CC BY
42
ХИМИЯ
УДК 543.554.61
СЕНСОРЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОДЕРЖАНИЯ ЦЕФИКСИМА В РОТОВОЙ ЖИДКОСТИ И СУСПЕНЗИИ «СУПРАКС»
О. И. Кулапина1, Н. М. Макарова2
Саратовский государственный медицинский университет 2Саратовский государственный университет E-mail: [email protected]
Разработаны новые потенциометрические сенсоры на основе органических ионо-обменников цефиксим - диметилдистеариламмоний, чувствительные к цефиксиму. Определены их основные электроаналитические характеристики: интервал линейности электродных функций составляет 1-10-5 - 1-10-2 М, угловой коэффициент 28 ± 2, СЭАК = (3,11; 3,87%), время отклика 60-90 с; дрейф потенциала 2-4 мВ/сут; срок службы 3 мес. Показана возможность применения сенсоров для ионометри-ческого определения цефиксима в лекарственном препарате «Супракс» и жидкости ротовой полости.
Ключевые слова: цефиксим, ротовая жидкость, суспензия «Супракс», сенсоры.
Potentiometric Sensors to Control the Content Cefixime in Oral Fluid and Suspension «Supraks»
O. I. Kulapina, N. M. Makarova
New potentiometric sensors based on organic ion exchangers cefixime - dimethylstearylam-monium sensitive to cefixime were elaborated. Their main electroanalytical characteristics (range of linearity of electrode functions is 110-5 - 110-2 M, the slope of electrode functions is 28 ± 2, the concentrations of electrode active compound are 3.11, 3.87%, response time is 60-90 s.; drift of potential is 4.2 mV/day, sensor's life is 3 months) were determined. The possibility of the sensors application for the cefixime ionometric determination in the pharmaceutical «Supraks» and oral fluid was shown. Key words: cefixime, oral fluid, suspension «Supraks», potentiometric sensors.
Введение
В настоящее время актуальной проблемой является осуществление лекарственного мониторинга, который обеспечивает выбор адекватной индивидуальной дозы и схемы применения антибиотиков для повышения эффективности и безопасности лечения.
Одним из наиболее эффективных химиотерапевтических средств современной медицины является цефиксим, цефалоспори-новый антибиотик III поколения, обладающий широким спектром активности в отношении грамотрицательных бактерий. Применяется при лечении инфекций мочевыводящих путей, пиелонефрита легкой и средней тяжести, острого отита у детей и др. [1, 2].
Основными методами определения цефиксима в лекарственных и биологических средах являются спектроскопические [3-5] и вольтамперометрические методы анализа [6, 7]. Потенциометри-
© Кулапина О. И, Макарова Н. М., 2014
Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2014. Т. 14, вып. 3
ческие сенсоры позволяют проводить экспрессное определение различных веществ, в том числе и в микрообъемах проб. В литературе описаны потенциометрические сенсоры, чувствительные к некоторым в - лактамным антибиотикам [8].
Эффективность лечения в значительной степени зависит от индивидуального восприятия препарата организмом, степени накопления вещества органами и тканями, а также времени распада антибиотика в организме. Экспрессное и точное количественное определение цефиксима в биологических жидкостях организма необходимо для оценки физиологических и биохимических процессов, протекающих в результате его метаболизма в организме, для корректировки и оптимизации курса лечения.
В последнее время все большее внимание привлекают простые, безболезненные, не-инвазивные методы исследования, такие как саливадиагностика. Смешанная слюна (ротовая жидкость - ЖРП) обладает огромным спектром свойств, что позволяет применить данную биологическую жидкость для исследования различных патологических состояний. Существует выраженная связь между характеристиками слюны и параметрами крови [9,10].
В настоящей работе для экспрессного определения цефиксима в ротовой жидкости и суспензии «Супракс» предложены потен-циометрические сенсоры на основе ионных ассоциатов цефиксима с катионами диметилдис-теариламмония (ДМДСА).
Экспериментальная часть
В работе использовался цефиксим (Cefix) фармакопейной чистоты (гранулы). Цефиксим: коммерческое название препарата: «Супракс», фирма-производитель: Гедеон Рихтер, Москва.
110-2 М раствор цефиксима готовят путём растворения навески препарата в небольшом количестве дистиллированной воды, фильтруют, полученный раствор переносят в мерную колбу вместимостью 25 мл и доводят до метки дистиллированной водой. Рабочие растворы концентрацией 110-2-110-5 М готовят последовательным разбавлением исходного.
В качестве электродноактивных веществ (ЭАВ) сенсоров применяют ионные ассоциаты цефиксима с катионами диметилдистеарилам-мония (ДМДСА).
С17Н35Ч+/СН3 С17Н35 СНз
С1
Синтез ЭАВ осуществляется по реакции обмена, представленной на схеме
Cefix2-+[(CHз)2(Cl7Hз5)2N]+
■ [(С^МС^^ •
• Cefix2
В делительную воронку помещают 110-2 М раствор ДМДСА в хлороформе и водный 110-2 М раствор цефиксима. Соотношение компонентов 1:2. Смесь встряхивают в течение двух часов, хлороформный слой отделяют от водной фазы в предварительно взвешенный бюкс и испаряют хлороформ на водяной бане при температуре 50-60 °С.
В качестве инертной матрицы для изготовления мембран используют поливинилхлорид (ПВХ) марки С-70, растворитель-пластификатор - дибутилфталат (ДБФ).
Приготовление пластифицированных мембран осуществляют по следующей методике: навески электродноактивного вещества растворяют в дибутилфталате при непрерывном перемешивании, затем добавляют циклогексанон и поливинилхлорид, смесь тщательно перемешивают до полной гомогенизации. После чего смесь выливают в чашку Петри и оставляют на воздухе до полного удаления циклогексанона. Получают эластичные и прозрачные мембраны толщиной порядка 0,5 мм. Соотношение поливинилхлорид: дибутилфталат = 1:3, СЭАВ = 3,11 - 3,87%.
В работе использовались сенсоры с пластифицированными мембранами с жидкостным заполнением; внутренний раствор: 110-2 М цефиксим и 110-1 М хлорид натрия (1:1). Перед работой электроды кондиционируют в 10-3 М растворе цефиксима в течение суток.
Электрохимические характеристики изучают методом ЭДС с использованием элемента с переносом:
Л§,Л§С1,КС1нас//исслед.раствор/мембрана/ внутр.раствор/Л§С1,Л§.
ЭДС цепи измеряют с использованием иономера И-130 М; погрешность измерения ЭДС ±1 мВ; электрод сравнения - хлоридсеребря-ный ЭВЛ-1МЗ.
Спектрофотометрические исследования проводят на спектрофотометре ShimadzuUV-1800 в кварцевых кюветах l = 1см; белковые компоненты из смешанной слюны отделяют с помощью центрифуги ЦЛК-1.
Для исследования транспортных свойств мембран при постоянном токе использована четырехэлектродная схема, состоящая из пары платиновых (токопроводящих) и пары хлорид-серебряных (регистрирующих) электродов.
Удельную электропроводность (%, См/см) рассчитывают по формуле
X = d/n •r2/RM ,
^ м '
где d - толщина мембраны, см; r - радиус мембраны, см.
Исследования ротовой жидкости проводились для групп здоровых добровольцев (n = 8, средний возраст 21±2 года).
Результаты и их обсуждение
Спектрофотометрически были исследованы водные растворы цефиксима; установлено, что = 289 нм (рис. 1). Кислотность
7 max чх у
свежеприготовленных водных растворов изменяется с разбавлением (от 2,19 до 5,04), что проявляется на спектрах поглощения.
оптическои плотности, что, вероятно, связано с изменениями состояния цефиксима в исследуемых средах (рис. 2).
Рис. 1. Спектры поглощения водных растворов цефиксима при различных концентрациях, мкг/мл: 1 - 40,00; 2 - 26,67;
3 - 10,00; 4 - 3,33
Цефиксим - амфотерный антибиотик с карбоксильной и аминотиазольной группами. Слабоосновный атом азота тиазольного цикла способен присоединять протон. Антибиотик существует в виде катиона (в сильнокислой среде), цвиттер-иона (в слабокислой) или аниона (в нейтральной и щелочной средах) [11].
На фоне жидкости ротовой полости происходит сдвиг А, х до 292 нм и уменьшение
Рис. 2. Спектры поглощения цефиксима на фоне смешанной слюны практически здорового человека, мкг/мл: 1 - 50; 2 - 40; 3 - 33,33; 4 - 16,67; 5 - 6,66
Зависимость ЭДС от концентрации цефиксима выполняется в интервале 110-5 - 110-2 М, угловой коэффициент 28±2 мВ/рс, что соответствует переносу на границе раздела мембрана-раствор двухзарядных анионов.
Потенциалопределяющей является реакция ионного обмена на границе мембрана/раствор. Диссоциация ионообменника происходит в фазе мембраны:
Cefix2- • 2ДМДСА+ ^ Cefix2- + 2ДМДСА+ (диссоциация ионообменника в фазе мембраны),
СеАх22~ о Се^гх2р
Е = Е0 - °.°59/П • \gCcefix ■
Поскольку кислотность водных растворов цефиксима изменилась с разбавлением от 2,19 (10-3 М) до 5,04 (10-6 М), электродные функции снимают при фиксированном значении рН =6,00, при этом увеличивается интервал линейности электродных функций 110-6 - 110-2 М и снижается предел обнаружения цефиксима до 5 10-7 М. Дрейф потенциала сенсоров составил 2-4 мВ/сут; срок службы 3 мес.
С целью получения некоторых данных о транспорте ионов в мембранах на основе Cefix-ДМДСА определены зависимости сопротивления мембран - время при различных концентрациях внешних растворов цефиксима, контактирующих с мембраной.
Для исследуемых мембран наблюдается уменьшение стационарного сопротивления с
__Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Химия. Биология. Экология. 2014. Т. 14, вып. 3
увеличением концентрации антибиотиков во возрастанием концентрации подвижных но-
внешнем растворе (рис. 3), что может быть сителей зарядов в мембранной фазе. Стаци-
связано также с увеличением количества пог- онарное сопротивление мембран составляет
лощаемых ионов из раствора и, следовательно, 1,6 МОм.
К. К 1.2 -
1.0 -
0.8 -
0.6
Ом
0
50
100
150
200
25м t, мин
Рис. 3. Зависимость сопротивления мембран от времени при смене полярности при различной концентрации растворов цефиксима, М:
1 - 110-3; 2 - 110-4; Сэак = 2,0%
Для потенциометрических сенсоров на основе ионного ассоциата цефиксим-диметил-дистеариламмоний коэффициенты потенцио-метрической селективности (Ксел) определяют по отношению к антибиотикам своей группе и к анионам, входящим в состав жидкости ротовой полости, методами смешанных растворов и биионных потенциалов.
Коэффициенты потенциометрической селективности к цефуроксиму, цефалексину при совместном присутствии с цефиксимом близки к 1, что свидельствует о возможности использования сенсоров для определения индивидуальных антибиотиков или их суммарного содержания. Значения К^ к ряду неорганических ионов С1-,
г т т^ У—V _ О--^
позволяет
Бг-, НС03-, Н2Р04
НР042-
3042-
использовать данные сенсоры для определения
пот
цефиксима в биологических жидкостях (К^ = = п10-2 - п10-1 М).
Оценка возможности применения сенсоров в анализе биосред
Исследовано поведение сенсоров в пробах ЖРП с внесёнными добавками цефиксима.
Пробу ЖРП практически здоровых лиц отбирают спустя 1-2 ч после приема пищи, перед сбором ротовую полость ополаскивали водой. Смешанную слюну центрифугируют в течение 15 мин при 3500 об/мин; Сенсор предварительно кондиционируют в ЖРП практически здорового человека в течение 20-30 мин.
Отбирают 0,3 мл водных 110-6 - 110-2 М растворов цефиксима, до 3 мл разбавляют ЖРП, помещают в электрохимическую ячейку, измеряют ЭДС с индикаторным и хлоридсеребряным электродами.
Показано, что сенсоры проявляют линейную зависимость Е, мВ/рС в растворах цефиксима на фоне ЖРП в интервале 110-2 - 110-4 М, угловой коэффициент электродных функций составляет 28±3 мВ/рС (рис. 4).
Е, мВ
170
150
130
110 -
90
Рис. 4. Электродные функции сенсора на основе Се/Их - ДМДСА на фоне смешанной слюны: 1-й день (1); 2-й день (2); С = 3,11%
Определение основного вещества в суспензии «Супракс»
Навеску сухого цефиксима растворяют в мерной колбе объемом 25 мл (концентрация антибиотика 110-2 М). Растворы 110-2 - 110-5 М готовят из 110-2 М раствора последовательным разбавлением в мерных колбах вместимостью 25 мл. Проводят измерение ЭДС с индикаторным и хлоридсеребряным электродами.
Для приготовления трех проб суспензии, разведенной в январе 2013 г., различных концентраций отбирают 1; 1,5 и 2 мл суспензии, помещают в мерные колбы вместимостью 25 мл, до метки доводят дистиллированной водой. Проводят измерение ЭДС с индикаторным и хлоридсеребряным электродами.
По зависимости ЭДС от отрицательного логарифма концентрации стандартного свежеприготовленного раствора цефиксима определяют концентрацию цефиксима в суспензии. Расчет содержания цефиксима в суспензии проводят по формуле
С -М-25
^ 1000
где m - масса цефиксима в суспензии, г; Сх -концентрация цефиксима, найденная по гра-дуировочному графику; М - молярная масса цефиксима; VM - объем аликвоты, мл.
Таким образом, предложенные сенсоры позволяют определять цефиксим в жидкости ротовой полости и основное вещество в суспензии «Супракс», что особенно важно из-за ограниченного срока ее хранения. Сенсоры можно использовать для определения антибиотиков в мутных растворах.
Список литературы
1. Машковский М. Д. Лекарственные средства. М. : Новая Волна, 2006. 1216 с.
2. Савельев В. С., Гельфанд Б. Р. Антибактериальная терапия абдоминальной хирургической инфекции. М. : Т-Визит, 2003. 185 с.
3. Ahmed A. S. M., Elbashir A. A., Aboul-Enein H. Y. New spectrophotometric method for determination of cephalosporins in pharmaceutical formulations //Arab. J. of Chem. 2011. Vol. 76. P. 332-346.
4. El-Shaboury S. R., Mohamed F. A., Saleh G. A Analysis of cephalosporin antibiotics // Natural Science. 2007. Vol. 45, № 1. Р. 1-8.
5. Shah J., Rasul M. J., Shah S. Investigation of new indirect spectrophotometric method for the determination of carbofuran in carbamate pesticides // Chemosphere. 2011. Vol. 21, № 2. Р. 579-583.
6. Jain R., Gupta V. K., Jadon N., Radhapyari K. Voltam-metric determination of cefixime in pharmaceuticals and biological fluids // Anal. Biochem. 2010. Vol. 407, № 1. Р. 79-88.
7. OjaniR., Raoof J.-B., ZamaniS. A novel sensor for cepha-losporins based on electrocatalytic oxidation by poly(o-anisidine)/SDS/Ni modified carbon paste electrode // Bioelectrochemistry. 2010. Vol. 81, № 4-5. Р. 1522-1528.
8. Кулапина Е. Г., Макарова Н. М., Кулапина О. И., Утц И. А., Барагузина В. В. Потенциометрические сенсоры с пластифицированными поливинилхлоридными мембранами, селективные к антибиотикам пеницил-линового ряда : свойства, применение // Мембраны и мембранные технологии. 2011. Т. 1, № 4. С. 243-254.
9. Коротько Г. Ф. Секреция слюнных желез и элементов саливадиагностики. М. : Изд-во РАЕН, 2006. 195 с.
10. Стародубцев А. К., Золкина И. В., Кондратенко С. Н., Белякова Г. А. Изучение фармакокинетики пентокси-филлина по динамике его распределения в крови и слюне здоровых добровольцев // Хим. фарм. журн. 2008. Т. 42, № 1. С. 3-5.
11. Алексеев В. Г. Бионеорганическая химия пенициллинов и цефалоспоринов. Тверь : Твер. гос. ун-т, 2009. 104 с.
