l0.1016/S0731-7085(98)00162-9.J.L.F.C Lima, M.C.B.S.M Montenegro, M.G.F Sales. Cefuroxime selective electrodes for batch and FIA determinations in pharmaceutical preparations. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, V. 18, I. 1-2, 1998, P. 93-103, https://doi.org/l0.1016/S0731-7085(98)00162-9.
Сконструированы и оценены различные селективные электроды для определения цефуроксима без внутреннего раствора сравнения, содержащие ПВХ-мембраны.Various selective electrodes for the determination of cefuroxime without an internal reference solution containing PVC membranes have been designed and evaluated.
Мембрана выполнена с использованием в качестве ЭАС - цефураксим бис(трифенилфосфоранилиден)аммония и цефуроксимтетраоктиламмония, в качестве пластификатора - ди-(2-этилгексил)овый эфир себациновой кислоты и 2-нитрофенилоктилового эфира, в качестве добавки - 4-третоктилфенила. Для данных электродов линейный предел определяемых концентраций цефуроксима составил 2.8⋅10-4 и 1.3⋅10-4 М, крутизна - 50.4 мВ/декаду сроком службы около 4-5 месяцев, кислотность 3.5 рН, создавали введением фосфатного буферного раствора. Относительное стандартное отклонение <3,0%.The membrane is made using cefuraxime bis(triphenylphosphoranylidene)ammonium and cefuroximetetraoctylammonium as an EAS, di-(2-ethylhexyl) ester of sebacic acid and 2-nitrophenyloctyl ether as a plasticizer, and 4-tertoctylphenyl as an additive. For these electrodes, the linear limit of the determined concentrations of cefuroxime was 2.8⋅10 -4 and 1.3⋅10 -4 M, the steepness was 50.4 mV/decade with a service life of about 4-5 months, an acidity of 3.5 pH was created by introducing a phosphate buffer solution. Relative standard deviation <3.0%.
Недостатком данной мембраны является отсутствие исследования селективности антибиотиков цефалоспоринового ряда, с идентичными функционально-аналитическими группировками как у цефураксима к цефуроксим-селективному электроду. Кроме того, характерен высокий предел обнаружения цефуроксима, а именно 2.8×10-4 и 1.3×10-4 М что не позволяет применять электрод для определения антибиотика в биосредах, где содержатся более низкие концентрации антибиотика.The disadvantage of this membrane is the lack of study of the selectivity of antibiotics of the cephalosporin series, with identical functional-analytical groups as in cefuraxime to the cefuroxime-selective electrode. In addition, a high detection limit of cefuroxime is characteristic, namely 2.8×10 -4 and 1.3×10 -4 M, which does not allow the electrode to be used for determining the antibiotic in biological media containing lower concentrations of the antibiotic.
Задачей изобретения является создание мембраны ионоселективного электрода (ИСЭ) для экспрессного определения цефалоспоринового антибиотика, в частности цефтриаксона в лекарственных и биологических средах (в т.ч. крови, моче, жидкости ротовой полости) и создание на основе полученной мембраны цефтриаксон-селективного электрода для определения цефтриаксона, учитывая его применение в качестве основного антибиотика в лечении ковида-19, а также с целью фармакокинетических исследований.The objective of the invention is to create an ion-selective electrode (ISE) membrane for the rapid determination of a cephalosporin antibiotic, in particular ceftriaxone in medicinal and biological media (including blood, urine, oral fluid) and to create a ceftriaxone-selective electrode based on the resulting membrane for determining ceftriaxone, given its use as the main antibiotic in the treatment of covid-19, as well as for the purpose of pharmacokinetic studies.
Технология изготовления цефтриаксон-селективного (Ceftr-СЭ) электрода проводили следующим образом: водный раствор цефтриаксона с концентрацией 1⋅10-2 М объемом 50 мл смешивали с 100 мл хлороформного раствора октадециламина (ОДА) такой же концентрации. Затем раствор перемешивали при комнатной температуре в течение 3-4 часов в колбе с магнитной мешалкой (фиг. 1), после, отбирали хлороформный слой и упаривали (на водяной бане при температуре 50-60°С) до полного улетучивания хлороформа вплоть до образования белого кристаллического осадка (фиг. 2). Осадок растворяли в этаноле и проводили перекристаллизацию, разбавляя дистиллированной водой (фиг. 3). Очищенный осадок (ионный ассоциат) в качестве ЭАС (ионофор) растворяли в диоктилсебаценате (ди-(2-этилгексил)овый эфир себациновой кислоты), выполняющий роль пластификатора, туда же вводили поливинилхлорид (ПВХ), тетрагидрофуран и перемешивали до полного растворения. Затем отбирали 3,8 мл полученной мембранной композиции, заливали в стеклянные кольца диаметром 22-28 мм и получали тонкие мембраны после полного испарения тетрагидрофурана (ТГФ). Во избежание быстрого испарения последнего, чашки накрывали бумагой и сверху стеклом (фиг. 4). Мембраны клеили к торцам поливинилхлоридных трубок, нанося 13% ПВХ в циклогексаноне (ЦТ) в три слоя с промежутками 20 мин. (фиг. 5). Ceftr-СЭ вымачивали в сантимолярных растворах цефтриаксона, предварительно заполнив сантимолярными растворами смеси Ceftr и KCI. Калибровку разработанного электрода проводили, помещая индикаторный и электрод сравнения в заранее приготовленные стандартные растворы Ceftr различных концентраций (фиг. 6).The technology for manufacturing a ceftriaxone-selective (Ceftr-SE) electrode was carried out as follows: an aqueous solution of ceftriaxone with a concentration of 1⋅10 -2 M in a volume of 50 ml was mixed with 100 ml of a chloroform solution of octadecylamine (ODA) of the same concentration. Then the solution was stirred at room temperature for 3-4 hours in a flask with a magnetic stirrer (Fig. 1), after which the chloroform layer was taken and evaporated (in a water bath at a temperature of 50-60°C) until the chloroform completely volatilized until the formation of white crystalline precipitate (Fig. 2). The precipitate was dissolved in ethanol and recrystallized by diluting with distilled water (Fig. 3). The purified precipitate (ionic associate) as an EAS (ionophore) was dissolved in dioctyl sebacenate (di-(2-ethylhexyl) ester of sebacic acid), which acts as a plasticizer, polyvinyl chloride (PVC), tetrahydrofuran was added there, and stirred until complete dissolution. Then, 3.8 ml of the resulting membrane composition was taken, poured into glass rings with a diameter of 22-28 mm, and thin membranes were obtained after complete evaporation of tetrahydrofuran (THF). To avoid rapid evaporation of the latter, the cups were covered with paper and glass on top (Fig. 4). The membranes were glued to the ends of polyvinyl chloride tubes by applying 13% PVC in cyclohexanone (CT) in three layers at 20 min intervals. (Fig. 5). Ceftr-SE was soaked in centimol solutions of ceftriaxone, pre-filled with centimol solutions of mixtures of Ceftr and KCI. The calibration of the developed electrode was carried out by placing the indicator and reference electrodes in pre-prepared Ceftr standard solutions of various concentrations (Fig. 6).
Независимо от природы сенсора возникающий на нем потенциал подчиняется уравнению Нернста:Regardless of the nature of the sensor, the potential arising on it obeys the Nernst equation:
где Ео - стандартный потенциал редокс-системы; R - универсальная газовая постоянная, равная 8.312 Дж/ моль×К; Т - абсолютная температура, К; zi - валентность иона; F - постоянная Фарадея, равная 96485 Кл/моль; ах - активность соответственно окисленной и восстановленной форм редокс системы. Величина 2,3RT/ziF называется крутизной электродной функции и обозначается обычно как S; ai=cif (ci - концентрация определяемого иона; f - коэффициент активности иона).where E o is the standard potential of the redox system; R is the universal gas constant equal to 8.312 J/mol×K; T - absolute temperature, K; z i is the valency of the ion; F - Faraday's constant, equal to 96485 C/mol; ax is the activity of the oxidized and reduced forms of the redox system, respectively. The value 2.3RT/z i F is called the steepness of the electrode function and is usually denoted as S; a i \u003d c i f (c i - concentration of the ion being determined; f - ion activity coefficient).
Потенциометрические исследования проводили с помощью 8-Канальной компьютеризованной системы сбора потенциометрических данных на базе ПК, Экотест-120 и коммутатора КМ-8 (НПП «ЭКОНИКС», Москва, Россия); (Фиг. 7.) Для отделения белковых компонентов из смешанной слюны использовали центрифугу Wirowka MPW-6.Potentiometric studies were carried out using an 8-channel computerized system for collecting potentiometric data based on a PC, Ecotest-120, and a KM-8 switch (NPP ECONIKS, Moscow, Russia); (Fig. 7.) A Wirowka MPW-6 centrifuge was used to separate the protein components from the mixed saliva.
Техническим результатом является сокращение времени определения, снижении предела обнаружения цефтриаксона в присутствии ряда анионов и некоторых антибиотиков цефалоспоринового ряда, а также увеличение диапазона определяемых концентраций с оптимизацией метрологических характеристик.The technical result is a reduction in the time of determination, a decrease in the detection limit of ceftriaxone in the presence of a number of anions and some antibiotics of the cephalosporin series, as well as an increase in the range of determined concentrations with optimization of metrological characteristics.
Указанный технический результат достигается тем, что в качестве электродноактивного соединения (ЭАС) использован липофильный катион-октадециламина (ОДА) и липофильный анион-цефтриаксона (Ceftr) для состава мембраны использовали ионный ассоциат : цефтриаксон (Ceftr) и октадециламин (ОДА), в соотношении 1:2; пластификатором служил диоктилсебацинат (ДОС), растворители: тетрагидрофуран и циклогексанон (ЦГ), со следующим соотношением компонентов в масс. %:This technical result is achieved by using the lipophilic octadecylamine cation (ODA) and the lipophilic ceftriaxone anion (Ceftr) as the electrode active compound (EAS). :2; dioctyl sebacate (DOS) served as a plasticizer, solvents: tetrahydrofuran and cyclohexanone (CH), with the following ratio of components in mass. %:
Цефтриаксон (Ceftr) - цефалоспориновый антибиотик III поколения. Коммерческое название препарата «Цефтриаксон», фирмы производители: 1) «Вертекс Экспорте», Индия; 2) ОАО «Биосинтез», Москва. Форма выпуска: порошок для приготовления раствора для инъекций по 1,0 г в стеклянных флаконах.Ceftriaxone (Ceftr) is a third generation cephalosporin antibiotic. Commercial name of the drug "Ceftriaxone", manufacturing companies: 1) "Vertex Export", India; 2) OJSC "Biosintez", Moscow. Release form: powder for solution for injection, 1.0 g in glass vials.
(ОДА) (Октадециламин, ЧДА, ТУ 6-09-07-230-74, Вектон, Санкт-Петербург, Россия);(ODA) (Octadecylamine, analytical grade, TU 6-09-07-230-74, Vekton, St. Petersburg, Russia);
Ионный ассоциат образовывался по схеме:The ion associate was formed according to the scheme:
Октадециламин растворяли в хлороформе и смешивали с водным раствором цефтриаксона с концентрациями 1⋅10-2 М. Переносили данный раствор в колбу, смесь встряхивали на магнитной мешалке в течение 3-4 часов. Образовавшийся хлороформный слой отделяли от водной фазы в предварительно взвешенный бюкс. Испаряли хлороформ на водяной бане при температуре 50-60°С (во избежание разложения электродноактивного компонента) до образования белого кристаллического осадка. С целью получения чистого осадка провели перекристаллизацию, растворив его в чистом этаноле и разбавляя дистиллированной водой. Очищенный ионный ассоциат в качестве ЭАК использовали для получения мембран. Далее по вышеизложенному получали пленочные мембраны цефтриаксон-селективного электрода, используя в качестве пластификатора - диоктилсебацинат (ДОС) и растворителя - тетрагидрофуран (ТГФ). Ниже представлено уравнение ионного обмена:Octadecylamine was dissolved in chloroform and mixed with an aqueous solution of ceftriaxone with concentrations of 1⋅10 -2 M. This solution was transferred into a flask, the mixture was shaken on a magnetic stirrer for 3-4 hours. The resulting chloroform layer was separated from the aqueous phase into a pre-weighed bottle. Chloroform was evaporated in a water bath at a temperature of 50-60°C (to avoid decomposition of the electrode-active component) until a white crystalline precipitate formed. In order to obtain a pure precipitate, recrystallization was carried out by dissolving it in pure ethanol and diluting with distilled water. The purified ion associate was used as EAA to obtain membranes. Further, according to the above, film membranes of a ceftriaxone-selective electrode were obtained using dioctyl sebacate (DOS) as a plasticizer and tetrahydrofuran (THF) as a solvent. Below is the ion exchange equation:
Составы исследуемых мембран представлены в таблице 1.The compositions of the studied membranes are presented in Table 1.
Дальнейшие исследования проведены с электродом состава мембраны масс. %: (ОДА)2 +⋅Ceftr2- (0.80), ДОС (66.14), ПВХ (33.06) и крутизной электродной функции, максимально близка к теоретическому значению для двухзарядного иона 24.9 мВ/дек.Further studies were carried out with the electrode composition of the membrane masses. %: (ODA) 2 + ⋅Ceftr 2- (0.80), DOS (66.14), PVC (33.06) and slope of the electrode function, as close as possible to the theoretical value for a doubly charged ion of 24.9 mV/dec.
Высокая липофильность ионофора ПВХ-пластифицированной мембраны ограничивает его выход в раствор, что способствует полноте электродной функции, а также длительным срокам жизни ИСЭ. Величину липофильности рассчитывали с помощью программы ACD/ChemSketch, которая для октадециламина соответствует 8.4±0.2.The high lipophilicity of the ionophore of the PVC-plasticized membrane limits its release into solution, which contributes to the completeness of the electrode function, as well as to the long life of the ISE. The lipophilicity value was calculated using the ACD/ChemSketch program, which corresponds to 8.4±0.2 for octadecylamine.
Изучена селективность цефтриаксон-селективного электрода к некоторым анионам и антибиотикам цефалоспаринового ряда. Селективность Ceftr-СЭ на основе ионного ассоциата к важнейшим неорганическим катионам: К+, Na+, Са2+ показала, что данные катионы и некоторые антибиотики цефалоспаринового ряда (цефазолин, цефуроксим, цефалексин не мешают определению цефтриаксона, а среди анионов незначительно влияли иодиды, остальные анионы не оказывали мешающего влияния.The selectivity of the ceftriaxone-selective electrode to some anions and antibiotics of the cephalosporin series was studied. The selectivity of Ceftr-SE based on the ion associate to the most important inorganic cations: K + , Na + , Ca 2+ showed that these cations and some antibiotics of the cephalosporin series (cefazolin, cefuroxime, cephalexin) do not interfere with the determination of ceftriaxone, and among the anions, iodides, the other anions had no interfering effect.
Полученная мембрана обеспечивает широкий диапазон определяемых содержаний антибиотика, а именно 1⋅10-1 - 1⋅10-5 М. При этом выявленные в результате проведенных экспериментов высокие свойства используемого в мембране ЭАС обеспечивает низкий предел обнаружения цефтриаксона, а именно 8.3⋅10-6 М. Это позволяет использовать электрод как для определения цефтриаксона в биологических жидкостях, где концентрация определяемого очень низка, так и для анализа лекарственных препаратов на основе цефтриаксона, а также для изучения фармакокинетики антибиотика. В результате угловой коэффициент электродных функций в растворах цефтриаксона составляет 24.9 мВ/дек (Фиг. 8.).The resulting membrane provides a wide range of detectable antibiotic concentrations, namely 1⋅10 -1 - 1⋅10 -5 M. At the same time, the high properties of the EAS used in the membrane, revealed as a result of the experiments, provide a low detection limit of ceftriaxone, namely 8.3⋅10 -6 M. This allows the electrode to be used both for the determination of ceftriaxone in biological fluids, where the concentration of the determined is very low, and for the analysis of drugs based on ceftriaxone, as well as for studying the pharmacokinetics of the antibiotic. As a result, the slope of electrode functions in ceftriaxone solutions is 24.9 mV/dec (Fig. 8.).
Таким образом полученная мембрана ИСЭ расширяет функциональные возможности экспрессного определения цефтриаксона в биологических жидкостях, в лекарственных формах за счет широкого интервала определяемых концентраций и достижения постоянного значения потенциала в течение одной минуты.The thus obtained ISE membrane expands the functionality of the express determination of ceftriaxone in biological fluids, in dosage forms due to a wide range of determined concentrations and the achievement of a constant potential value within one minute.
Установлена зависимость потенциала мембраны Ceftr - СЭ от кислотности раствора (Фиг. 9.).The dependence of the membrane potential Ceftr - SE on the acidity of the solution was established (Fig. 9.).
При рН 6-9 потенциал Ceftr - СЭ имеет максимальную растворимость и данный интервал принят за рН функционирования электрода. Основные электрохимические характеристики (крутизна электродной функции, линейный диапазон, предел обнаружения и время отклика) представлены в таблице 2.At pH 6-9, the potential Ceftr - SE has a maximum solubility and this interval is taken as the pH of the electrode functioning. The main electrochemical characteristics (slope of the electrode function, linear range, limit of detection and response time) are presented in Table 2.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2789107C1 true RU2789107C1 (en) | 2023-01-30 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1289916A (en) * | 1970-06-29 | 1972-09-20 | ||
RU2235995C1 (en) * | 2003-03-14 | 2004-09-10 | Кулапина Елена Григорьевна | Method of quantitative determination of aminoglycoside antibiotics in medicamental and biological media |
RU2469304C1 (en) * | 2011-05-20 | 2012-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Ion-selective electrode membrane for determining cephalosporin antibiotics in medicinal and biological media |
CN107667288A (en) * | 2015-03-06 | 2018-02-06 | 英国质谱公司 | The spectrum analysis of microorganism |
RU2716884C1 (en) * | 2019-09-26 | 2020-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Ion-selective electrode membrane for determination of phosphate ions in solutions |
WO2021062476A1 (en) * | 2019-10-01 | 2021-04-08 | WearOptimo Pty Ltd | Analyte measurement system |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1289916A (en) * | 1970-06-29 | 1972-09-20 | ||
RU2235995C1 (en) * | 2003-03-14 | 2004-09-10 | Кулапина Елена Григорьевна | Method of quantitative determination of aminoglycoside antibiotics in medicamental and biological media |
RU2469304C1 (en) * | 2011-05-20 | 2012-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Ion-selective electrode membrane for determining cephalosporin antibiotics in medicinal and biological media |
CN107667288A (en) * | 2015-03-06 | 2018-02-06 | 英国质谱公司 | The spectrum analysis of microorganism |
RU2716884C1 (en) * | 2019-09-26 | 2020-03-17 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Ion-selective electrode membrane for determination of phosphate ions in solutions |
WO2021062476A1 (en) * | 2019-10-01 | 2021-04-08 | WearOptimo Pty Ltd | Analyte measurement system |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Безъязычная А. А., Шорманов В. К., Сипливая Л. Е. Определение цефтриаксона в биологическом материале //Человек и его здоровье. - 2018. - N.1 - с. 128-132. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sträuber et al. | Viability states of bacteria—specific mechanisms of selected probes | |
Ding et al. | Potentiometric aptasensing of Listeria monocytogenes using protamine as an indicator | |
de Zoysa et al. | Slowing DNA translocation through nanopores using a solution containing organic salts | |
Prasad et al. | Molecularly imprinted polymer (biomimetic) based potentiometric sensor for atrazine | |
Mu et al. | Direct, rapid, and label-free detection of enzyme–substrate interactions in physiological buffers using CMOS-compatible nanoribbon sensors | |
Szabò et al. | Double‐stranded DNA can be translocated across a planar membrane containing purified mitochondrial porin | |
Gualdron-Lopez et al. | Channel-forming activities in the glycosomal fraction from the bloodstream form of Trypanosoma brucei | |
Szabò et al. | DNA translocation across planar bilayers containing Bacillus subtilis ion channels | |
JP2015503729A (en) | Method and apparatus for rapid detection of infectious microorganisms | |
JPS63500539A (en) | Sensor with ion selective electrode | |
Katsu et al. | Interaction between polyamines and bacterial outer membranes as investigated with ion-selective electrodes | |
Özbek et al. | Potentiometric PVC membrane sensor for the determination of anti‐epileptic drug levetiracetam in pharmaceutical formulations | |
Gajdiss et al. | YycH and YycI regulate expression of Staphylococcus aureus autolysins by activation of WalRK phosphorylation | |
Wynne et al. | In vitro characterisation of ortho phenylenediamine and NafionŪ-modified Pt electrodes for measuring brain nitric oxide | |
Kulapina et al. | Screen-Printed potentiometric sensors based on carbon materials for determining cefotaxime and cefuroxime | |
RU2789107C1 (en) | Ion-selective electrode membrane for the determination of ceftriaxone in biosystems | |
Cunningham et al. | Ion-selective electrodes for basic drugs | |
Solsky et al. | Ion-selective electrodes in biomedical analysis | |
Rieβ et al. | The cell wall of the pathogenic bacterium Rhodococcus equi contains two channel-forming proteins with different properties | |
Kormosh et al. | Potentiometric determination of diclofenac in pharmaceutical formulation by membrane electrode based on ion associate with base dye | |
Katsu et al. | Potentiometric method for the determination of adenosine-5′-triphosphate | |
Adachi et al. | Na+, K+-ATPase-based bilayer lipid membrane sensor for adenosine 5′-triphosphate | |
US5891728A (en) | Test for determining pyrogenic effect of a material | |
Bucataru et al. | Probing the hepatitis B virus E-antigen with a nanopore sensor based on collisional events analysis | |
EP0741796B1 (en) | Sensor device |