Izvestiya of Saratov University.

Chemistry. Biology. Ecology

ISSN 1816-9775 (Print)
ISSN 2541-8971 (Online)


For citation:

Kulapina E. G., Gasparyan M. N., Kulapina O. I., Ankina V. D. Electroanalytic properties of unmodified and polyaniline-modifi ed planar sensors sensitive to doxycycline. Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2023, vol. 23, iss. 1, pp. 39-50. DOI: 10.18500/1816-9775-2023-23-1-39-50, EDN: JNYWNB

This is an open access article distributed under the terms of Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC-BY 4.0).
Full text:
(downloads: 151)
Полный текст в формате PDF(En):
(downloads: 78)
Language: 
Russian
Heading: 
Article type: 
Article
UDC: 
543.615.33
EDN: 
JNYWNB

Electroanalytic properties of unmodified and polyaniline-modifi ed planar sensors sensitive to doxycycline

Autors: 
Kulapina Elena Grigorievna, Saratov State University
Gasparyan Milena N., Saratov State University
Kulapina Olga Ivanovna, Saratov State Medical University
Ankina Vlada D., Saratov State Medical University
Abstract: 

Doxycycline has a wide range of antimicrobial and anti-infl ammatory properties and is used to treat various infectious diseases. Spectroscopic, chromatographic, electrochemical, immunoassay and other methods are used to determine tetracycline antibiotics in various objects. Planar sensors allow express detection of antibiotics in small sample volumes. Planar potentiometric sensors based on ion associations doxycycline – tetraphenylborate (Copt = 2–3%), modifi er – polyaniline, for the quantitative determination of doxycycline have been developed. It has been found that for non-modifi cated sensors, the linearity intervals of electrode functions are 1×10 -4 – 5×10 -3 M, Cmin – 5,0×10-5 M, angular coeffi cients – 50±2 mV/pC, response time – 25 s. It is shown that the introduction of a modifi er into the carbon-containing ink of sensors leads to the stabilization of their potential, to an increase in the angular coeffi cients of electrode functions (56±1), reduced response time (20 s) and reduced detection limit (4.0 ×10-5 M). It is shown that the introduction of the modifi er into the carbon-containing ink of the sensors leads to stabilization of their potential, to an increase in the angular coeffi cients of electrode functions (56±1), a decrease in response time (20 seconds) and a decrease in the detection limit (4.0 ×10-5 M). Doxycycline sensitive sensors have selectivity to the base ion (Ki/j < < 1) and inorganic cations (Ki/j (K+) = 0.61; Ki/j (Na+) = 0,01; Ki/j (Mg 2+) = 0,01; Ki/j (Ca2+) = 0.09), and indicate the possibility of determining doxycycline in human biological fl uids. Against the background of oral liquid, the angular coeffi cients of electrode functions (45±1 mV/pS) decrease, which is associated with the background infl uence of oral liquid. The developed planar sensors are used to determination doxycycline in medicinal and biological media.

Reference: 
  1. Alessandro C., Federica P., Gianandrea G., Sergio C., Lorenzo C. Tetracyclines: Insights and updates of their use in human and animal pathology and their potential toxicity // The Open Biochem. J. 2019. Vol. 13, № 1. P. 1–12. https://doi.org/10.2174/1874091X01913010001
  2. Bortolanza M., Nascimento G. C., Socias S. B., Ploper D., Chehín R. N., Raisman-Vozari R., Del-Bel E. Tetracycline repurposing in neurodegeneration: Focus on Parkinson’s disease // J. Neural Transm. 2018. Vol. 125, № 10. P.1403–1415. https://doi.org/10.1007/s00702- 018-1913-1
  3. Golub L. M., Elburki M. S., Walker C., Ryan M., Sorsa T., Tenenbaum H., Goldberg M., Wolff M., Gu Y. Non-antibacterial tetracycline formulations: hostmodulators in the treatment of periodontitis and relevant systemic diseases // Intern. Dental J. 2016. Vol. 66, № 3. P. 127–135. https://doi.org/10.1111/idj.12221
  4. Perry E. A., Bennett C. F., Luo C., Balsa E., Jedrychowski M., O’Malley K. E., Latorre-Muro P., Ladley R. P., Reda K., Wright P., Gygi S., Myers A., Puigserver P. Tetracyclines promote survival and fi tness in mitochondrial disease models // Nat. Metab. 2021. Vol. 3, № 1. P. 33–42. https://doi.org/10.1038/s42255-020-00334-1
  5. Fabio G. C., Cesar R. Tetracyclines in food and feedingstuffs: from regulation to analytical methods, bacterial resistance, and environmental and health implications // J. Anal. Methods in Chem. 2017. Vol. 2017. P. 1–24.
  6. Fujita H., Sakamoto N., Ishimatsu Y., Kakugawa T., Hara S., Hara A., Amenomori M., Ishimoto H., Nagata T., Mukae H., Kohno S. Effects of doxycycline on production of growth factors and matrix metalloproteinases in pulmonary fi brosis // Respiration. 2011. Vol. 81, № 5. P. 420–430. https://doi.org/10.1159/000324080
  7. Шайдарова Л. Г., Гедмина А. В., Сюткина В. Н., Челнокова И. А., Будников Г. К. Использование электрода, модифицированного поливинилпирролидоновой пленкой с включенным осадком золота, для вольтамперометрического определения тетрациклина в молоке // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. 2019. Т. 161, № 1. С. 20–30. https:// doi.org/10.26907/2542-064X.2019.1.20-30
  8. Qin J., Xie L., Ying Y. Determination of tetracycline hydrochloride by terahertz spectroscopy with PLSR model // Food Chemistry. 2015. Vol. 170. Р. 415–422. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.08.050
  9. Сергеева А. С., Щепина Н. Д. Косвенное экстракционно-атомноабсорбционное определение тетрациклина // Вестник ВГУ. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2020. № 2. С. 16–23. 
  10. Rodríguez M. P., Pezza H. R., Pezza L. Simple and clean determination of tetracyclines by fl ow injection analysis // Spectrochim. Acta A: Mol. Biomol. Spectrosc. 2016. Vоl. 153. Р. 386–392. https://doi.org/10.1016/j. saa.2015.08.048
  11. Смирнова Т. Д., Паращенко И. И., Желобицкая Е. А. Возможности стационарной и разрешенной во времени сенсибилизированной флуоресценции при определении некоторых тетрациклинов в мицеллярных средах // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2015. Т. 15, вып. 2. С. 13–19. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2015-15-2-13-19
  12. Амелин В. Г., Шаока З. А. Ч., Большаков Д. С. Твердофазно-флуориметрическое определение тетрациклинов в лекарственных препаратах на целлюлозной бумаге и тонком слое силикагеля с использованием смартфона // Хим.-фарм. журнал. 2021. Т. 55, № 3. С. 52–57. https://doi.org/10.30906/0023-1134-2021-55- 3-52-57
  13. Zhao N., Wang Y., Hou S., Zhao L. Functionalized carbon quantum dots as fl uorescent nanoprobe for determination of tetracyclines and cell imaging // Microchim. Acta. 2020. Vol. 187, № 6. P. 351. https://doi.org/10.1007/ s00604-020-04328-1
  14. Wei W., He J., Wang Y., Kong M. Ratiometric method based on silicon nanodots and Eu3+ system for highlysensitive detection of tetracyclines // Talanta. 2019. Vol. 204. P. 491–498. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2019.06.036
  15. Jia P., Bu T., Sun X., Liu Y., Liu J., Wang Q., Shui Y., Guo S., Wang L. A sensitive and selective approach for detection of tetracyclines using fl uorescent molybdenum disulfi de nanoplates // Food Chem. 2019. Vol. 297. Р. 1–7. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.124969
  16. Xing X., Huang L., Zhao S., Xiao J., Lana M. S, N-Doped carbon dots for tetracyclines sensing with a fl uorometric spectral response // Microchem. J. 2020. Vol. 157. P. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.microc.2020.105065
  17. Mookantsa S. O. S., Dube S., Nindi M. M. Development and application of a dispersive liquid–liquid microextraction method for the determination of tetracyclines in beef by liquid chromatography mass spectrometry // Talanta. 2016. Vol. 148. P. 321–328. https://doi. org/10.1016/j.talanta.2015.11.006
  18. Yang Y., Yin S., Yang D., Jiang Y., Li Y., Zhou C., Sun C. Carboxyl Fe3O4 magnetic nanoparticle-based SPE and HPLC method for the determination of six tetracyclines in water // Anal. Bioanal. Chem. 2019. Vol. 411, № 2. P. 507–515. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2015.11.006
  19. Черкашина К. Д., Сумина А. И., Вах К. С., Булатов А. В. Жидкостная микроэкстракция тетрациклинов из биологических жидкостей для их последующего определения методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с УФ-детектированием // Журн. аналит. химии. 2020. Т. 75, № 11. С. 1014–1020. https://doi.org/10.31857/S0044450220090078
  20. Tang H. Z., Wang Y. H., Li S., Wu J., Gao Z. X., Zhou H. Y. Development and application of magnetic solid phase extraction in tandem with liquid–liquid extraction method for determination of four tetracyclines by HPLC with UV detection // J. Food Sci. Technol. 2020. Vol. 57. P. 2884–2893. https://doi.org/10.1007/s13197-020-04320-w
  21. Di X., Zhao X., Guo X. Hydrophobic deep eutectic solvent as a green extractant for high-performance liquid chromatographic determination of tetracyclines in water samples // J. Sep. Sci. 2020. Vol. 43, № 15. P. 3129–3135. https://doi.org/10.1002/jssc.202000477
  22. Pamreddy A., Hidalgo M., Havel J., Salvado V. Determination of antibiotics (tetracycline’s and sulfonamides) in biosolids by pressurized liquid extraction and liquid chromatography–tandem mass spectrometry // J. Chromatogr. A. 2013. Vol. 1298. Р. 68–75.
  23. Nour A. A., Sereshti H., Hijazi A., Rashidi N. H. Determination of three tetracyclines in bovine milk using magnetic solid phase extraction in tandem with dispersive liquid-liquid microextraction coupled with HPLC // J. Chromatogr. B. 2018. Vol. 1092. P. 480–488. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2018.06.049
  24. Wang G., Zhang H. C., Liu J., Wang J. P. A receptorbased chemiluminescence enzyme linked immunosorbent assay for determination of tetracyclines in milk // Anal. Biochem. 2019. Vol. 564–565. P. 40–46. https:// doi.org/10.1016/j.ab.2018.10.017
  25. Ozbek O., Berkel C., Isildak O. Applications of potentiometric sensors for the determination of drug molecules in biological samples // Crit. Rev. Anal. Chem. 2020. Vol. 52, № 4. P. 768–779. https://doi.org/10.1080/1040 8347.2020.1825065
  26. Кулапина Е. Г., Тютликова М. С., Кулапина О. И., Дубасова А. Е. Твердоконтактные потенциометрические сенсоры для определения некоторых цефалоспориновых антибиотиков в лекарственных препаратах и ротовой жидкости // Журн. аналит. химии. 2019. Т. 74, № 7. С. 63–70. https://doi.org/10.1134/ S0044450219070156
  27. 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. 145–152. https://doi.org/10.31857/ S0044450220020115
  28. Кулапина Е. Г., Чанина В. В. Экспрессное определение цефазолина в малых объемах проб с применением планарных потенциометрических сенсоров // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2019. Т. 19, вып. 1. C. 4–10. https://doi. org/10.18500/1816-9775-2019-19-1-4-10
  29. Лиу М., Лао Ж., Ван Х., Су З., Лиу Ж., Вен Л., Йин З., Луо К., Пен Х. Электрохимическое определение тирозина на стеклоуглеродном электроде, модифицированном композитом графена и наночастицами золота // Электрохимия. 2021. Т. 57, № 1. C. 47–58. https://doi.org/10.31857/S0424857020110067
  30. Ватандост Э., Сараэй А. Г. Х., Чекин Ф., РаэйсиШ. Н., Шахиди С.-А. Электрохимический сенсор на основе гибридного материала магнитный Fe3O4–восстановленный оксид графена для высокочувствительного определения бинафтола // Электрохимия. 2021. Т. 57, № 5. C. 265–275. https://doi.org/10.31857/ S0424857021050133
  31. Двараканат Ш. Ч., Шиваппа С. Г. Синтез палладиевых нанолент и их применение для электрохимического определения гемоглобина // Электрохимия. 2021. Т. 57, № 4. C. 239–248. https://doi.org/10.31857/ S0424857021040083
  32. Лиу Ж., Ма Л.-Т., Лин А.-С., Лв М., Кон Ф.-Д., Ван Ж. Электрохимическое поведение метимазола на стеклоуглеродном электроде, модифицированном Аu–С // Электрохимия. 2021. Т. 57, № 4. C. 256– 262. https://doi.org/10.31857/S042485702104006X
  33. Багхери А., Маранд М. Х. Вольтамперометрическое и потенциометрическое определение Cu 2+ с помощью электрохимического сенсора на основе сверхокисленного полипиррола //Электрохимия. 2020. Т. 56, № 6. С. 483–493. https://doi.org/10.31857/ S042485702006002X
  34. Mengarda P., Fernando A. L. D., João V. C. Determination of lactate levels in biological fl uids using a disposable ion-selective potentiometric sensor based on polypyrrole fi lms // Sens. Actuators B Chem. 2019. Vol. 296. P. 126663–126677. https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.126663
  35. Kamel A. H., Amr A. E. G. E., Abdalla N. S., El-Naggar M. Novel solid-state potentiometric sensors using Polyaniline (PANI) as a solid-contact transducer for fl ucar bazone herbicide assessment // Polymers. 2019. Vol. 11, № 11. P. 1796–1806. https://doi.org/10.3390/polym11111796
  36. Марьянов Б. М. Метод линеаризации в инструментальной титриметрии. Томск : Изд-во Томского ун-та, 2001. 158 с.
  37. De Oliveira J. L. S., Teles Júnior G. A. C., Bonfi m D. A., Carvalho Júnior C. M. R., Santos J. A., Ferreira M. S., Santos Júnior A. de F. Effect of medium pH on in vitro dissolution of marketed tetracyclines (tetracycline and doxycycline) solid oral dosage forms in Bahia, Brazil // Dissolution Technol. 2020. Vol. 27, № 2. P. 32–40. https://doi.org/10.14227/DT270220P32
  38. Ali T. A., Mohamed G. G., Omar M. M., Abdrabou V. N. Improved determination of mebeverine hydrochloride in urine, serum and pharmaceutical preparations utilizing a modifi ed carbon paste electrode // Intern. J. Electrochem. Sci. 2015. Vol. 10, № 3. P. 2439–2454
Received: 
07.12.2022
Accepted: 
15.12.2022
Published: 
31.03.2023
Short text (in English):
(downloads: 71)