CC BY
141
___________УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Том 156, кн. 2 Естественные науки
2014
УДК 543.866
АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИДЕПРЕССАНТОВ МОНОАМИНООКСИДАЗНЫМИ БИОСЕНСОРАМИ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА КАК ХИМИЧЕСКИХ МОДИФИКАТОРОВ
Д.В. Брусницын, Э.П. Медянцева, Р.М. Варламова,
А.А. Максимов, А.Н. Фаттахова, Г.К. Будников
Аннотация
Лекарственные вещества с антидепрессивным эффектом (моклобемид, афобазол, амитриптилин) определяются амперометрическими биосенсорами на основе планарных печатных графитовых электродов, модифицированных многостенными углеродными нанотрубками (МУНТ), наночастицами серебра и иммобилизованным ферментом моноаминооксидазой, по способности аналитов оказывать ингибирующую способность на каталитическую активность фермента. Сопоставлены аналитические возможности предлагаемых биосенсоров c биосенсорами на основе электродов, модифицированных дисперсией МУНТ в диметилформамиде или хитозане. Разработанные биосенсоры использовали для определения антидепрессантов в лекарственных формах.
Ключевые слова: амперометрический биосенсор, моноаминооксидаза, многослойные углеродные нанотрубки, наночастицы серебра, антидепрессант, моклобемид, афобазол, амитриптилин.
Введение
В последнее время в фармацевтическом анализе стали использовать биосенсорные технологии, обладающие рядом преимуществ по сравнению с традиционными методами например хроматографическими. К таким преимуществам относится экспрессность и меньшая трудоемкость, что может быть использовано для определения лекарственных веществ с различными матрицами [1-3].
Среди лекарственных средств строго учета особое место занимают антидепрессанты (АД), которые часто используются для лечения депрессивных состояний человека. В литературе имеются сведения о том, что АД оказывают ингибирующее действие на моноаминооксидазу (МАО) [4]. Однако примеры использования этого свойства фермента в потенциометрических [5] и амперометрических [6] биосенсорах немногочисленны.
В настоящее время при создании биосенсоров в их составе активно используют различные наноструктурированные материалы. К ним относятся в первую очередь углеродные нанотрубки (УНТ) и наночастицы (НЧ) металлов. Применение углеродных нанотрубок в составе модификаторов поверхности электродов привлекательно еще и возможностью их дальнейшей функционализации. УНТ часто используют как носители для наночастиц металлов. Сочетание углеродных
37
38
Д.В. БРУСНИЦЫН и др.
нанотрубок, наночастиц металлов с биоматериалами способствует лучшему закреплению модификаторов на поверхности первичных преобразователей. Использование такого подхода позволяет создавать бионаноструктурированные материалы, обладающие специфическими свойствами [7, 8]. Использование УНТ и наночастиц металлов обеспечивает необходимое число активных центров, ответственных за аналитический сигнал, что позволяет повысить чувствительность сенсора на биологические активные соединения [9, 10]. Среди биоматериалов особенно можно выделить полисахариды, к числу которых относится хитозан [11]. Хитозан - полисахарид, состоящий из сополимеров глюкозамина и N-ацетил-глюкозамина. Он является полиэлектролитом поликатионного типа, обладает биосовместимостью с ферментами [12-14], прекрасной способностью к пленкообразованию и адгезии, нетоксичен. Сочетание таких качеств позволяет бионаноструктурированным материалам с его участием быть весьма перспективными для модификации различных первичных преобразователей, в частности графитовых печатных электродов. Особо следует отметить возможность применения в качестве модификаторов наночастицы серебра, которые, в отличие от наночастиц золота, использовались до последнего времени заметно реже.
Амитриптилин - один из основных представителей трициклических антидепрессантов I поколения - ингибитор обратного нейронального захвата медиаторных моноаминов, включая дофамин, серотонин, и специфического ингибирования моноаминооксидазы, согласно [15] не вызывает. По характеру действия относится к антидепрессантам с сопутствующим седативным эффектом.
Моклобемид относится уже к антидепрессантам II поколения, который обратимо ингибирует моноаминооксидазу А. Он имеет более широкий спектр анти-депрессантной активности и лучшую по сравнению с трициклическими антидепрессантами переносимость, низкую токсичность, значительно меньшее число побочных эффектов. По характеру действия относится к антидепрессантам с сопутствующим стимулирующим эффектом [16].
Афобазол - неклассический (нетрициклический) селективный анксиолитик, обратимо ингибирует моноаминооксидазу А. Обладает нейропротективными свойствами, что делает его перспективным для применения при широком спектре психических неврологических заболеваний [17].
В основном определение антидепрессантов проводят хроматографически с хромато-масс-спектрометрией и спектрофотометрией. Однако в этих случаях требуется довольно долгая пробоподготовка.
Цель настоящего исследования заключалась в разработке новых амперометрических биосенсоров на основе печатных графитовых электродов, модифицированных многостенными углеродными нанотрубками (МУНТ), наночастицами серебра (НЧ Ag) и иммобилизованной моноаминооксидазы, для контроля содержания антидепрессантов как лекарственных веществ в лекарственных формах.
1. Экспериментальная часть
1.1. Аппаратура и оборудование. В качестве основы для биосенсора использовали планарные печатные графитовые электроды, описываемые как система 3^1 (изготовлены на кафедре аналитической химии Казанского федерального университета), состоящие из рабочего, вспомогательного электродов (графитовые
АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИДЕПРЕССАНТОВ...
39
чернила фирмы Gwent Electronic Materials, США) и электрода сравнения (паста Ag/AgCl), полученные на полимерной подложке методом трафаретной печати. Изучение электрохимического поведения субстратов в присутствии иммобилизованной МАО проводили с помощью потенциостата/гальваностата pAutolab type III (фирма Eco Chemie B.V., Нидерланды). Электрохимическую подготовку поверхности электродов проводили, регистрируя циклические вольтамперограммы в 0.5 М растворе Na2SO4 в течение 10 мин в интервале потенциалов от 0 до 1.0 В при скорости развертки потенциала 100 мВ/с. Для снятия спектров оптического поглощения использовали двухлучевой спектрофотометр марки Lambda 750 (фирма Perkin Elmer, США). Применяли центрифугу марки MiniSpin (фирма Eppendorf, Германия). Для получения дисперсий МУНТ в различных растворителях (ДМФА и хитозане) использовали ультразвуковую (УЗ) ванну модели WUC-A03H фирмы WiseClean с частотой 40 КГц (Корея).
1.2. Реактивы. Для приготовления буферных растворов применяли гидрофосфат натрия (Na2HPO4- 12Н2О) и дигидрофосфат калия (КН2Р042Н2О) марок «ч.» и «ч.д.а» (ЗАО «Лаверна», Россия), фосфатный буферный раствор с pH (7.0 ± 0.2). Значения рН водных растворов определяли рН-метром рН-150 со стеклянным электродом, градуированным по стандартным буферным растворам. Субстратами моноаминооксидазы служили дофамин (фирма «Дофамин-Ферейн», Россия, раствор для инъекций 4%) и серотонин (фирма Sigma-Aldrich, США).
Использовали моклобемид, афобазол, амитриптилин (фирма Sigma-Aldrich, США), их структурные формулы приведены на рис. 1.
2НС1
(1)
(2)
2НС1
нс1 (3)
Рис. 1. Структурные формулы лекарственных веществ: 1 - моклобемид - 4-хлор-^(2-морфолино-4-этил)бензамида дигидрохлорид; 2 - афобазол - 5-этокси-2-[2-(морфолино)-этилтио] бензимидазола дигидрохлорид; 3 - амитриптилин - 5-(3-диметиламино-про-пилиден)-10,11-дигидродибензоциклогептен гидрохлорид
40
Д.В. БРУСНИЦЫН и др.
Рабочие растворы нужной концентрации готовили путем минимального количества последовательных разбавлений их исходных растворов.
Матричным материалом для иммобилизации фермента (МАО) на графитовые электроды, модифицированные МУНТ/НЧ Ag, служил водный раствор бычьего сывороточного альбумина (БСА) (фирма Reanal, Венгрия) или хитозан. Применяли 12.5%-ный водный раствор глутарового альдегида (ГА) фирмы ICN Biomedicals Ins. (США).
Использовали МАО, полученную из печени свиньи (гомогенат), с активностью 0.075 мкм/минмг относительно дофамина.
В качестве модификаторов поверхности применяли МУНТ и наночастицы серебра, полученные непосредственно в растворе [18, 19]. Для получения НЧ Ag применяли водные растворы цитрата калия (К2СбН607 - K2HCit), NaBH4 марки «х.ч.» и хитозан Ci2H24N209 «х.ч.» в 0.5%-ном растворе уксусной кислоте. МУНТ имели внутренний диаметр 10-15 нм (линейные размеры 1-10 мкм) производства Sigma-Aldrich. В качестве растворителей использовали диметил-формамид (ДМФА) [20] марки «х.ч.» и хитозан в 0.5%-ной CH3COOH [21]. Для получения дисперсий МУНТ в растворителях применяли УЗ-ванну.
1.3. Подготовка углеродных нанотрубок. МУНТ очищали от остаточных количеств оксидов переходных металлов, а также аморфного углерода диспергированием в растворах концентрированных кислот в соотношении 1 : 3 (BNO3 : H2SO4) [22] с помощью УЗ-ванны в течение 1-2 ч до получения дисперсии при температуре 75 °С. МУНТ сушили до постоянной массы и взвешивали.
Затем солюбилизировали МУНТ в 0.5%-ном растворе хитозана, растворенного в 2%-ном растворе уксусной кислоты с помощью УЗ-ванны при 30 °С до получения дисперсии. Полученную дисперсию МУНТ в хитозане наносили по 1 мкл на поверхность графитового печатного электрода. Электроды, модифицированные таким способом (СМУНт = 1.0 мг/мл), высушивали при комнатной температуре (20 ± 2 °C) не менее суток.
Однородность образцов используемых для модификации поверхности электродов МУНТ поддерживали периодической (не менее раза в месяц) обработкой в УЗ-ванне.
1.4. Получение биочувствительной части ферментного сенсора. Для получения на поверхность рабочего электрода (модифицированного МУНТ в ДМФА или хитозане, МУНТ/НЧ Ag) наносили смесь, содержащую раствор фермента, водный раствор БСА (для биосенсоров, модифицированных МУНТ в ДМФА или в хитозане) или хитозан (для биосенсоров, модифицированных МУНТ/НЧ Ag), фосфатный буфер без солевого фона (pH 7.5), и 1%-ный водный раствор глутарового альдегида. После энергичного перемешивания на поверхность электродов наносили по 1 мкл этой смеси. Полученные таким образом биосенсоры оставляли на ночь в закрытой чашке Петри при температуре +4 °С. На следующий день биосенсоры промывали водой и после высушивания на воздухе хранили в холодильнике. Полученный биосенсор на основе МАО сохранял каталитическую активность фермента в течение месяца с погрешностью не более 5-6%.
АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИДЕПРЕССАНТОВ...
41
2. Результаты и их обсуждение
Как отмечено выше, согласно литературным данным, примеры использования амперометрических моноаминооксидазных биосенсоров для определения антидепрессантов немногочисленны. Поэтому представляло интерес использовать для улучшения аналитических характеристик при создании целевого биосенсора модификацию трансдьюсеров наноструктурированными материалами: МУНТ в сочетании с биомолекулами (хитозан) и НЧ серебра.
2.1. Природа аналитического сигнала моноаминооксидазных биосенсоров. Моноаминооксидаза как фермент класса аминооксидаз [23] катализирует реакции окислительного дезаминирования моноаминов: серотонина и дофамина. Продуктами реакций окислительного дезаминирования субстратов в присутствии МАО являются соответствующий альдегид, H2O2 и NH3. Биохимическая реакция окислительного дезаминирования моноаминов на примере дофамина протекает по схеме (1):
НО
НО
+ о2 + н2о
nh2
МАО
но
но
+ NH3 + Н202 (1)
О
н
Предлагаемые моноаминооксидазные биосенсоры (МАО-биосенсоры) основаны на сочетании реакции окислительного дезаминирования моноаминов и соответствующей реакции электроокисления одного из продуктов этой реакции, а именно H2O2.
Согласно литературным данным [24], электрохимическое окисление H2O2 протекает по схеме (2):
Н2О2 = О2 + 2Н+ + 2е (2)
Изучение электрохимического поведения дофамина, серотонина и адреналина на графитовых печатных электродах, модифицированных МУНТ/НЧ Ag, показало, что на фоне фосфатного буферного раствора с рН 7.0 на циклических вольтамперограммах в интервале от 0 до 1 В наблюдается анодный пик (рис. 2) окисления субстратов МАО. Пик окисления, наблюдающийся в интервале от 0.15 до 0.55 В, связан с особенностями структуры данных соединений (возможность хинон-хиноидной перегруппировки).
Электрохимическое окисление дофамина протекает по схеме (3):
НО
НО
NH,
- Хс-
+ 2Н+ + 2е (3)
NH,
На МАО-биосенсоре при потенциалах 0.7-0.75 В наблюдается дополнительный пик, который можно отнести к процессу окисления Н2О2, который согласно критерию Семерано (AlgI/ Alg V = 0.29, где I - ток при потенциале пика, мкА, V - скорость наложения потенциала, В/с), контролируется кинетикой электродного процесса.
42
Д.В. БРУСНИЦЫН и др.
Рис. 2. Вольтамперограммы, полученные на МАО-биосенсоре 3-го типа: 1 - 0.07 М фосфатный буферный раствор (pH 7.0); 2 - фосфатный буферный раствор в присутствии 110-3 М дофамина и 110-6 М моклобемида; 3 - то же самое в присутствии 110-7 М моклобемида; 4 - в присутствии 1 • 10-3 М дофамина
2.2. Получение модифицированной МУНТ поверхности графитовых печатных электродов. При разработке амперометрических биосенсоров варьировали количество МУНТ, наносимое на рабочую поверхность электродов методом капельного испарения. Количество МУНТ на поверхности электрода изменяли от 2.5 до 0.5 мкл при концентрации исходного раствора 1 мг/мл в ДМФА или хитозане. Установлено, что максимальная величина тока окисления H2O2 наблюдается при концентрации СМУНТ 1.0 мг/мл и количестве 1 мкл, то есть содержание МУНТ составляло 0.014 мг/см2. Следует отметить, что подобранное количество МУНТ, очевидно, обеспечивает более равномерное покрытие поверхности электрода, что сказывается на воспроизводимости величины токов аналитического сигнала.
2.3. Наночастицы серебра для модификации поверхности графитовых печатных электродов.
а) Получение наночастиц серебра в растворе цитрата калия.
Исходным раствором для получения наночастиц служил раствор AgNO3,
цитрата калия (K2HCit) и NaBH4. Раствор с вышеперечисленными компонентами помещали в УЗ-ванну на 30 мин при температуре 60 °C. Готовый раствор приобретал ярко-желтую окраску, что свидетельствовало о получении коллоидных НЧ серебра [18].
б) Получение наночастиц серебра в растворе хитозана.
Исходным раствором для получения НЧ серебра служил раствор AgNO3 и хитозан. Раствор с вышеперечисленными компонентами помещали в УЗ-ванну на 30 мин при 30 °C. Ярко-желтая окраска полученного раствора свидетельствовала о получении коллоидных НЧ серебра [19].
При сопоставлении различных способов получения НЧ Ag было установлено, что получение НЧ Ag в растворе цитрата калия позволяет получить частицы более однородные по размеру, форме и в большем количестве, чем в уксуснокислом растворе хитозана, что следует из спектров поглощения (рис. 3).
АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИДЕПРЕССАНТОВ...
43
Рис. 3. Спектры поглощения НЧ Ag в хитозане - 1; НЧ Ag в водном растворе в присутствии K2HCit и NaBH4 - 2
В оптических спектрах (рис. 3) наблюдаются плазмонные полосы поглощения с максимумами, характерными для поглощения сферических НЧ серебра в водном растворе в присутствии K2HCit и NaBH при X 395 нм (характерными для размера частиц около 25 нм) и в растворе хитозана при X 441 нм (размер частиц около 10 нм) [19].
Полученные результаты позволили предложить три типа биосенсоров для изучения влияния АД на каталитическую активность МАО:
а) биосенсор 1-го типа - МАО-биосенсор на основе графитовых печатных электродов, модифицированных МУНТ в ДМФА;
б) биосенсор 2-го типа - МАО-биосенсор на основе графитовых печатных электродов, модифицированных МУНТ в хитозане;
в) биосенсор 3-го типа - МАО-биосенсор на основе графитовых печатных электродов, модифицированных МУНТ в хитозане и наночастицами серебра в хитозане (МУНТ/НЧ Ag).
2.4. Изучение влияния антидепрессантов на каталитическую активность иммобилизованных ферментов. Лекарственные соединения, относящиеся к классу АД, оказывают ингибирующее действие на каталитическую активность МАО [25-27]. Изучение влияния исследуемых АД на каталитическую активность иммобилизованной МАО (ИМАО) показало, что ток окисления H2O2 (0.7-0.75 В) линейно зависит от концентрации в диапазоне 1Л0-4 - 1 • 10-8 М. При этом в присутствии АД аналитический сигнал уменьшается (рис. 2), что подтверждает их ингибирующее действие на каталитическую активность ИМАО. Поэтому в качестве аналитического сигнала использовали ток окисления H2O2 как продукта окислительного дезаминирования соответствующих субстратов МАО [26].
Варьирование pH в диапазоне 6.0-8.5 показало, что наилучшие условия для фиксирования аналитического сигнала наблюдаются при рН 7.0 для всех типов биосенсоров. Это связано с тем, что, несмотря на то что наибольшую каталитическую активность ИМАО проявляет в щелочной области, при этих рН имеется
44
Д.В. БРУСНИЦЫН и др.
Табл. 1
Аналитические характеристики различных типов МАО-биосенсоров для определения моклобемида; субстрат - дофамин, cs = 1-10-3 М (п = 5, P = 0.95)
Типы биосенсоров Интервал концентраций, М Уравнение градуировочной зависимости I* = (A ± 5) + (B ± 5) lg C Сн, М
A ± 5 B ± 5 r
Биосенсор 1 -го типа 110-5 - - 110-7 1.2 ± 0.1 3.2 ± 0.3 0.9804 4-10-8
Биосенсор 2-го типа 110-5 - - 1 10-8 8.6 ± 0.7 13.5 ± 0.9 0.9887 9-10-9
Биосенсор 3 -го типа 110-4 - - 1-10 8 10.4 ± 0.9 22.7 ± 0.9 0.9901 6 10-9
I* = (VI0)-100%, где I1 - величина аналитического сигнала (ток) в присутствии ингибитора, I0 - ток в отсутствие ингибитора.
Табл. 2
Аналитические характеристики биосенсора 3 -го типа для определения ингибиторов МАО, интервал рабочих концентраций Г10-4 - 1-10-8 М; cs = 1 •lO3 М (п = 5, P = 0.95)
Лекарственное вещество/ субстрат Уравнение градуировочной зависимости I* = (A ± 5) + (B ± 5) lg C Сн, М
A ± 5 B ± 5) r
Моклобемид/серотонин 35 ± 7 12 ± 1 0.9909 8-10-9
Афобазол/дофамин 11 ± 1 29 ± 3 0.9831 7-10-9
Афобазол/серотонин 17 ± 1 54 ± 5 0.9947 3-10-9
Амитриптилин/до фамин 15 ± 1 47 ± 4 0.9865 4-10-9
Амитриптилин/серотонин 13 ± 1 40 ± 3 0.9918 5-10-9
опасность самопроизвольного окисления биогенных аминов, являющихся субстратами фермента. Поэтому для функционирования разработанных биосенсоров использовали именно рН 7.0.
Сопоставление аналитических возможностей разных типов биосенсоров показало, что лучшие аналитические характеристики наблюдали в случае МАО-биосенсоров 3-го типа, (дисперсия МУНТ/НЧ Ag в хитозане). Предлагаемые биосенсоры 3-го типа имеют ряд преимуществ по сравнению с биосенсорами 1-го типа на основе первичных преобразователей, модифицированных МУНТ в ДМФА и МУНТ в хитозане (табл. 1): в частности, больший по величине аналитический сигнал, лучшие операционные характеристики (сохранение большей величины каталитической активности, более высокая воспроизводимость в параллельных измерениях).
В случае биосенсоров 3-го типа (табл. 2) линейная зависимость тока от концентрации наблюдается в диапазоне 110-4 — 110-8 М и при более низких значениях нижней границы определяемых содержаний (сн) по сравнению с биосенсорами 1 -го и 2-го типов.
Следует отметить, что при модификации поверхности электродов наноструктурированным материалом - МУНТ/НЧ Ag - для МАО-биосенсоров получаются более четко выраженные вольтамперограммы и повышается коэффициент корреляции и коэффициент чувствительности.
АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИДЕПРЕССАНТОВ...
45
Табл. 3
Результаты определения антидепрессантов в лекарственных формах с помощью МАО-биосенсора 3-го типа (п = 5, P = 0.95)
Лекарственный препарат (таблетки) Содержание, указанное в инструкции, мг Найдено, мг Sr
«Аурорикс» , производитель ООО «Ф.Хоффман-Ля Рош», Швейцария 15 ± 1 15.3 ± 0.7 0.047
«Афобазол», производитель ОАО «Фармстандарт-Лексредства», г. Курск, Россия 10.0 ± 0.5 10.5 ± 0.7 0.067
«Амитриптилин», производитель «Зентива а.с.», Словацкая Республика 25.0 ± 0.5 24.7 ± 0.8 0.033
*
Лекарственное вещество, составляющее действующее начало лекарственного препарата «Аурорикс», моклобемид.
Табл. 4
Определение аурорикса (МАО-биосенсор 3-го типа), п = 5, P = 0.95, Аабл = 2.78, Атабл = 6.39
Лекарственный Найдено, мг/мл
препарат, титриметриметрически с помощью биосенсора ^асч 1 расч
нормируемое содержание (х ± Д)-10-2 Sr (х ± Д)-10-2 Sr
Аурорикс, 15 мг (С = 3В0-2 мг/мл) 2.34 ± 0.01 0.0045 2.7 ± 0.1 0.039 1.45 1.82
Определение лекарственного вещества в лекарственных препаратах
Результаты определения лекарственного вещества с антидепрессивным действием в лекарственных формах «Аурорикс», «Афобазол» и «Амитрипти-лин» приведены в табл. 3.
Существование аурорикса в виде дигидрохлорида (см. рис. 1) позволяет использовать метод титриметрии в качестве независимого метода для оценки правильности полученных результатов. Для этого таблетку образца 150 мг растирали, добавляли, перемешивали, центрифугировали и из надосадочной жидкости готовили раствор с концентрацией в диапазоне 1.12^ 10-4 моль/л.
Оценка значений t- и F-критерия (табл. 4) показал, что расхождения между средними результатами определения аурорикса, полученными титриметриче-ски (для концентраций в области 110-4 - 5 10-5М) и с помощью разработанного МАО-биосенсора 3-го типа, незначимы (^асч < Сабл).
Заключение
В качестве модификаторов поверхности графитовых электродов предложено использовать углеродные нанотрубки и наночастицы серебра, полученные разными способами непосредственно в растворе. Модификаторы применяли для конструирования моноаминооксидазных биосенсоров. Среди рассмотренных биосенсоров наилучшие аналитические возможности наблюдаются для биосенсора 3-го типа (углеродные нанотрубки в хитозане и наночастицы серебра
46
Д.В. БРУСНИЦЫН и др.
в хитозане). Разработанные биосенсоры можно применить для контроля содержания антидепрессантов как лекарственных веществ в лекарственных формах.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 12-03-97031-р).
Литература
1. Deepakumari H.N., Vinay K.B., Revanasiddappa H.D. Development and validation of a stability indicating RP-UPLC method for analysis of imipramine hydrochloride in pharmaceuticals // Anal. Chem. - 2013. - V. 2013. - Art. ID 913765, P. 1-10. - doi: 10.1155/2013/913765.
2. Tatar Ulu S. Determination of tianeptine in human plasma using high-performance liquid chromatography with fluorescence detection // J. Chromatorg. B. - 2006. - V. 834, No 1-2. - P. 62-67.
3. Евтюгин Г.А., Медянцева Э.П., Будников Г.К. Биосенсоры для определения лекарственных веществ // Фармацевтический анализ (Серия «Проблемы аналитической химии») / Под ред. Г.К. Будникова, С.Ю. Гармонова. - М.: АГРАМАК-МЕДИА, 2013. - С. 424-469.
4. Машковский М.Д. Лекарственные средства: в 2 т. - М.: Новая Волна, 2002. - Т. 1. -540 с.
5. Budantsev A.Y. Biosensor for catecholamines with immobilized monoamine oxidase in tissue sections // Anal. Chim. Acta. - 1991. - V. 249, No 1. - P. 71-76. - doi: 10.1016/0003-2670(91)87010-5.
6. de Jesus D.S., Couto C.M., Araujo A.N., Montenegro M.C. Amperometric biosensor based on monoamine oxidase (MAO) immobilized in sol/gel film for benzydamine determination in pharmaceuticals // J. Pharm. Biomed. Anal. - 2003. - V. 33, No 5. -P. 983-990.
7. Scida K., Stege P.W., Haby G., Messina G.A., Garda C.D. Recent applications of carbon-based nanomaterials in analytical chemistry: Critical review // Anal. Chim. Acta. -2011. - V. 691, No 1-2. - P. 6-17. - doi: 10.1016/j.aca.2011.02.025.
8. Ansari S.A., Husain Q. Potential applications of enzymes immobilized on/in nano materials: A review // Biotechnol. Adv. - 2012. - V. 30, No 3. - P. 512-523. - doi: 10.1016/j.biotechadv.2011.09.005.
9. Wang H., Zhang Y., Li H., Du B., Ma H., Wu D., Wei Q. A silver-palladium alloy nanoparticle-based electrochemical biosensor for simultaneous detection of ractopamine, clenbuterol and salbutamol // Biosens. Bioelectron. - 2013. - V. 49. - P. 14-19. - doi: 10.1016/j.bios.2013.04.041.
10. Zengin A., Tamer U., Caykara T. Extremely sensitive sandwich assay of kanamycin using surface-enhanced Raman scattering of 2-mercaptobenzothiazole labeled gold@silver nanoparticles // Anal. Chim. Acta. - 2014. - V. 817. - P. 33-41. - doi: 10.1016/j.aca.2014.01.042.
11. Pereira A.G., Muniz E.C., Hsieh Y.-L. Chitosan-sheath and chitin-core nanowhiskers // Carbohydr. Polym. - 2014. - V. 107. - P. 158-166. - doi: 10.1016/j.carbpol.2014.02.046.
12. Croisier F., Jerome C. Chitosan-based biomaterials for tissue engineering // Eur. Polym. J. -2013. - V. 49, No 4. - P. 780-792. - doi: 10.1016/j.eurpolymj.2012.12.009.
13. Larsson M., Huang W.-C., Hsiao M.-H., Wang Y.-J., Nyden M., Chiou S.-H., Liu D.-M. Biomedical applications and colloidal properties of amphiphilically modified chi-tosan hybrids // Prog. Polym. Sci. - 2013. - V. 38, No 9. - P. 1307-1328. - doi: 10.1016/j.progpolymsci.2013.06.009.
АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИДЕПРЕССАНТОВ...
47
14. Shukla S.K., Mishra A.K., Arotiba OA., Mamba B.B. Chitosan-based nanomaterials: A state-of-the-art review // Int. J. Biol. Macromol. - 2013. - V. 59. - P. 46-58. - doi: 10.1016/j.ijbiomac.2013.04.043.
15. Энциклопедия лекарств: ежегод. сб. / Гл. ред. Г.Л. Вышковский. - М.: РЛС-2004, 2004. - 1503 с. (Регистр лекарственных средств России: РЛС).
16. Ушкалова А.В. Современные антидепрессанты: проблемы рационального выбора // Фарматека. - 2006. - № s2-06: Спецвыпуск: Психиатрия, Неврология. - C. 10-20.
17. Середин С.Б., Игнатов Ю.Д., Вислобоков А.И., Мельников К.Н. Влияние анксиоли-тиков афобазола и атаракса на ионные токи нейронов прудовика // Психофармакология и биологическая наркология. - 2005. - Т. 5, № 4. - С. 1061-1070.
18. Sophia J., Muralidharan G. Preparation of vinyl polymer stabilized silver nanospheres for electro-analytical determination of H2O2 // Sens. Actuators B. - 2014. - V. 193. -P. 149-156. - doi: 10.1016/j.snb.2013.11.083.
19. de Lima C.A., da Silva P.S., Spinelli A. Chitosan-stabilized silver nanoparticles for volt-ammetric detection of nitrocompounds // Sens. Actuators B. - 2014. - V. 196. - P. 3945. - doi: 10.1016/j.snb.2014.02.005.
20. Kim S. W., Kim T., Kim Y.S., Choi H.S., Lim H.J., Yang S.J., Park C.R. Surface modifications for the effective dispersion of carbon nanotubes in solvents and polymers // Carbon. -2012. - V. 50, No 1. - P. 3-33. - doi: 10.1016/j.carbon.2011.08.011.
21. Lin J., He C., Zhao Y., Zhang S. One-step synthesis of silver nanoparticles/carbon nano-tubes/chitosan film and its application in glucose biosensor // Sens. Actuators B. - 2009. -V. 137, No 2. - P. 768-773. - doi: 10.1016/j.snb.2009.01.033.
22. Раков Э.Г. Нанотрубки и фуллерены. - М.: Унив. кн., 2006. - 235 с.
23. ГоркинВ.З. Аминоксидазы и их значение в медицине. - М.: Медицина, 1981. - 336 с.
24. Медянцева Э.П., Варламова Р.М., Гималетдинова ДА., Фаттахова А.Н., Будников Г.К. Амперометрический моноаминоксидазный биосенсор для определения некоторых антидепрессантов // Журн. аналит. химии. - 2008. - Т. 63, № 3. - С. 302-307.
25. Медянцева Э.П., Варламова Р.М., Гималетдинова Д.А., Фаттахова А.Н., Будников Г.К. Условия функционирования амперометрического биосенсора на основе моноаминоксидазы // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. - 2006. - Т. 148, кн. 2. - С. 21-29.
26. Брусницын Д.В., Медянцева Э.П., Варламова Р.М., Байбатарова М.А. Новые амперометрические моноаминооксидазные биосенсоры на основе модифицированных многослойными и однослойными углеродными нанотрубками электродов для определения антидепрессантов // Вестн. Казан. технол. ун-та. - 2012. - № 13. - С. 125-128.
27. Медянцева Э.П., Брусницын Д.В., Сафарова Л.М., Варламова Р.М., Тарасова Е.Ю., Сахапова Г.Р., Бабкина С.С., Будников Г.К. Аналитические возможности новых амперометрических биосенсоров в определении лекарственных препаратов разного терапевтического действия // Новые химико-фармацевтические технологии: Сб. науч. тр. - М., 2012. - Вып. 184. - С. 143-148.
Поступила в редакцию 02.04.14
Брусницын Даниил Владимирович - аспирант кафедры аналитической химии, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия.
E-mail: brussman@mail.ru
48
Д.В. БРУСНИЦЫН и др.
Медянцева Эльвина Павловна - доктор химических наук, профессор кафедры аналитической химии, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия.
E-mail: Elvina.Medyantseva@kpfu.ru
Варламова Регина Марковна - кандидат химических наук, заведующий лабораторией кафедры аналитической химии, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия.
E-mail: Regina. Varlamova@kpfu.ru
Максимов Александр Александрович - студент кафедры аналитической химии, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия.
Фаттахова Альфия Нурлимановна - кандидат биологических наук, доцент кафедры биохимии, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия.
E-mail: afattakh@rambler.ru
Будников Герман Константинович - доктор химических наук, профессор кафедры аналитической химии, Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, Россия.
E-mail: Herman.Budnikov@kpfu.ru
■к -к -к
AMPEROMETRIC DETERMINATION OF ANTIDEPRESSANTS USING MONOAMINE OXIDASE AMPEROMETRIC BIOSENSORS BASED ON SCREEN-PRINTED ELECTRODES WITH MULTI-WALLED CARBON NANOTUBES AND NANOPARTICLES OF SILVER
D. V. Brusnitsyn, E.P. Medyantseva, R.M. Varlamova, A.A. Maksimov,
A.N. Fattakhova, H.C. Budnikov
Abstract
Amperometric biosensors based on screen-printed graphite electrodes modified with multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), nanoparticles of silver and immobilized monoamine oxidase (MAO) were developed for the determination of antidepressants (moklobemid, afobazol, and amitriptyline). The antidepressants were established to demonstrate MAO inhibition activity. The analytical characteristics of the proposed biosensors and biosensors based on screen-printed electrodes modified by MWCNT dispersion in dimethylformamide or chitosan were compared. The developed amperometric biosensors were used to determine active components in the pharmaceuticals.
Keywords: amperometric biosensor, monoamine oxidase, multi-layer carbon nanotubes, silver nanoparticles, antidepressant, moclobemide, afobazole, amitriptyline.
References
1. Deepakumari H.N., Vinay K.B., Revanasiddappa H.D. Development and validation of a stability indicating RP-UPLC method for analysis of imipramine hydrochloride in pharmaceuticals. Anal. Chem, 2013, vol. 2013, Art. ID 913765, pp. 1-10. doi: 10.1155/2013/913765.
2. Tatar Ulu S. Determination of tianeptine in human plasma using high-performance liquid chromatography with fluorescence detection. J. Chromatorg. B, 2006, vol. 834, no. 1-2, pp. 62-67.
3. Evtyugyn G.A., Medyantseva E.P., Budnikov H.C. Biosensors for the determination of pharmaceuticals. Pharmaceutical analysis (Series "Problems of Analytical Chemistry"), ed. by H.C. Budnikov, S.Yu. Garmonov. Moscow, AGRAMAK-MEDIA, 2013, pp. 424-469. (In Russian)
4. Mashkovskii M.D. Medications: In 2 vols. Moscow, Novaya Volna, 2002, vol. 1. 540 p. (In Russian)
5. Budantsev A.Y. Biosensor for catecholamines with immobilized monoamine oxidase in tissue sections. Anal. Chim. Acta, 1991, vol. 249, pp. 71-76. doi: 10.1016/0003-2670(91)87010-5.
АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИДЕПРЕССАНТОВ...
49
6. de Jesus D.S., Couto C.M., Araujo A.N., Montenegro M.C. Amperometric biosensor based on monoamine oxidase (MAO) immobilized in sol/gel film for benzydamine determination in pharmaceuticals. J. Pharm. Biomed. Anal., 2003, vol. 33, no. 5, pp. 983-990.
7. Scida K., Stege P.W., Haby G., Messina G.A., Garda C.D. Recent applications of carbon-based nanomaterials in analytical chemistry: Critical review. Anal. Chim. Acta, 2011, vol. 691, nos. 1-2, pp. 6-17. doi: 10.1016/j.aca.2011.02.025.
8. Ansari S.A., Husain Q. Potential applications of enzymes immobilized on/in nano materials: A review. Biotechnol. Adv., 2012, vol. 30, no. 3, pp. 512-523. doi: 10.1016/j.biotechadv.2011.09.005.
9. Wang H., Zhang Y., Li H., Du B., Ma H., Wu D., Wei Q. A silver-palladium alloy nanoparticle-based electrochemical biosensor for simultaneous detection of ractopamine, clenbuterol and salbut-amol. Biosens. Bioelectron., 2013, vol. 49, pp. 14-19. doi: 10.1016/j.bios.2013.04.041.
10. Zengin A., Tamer U., Caykara T. Extremely sensitive sandwich assay of kanamycin using surface-enhanced Raman scattering of 2-mercaptobenzothiazole labeled gold@silver nanoparticles. Anal. Chim. Acta, 2014, vol. 817, pp. 33-41. doi: 10.1016/j.aca.2014.01.042.
11. Pereira A.G., Muniz E.C., Hsieh Y.-L. Chitosan-sheath and chitin-core nanowhiskers. Carbohydr. Polym, 2014, vol. 107, pp. 158-166. doi: 10.1016/j.carbpol.2014.02.046.
12. Croisier F., Jerome C. Chitosan-based biomaterials for tissue engineering. Eur. Polym. J., 2013, vol. 49, no. 4, pp. 780-792, doi: 10.1016/j.eurpolymj.2012.12.009.
13. Larsson M., Huang W.-C., Hsiao M.-H., Wang Y.-J., Nyden M., Chiou S.-H., Liu D.-M. Biomedical applications and colloidal properties of amphiphilically modified chitosan hybrids. Prog. Polym. Sci., 2013, vol. 38, no. 9, pp. 1307-1328. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2013.06.009
14. Shukla S.K., Mishra A.K., Arotiba O.A., Mamba B.B. Chitosan-based nanomaterials: A state-of-the-art review. Int. J. Biol. Macromol., 2013, vol. 59, pp. 46-58. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2013.04.043.
15. Encyclopaedia of Drugs: Ann. Collect. (Register of Medicines of Russia), ed. by G.L. Vyshkovskii. Moscow, RLS-2004, 2004. 1503 p. (In Russian)
16. Ushkalova A.V. Modern Antidepressants: The Problems of Rational Choice. Farmateka, 2006, no. s2-06 (Special Issue. Psychiatry, Neurology), pp. 10-20. (In Russian)
17. Seredin S.B., Ignatov Yu.D., Vislobokov A.I., Melnikov K.N. Effect of afobazole anxiolytics and atarax on the ion currents of neurons of a pond snail. Psikhofarmakologiya i biologicheskaya narkologiya, 2005, vol. 5, no. 4, pp. 1061-1070. (In Russian)
18. Sophia J., Muralidharan G. Preparation of vinyl polymer stabilized silver nanospheres for electroanalytical determination of H2O2. Sens. Actuators B, 2014, vol. 193, pp. 149-156. doi: 10.1016/j.snb.2013.11.083.
19. de Lima C.A., da Silva P.S., Spinelli A. Chitosan-stabilized silver nanoparticles for voltammetric detection of nitrocompounds. Sens. Actuators B, 2014, vol. 196, pp. 39-45. doi: 10.1016/j.snb.2014.02.005.
20. Kim S.W., Kim T., Kim Y.S., Choi H.S., Lim H.J., Yang S.J., Park C.R. Surface modifications for the effective dispersion of carbon nanotubes in solvents and polymers. Carbon, 2012, vol. 50, no. 1, pp. 3-33. doi: 10.1016/j.carbon.2011.08.011.
21. Lin J., He C., Zhao Y., Zhang S. One-step synthesis of silver nanoparticles/carbon nanotubes/chitosan film and its application in glucose biosensor. Sens. Actuators B, 2009, vol. 137, no. 2, pp. 768-773. doi: 10.1016/j.snb.2009.01.033.
22. Rakov E.G. Nanotubes and Fullerenes. Moscow, Univ. kniga, 2006. 235 p. (In Russian)
23. Gorkin V.Z. Amine Oxidases and Their Importance in Medicine. Moscow, Meditsina, 1981. 336 p. (In Russian)
24. Medyantseva E.P., Varlamova R.M., Gimaletdinova D.A., Fattakhova A.N., Budnikov G.K., An amperometric monoamine oxidase biosensor for determining some antidepressants. J. Anal. Chem., 2008, vol. 63, no. 3, pp. 275-279.
25. Medyantseva E.P., Varlamova R.M., Gimaletdinova D.A., Fattakhova A.N., Budnikov H.C. Conditions for the functioning of an amperometric biosensor based on monoamine oxidase. Uchenye Zapiski Kazanskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2006, vol. 148, no. 2, pp. 21-29. (In Russian)
26. Brusnitsyn D.V., Medyantseva E.P., Varlamova R.M., Baibatarova M.A. New amperometric monoamine oxidase biosensors based on modified multi-layer and single-layer carbon nanotubes of
50
Д.В. БРУСНИЦЫН и др.
electrodes for determining antidepressants. Vestn. Kazan. Tekhnol. Univ., 2012, no. 13, pp. 125128. (In Russian)
27. Medyantseva E.P., Brusnitsyn D.V., Safarova L.M., Varlamova R.M., Tarasova E.Yu., Sakhapova G.R., Babkina S.S., Budnikov H.C. Analytical capabilities of novel amperometric biosensors in the determination of pharmaceuticals of different therapeutic effect. Novye khimiko-farmatsevticheskie tekhnologii. Sb. nauch. trudov [New Chemical and Pharmaceutical Technologies: Collection of Sci. Papers]. Moscow, 2012, Issue 184, pp. 143-148. (In Russian)
Received April 2, 2014
Brusnitsyn Daniil Vladimirovich - PhD Student, Department of Analytical Chemistry, Kazan Federal University, Kazan, Russia.
E-mail: brussman@mail.ru
Medyantseva Elvina Pavlovna - Doctor of Chemistry, Professor, Department of Analytical Chemistry, Kazan Federal University, Kazan, Russia.
E-mail: Elvina.Medyantseva@ksu. ru
Varlamova Regina Markovna - PhD in Chemistry, Head of Laboratory, Department of Analytical Chemistry, Kazan Federal University, Kazan, Russia.
E-mail: Regina. Varlamova@ksu.ru
Maksimov Aleksandr Aleksandrovich - Student, Department of Analytical Chemistry, Kazan Federal University, Kazan, Russia.
Fattakhova Alfiya Nurlimanovna - PhD in Biology, Associate Professor, Department of Biochemistry, Kazan Federal University, Kazan, Russia.
E-mail: afattakh@rambler.ru
Budnikov Herman Constantinovich - Doctor of Chemistry, Professor, Department of Analytical Chemistry, Kazan Federal University, Kazan, Russia.
E-mail: Herman.Budnikov@kpfu.ru
