Комплексы редкоземельных элементов в биосистемах с комплексонами, гепарином, антибиотиками для применения в качестве электродактивного вещества мембранных ионселективных электродов

Цели. В настоящее время остро стоит вопрос сохранения благоприятной экологической обстановки на планете, поэтому интересны работы по созданию ионселективных электродов (ИСЭ) на базе комплексов редкоземельных элементов (РЗЭ) в экологически безопасных биосистемах. Цель работы — изучить возможности использования комплексов РЗЭ для создания ИСЭ с откликом на цефазолин. Создаваемые потенциометрические сенсоры позволят проводить экспрессное определение антибиотиков в микрообъемных пробах.

Методы. В работе реализован синтез электродактивных комплексов РЗЭ с цефазолином. Для идентификации полученных электродактивных веществ и изучения их физико-химических характеристик использованы элементный анализ с помощью растрового электронного микроскопа, инфракрасная спектроскопия, синхронный термический анализ и потенциометрия.

Результаты. Получены ранее не исследованные комплексы церия и лютеция с цефазолином с целью их использования в качестве электродактивного вещества для создания ИСЭ. Изучены их физико-химические характеристики. Для созданных ИСЭ исследованы их эксплуатационные характеристики, зависимость электродных потенциалов от концентрации аналита, а также изучены стабильность созданных ИСЭ и время отклика сигнала электрода, помещенного в исследуемую пробу. Созданные мембранные электроды стабильны, имеют концентрационный диапазон эксплуатации pC 1–3 и могут быть использованы в диапазоне рН 4–8. Проверка селективности ИСЭ по отношению к ионам Na⁺ и K⁺ показала, что электроды эффективны даже при их тысячекратном присутствии. Работоспособность электродов проверена на модельных объектах.

Выводы. Показано, что впервые созданные комплексы РЗЭ с цефазолином могут успешно использоваться в качестве электродактивных веществ для изготовления мембранных ИСЭ на цефалоспориновые антибиотики.

1. Менделеев Д.И. Основы химии. Т. 2. М.: Госиздат; 1928. 771 с.

2. Burdzy K., Ju Y., Kołodyńska D. Iminodisuccinic acid (IDHA) as an effective biodegradable complexing agent in the adsorption process of La(III), Nd(III) and Ho(III) ions. Chem. Eng. J. 2023;461:142059. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142059

3. Аксела Р., Риссанен Ю. Способ получения смеси хелатирующих агентов: пат. 2551285 РФ. Заявка № 2012154341/04; заявл. 20.07.2014; опубл. 20.07.2015. Бюл. № 14.

4. Cokesa Z., Knackmuss H.J., Rieger P.G. Biodegradation of all stereoisomers of the EDTA substitute iminodisuccinate by Agrobacterium tumefaciens BY6 requires an epimerase and a stereoselective C-N lyase. Appl. Environ. Microbiol. 2004;70(7):3941–3947. https://doi.org/10.1128/AEM.70.7.3941-3947.2004

5. Hyvönen H., AkselaR. Complexation of some environmentally friendly carboxylic acid ligands with La3+ ion in aqueous solution. J. Coord. Chemistry. 2012;65(19):3352–3362. https://doi.org/10.1080/00958972.2012.708741

6. Hyvönen H., AkselaR. Complexation of some environmentally friendly carboxylic acid ligands with La3+ ion in aqueous solution. J. Coord. Chemistry. 2012;65(19):3352–3362. https://doi.org/10.1080/00958972.2012.708741

7. Смирнова Т.И., Хижняк С.Д., Никольский В.М., Халяпина Я.М., Пахомов П.М. Деградация комплексонов, производных янтарной кислоты, под действием УФ излучения. Журн. прикладной химии. 2017;90(4):406–411.

8. Lucena J.J., Sentís J.A., Villén M., Lao T., Pérez-Sáez M. IDHA chelates as a micronutrient source for green bean and tomato in fertigation and hydroponics. Agron. J. 2008;100(3): 813–818. https://doi.org/10.2134/agronj2007.0257

9. Аксела Р., Пелтонен Я., Векман А. Покрытые семена и способ нанесения покрытий на семена: пат. 2345975 РФ. Заявка № 2006101152/13; заявл. 03.06.2004; опубл. 10.02.2009. Бюл. № 4.

10. Зелингер А.С., Толкачева Л.Н., Крюков Т.В., Гридчин С.Н., Никольский В.М., Смирнова Т.И. Способ предпосевной обработки семян для стимулирования образования зеленых пигментов: пат. 2813322 РФ. Заявка № 2023120906; заявл. 09.08.2023; опубл. 12.02.2024. Бюл. № 5.

11. Саламатина Е.В., Толкачева Л.Н., Никольский В.М., Крюков Т.В., Гридчин С.Н., Смирнова Т.И. Способ увеличения биомассы культивируемых зеленных растений с помощью предпосевной обработки семян и обработки всходов: пат. 2816872 РФ. Заявка № 2023121096; заявл. 11.08.2023; опубл. 08.04.2024. Бюл. № 10.

12. Корнилов А.Д., Григорьев М.С., Савинкина Е.В. Сравнение иодидов и полииодидов комплексов редкоземельных элементов с биуретом. Тонкие химические технологии. 2022;17(2):172–181. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2022-17-2-172-181

13. Скобин М.И., Феофанова М.А., Никольский В.М., Крюков Т.В., Алексеев В.Г., Иванова А.И. Физикохимические характеристики, состав и термическая устойчивость комплекса неодима(III) с гепарином. Хим. физика. 2022;41(4):38–34. https://doi.org/10.31857/S0207401X22040100

14. СкобинМ.И., ФеофановаМ.А., КрюковТ.В. Теоретическое и экспериментальное исследование макромолекулярных наноструктур на основе гепарина и лантаноидов. Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2021;13:513–521. https://doi.org/10.26456/pcascnn/2021.13.513

15. Крюков Т.В., Феофанова М.А., Никольский В.М., Алексеев В.Г., Скобин М.И., Иванова А.И. Синтез и исследование металлокомплекса неодима и цефазолина. Журн. физ. химии. 2022;96(6):871–874. https://doi.org/10.31857/S0044453722060139

16. Кулапина Е.Г., Снесарев С.В. Потенциометрические сенсоры на основе органических ионообменников тетраалкиламмония и комплексов серебра(I) с ампициллином, оксациллином, цефазолином. Журн. аналит. химии. 2012;67(2):198–202.

17. Partani P., Gurule S., Khuroo A., Monif T., Bhardwaj S. Liquid chromatography/electrospray tandem mass spectrometry method for the determination of cefuroxime in human plasma: Application to a pharmacokinetic study. J. Chromatography B: Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences. 2010;78(3–4):428–434. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2009.12.025

18. Du Y., Zhai Y., Zhang J., Wu C., Luo C., Sun J., He Z. Development and evaluation of taste-masked dry suspension of cefuroxime axetil for enhancement of oral bioavailability. Asian J. Pharm. Sci. 2013;8(5):287–294. https://doi.org/10.1016/j.ajps.2013.10.001

19. Маякова М.Н., Алексеев В.Г., Иванова А.И., Рясенский С.С. Твердые комплексы цинка(II) с цефазолином и цефотаксимом. Вестник Тверского ГУ. Серия: Химия. 2015; 3:5–13.

20. Jain R., Gupta V.K., Jadon N., Radhapyari K. Voltammetric determination of cefixime in pharmaceuticals and biological fluids. Anal. Biochem. 2010;407(1):79–88. https://doi.org/10.1016/j.ab.2010.07.027

21. Ojani R., Raoof J.B., Zamani S. A novel voltammetric sensor for amoxicillin based on nickel–curcumin complex modified carbon paste electrode. Bioelectrochemistry. 2012;85:44–49. https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2011.11.010

22. Кулагина О.И., Макарова Н.М., Кулагина Е.Г. Потенциометрические сенсоры для определения некоторых цефалоспориновых антибиотиков в биологических и лекарственных средах. Журн. аналит. химии. 2015;70(4):399–406. https://doi.org/10.7868/S004445021504009X

23. Короткин М.Д., Филатова С.М., Дениева З.Г., Буданова У.А., Себякин Ю.Л. Синтез производных аминокислот на основе диэтаноламина с симметричными и асимметричными радикалами в гидрофобном домене с потенциальной антимикробной активностью. Тонкие химические технологии. 2022;17(1):50–64. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2022-17-1-50-64

24. Пршибил Р. Аналитические применения этилендиаминтетрауксусной кислоты и родственных соединений: пер. с англ. М.: Мир; 1975. 534 с.

25. Сахарова Ю.Г., Борисова Г.М. Термическая устойчивость тиокарбамидных соединений неодима, самария, европия и гадолиния. Журн. неорг. химии. 1976;21(1):76–83.

26. Pedroso T.M., Salgado H.R.N. Methods for Qualitative Analysis of Cefazolin Sodium Raw Material and Pharmaceutical Product. Phys. Chem. 2013;3(2):29–38. https://doi.org/10.5923/j.pc.20130302.01

27. Masoud M.S., Ali A.E., Sharaf R.Y. Physicochemical Studies of Some Biologically Active Metal Complexes of Cefazolin Antibiotics. J. Chem. Pharm. Res. 2020;12(9):42–52.

28. Копытин А.В., Турышев Е.С., Мадраимов М.Ш., Кубасов А.С., Жижин К.Ю., Шпигун Л.К., Кузнецов Н.Т. Ионоселективный мембранный электрод для определения октагидротриборат-аниона. Журн. неорг. химии. 2023;68(1):10–16. https://doi.org/10.31857/S0044457X22601432