Determination of streptomycin in milk by amperometric sensors
- Authors: Fam E.1,2, Зяблов A.N.1, Pham T.3
-
Affiliations:
- Voronezh State University
- Hanoi University of Business and Technology
- Hanoi University of Pharmacy
- Issue: Vol 28, No 2 (2025): Опубликован 30.06.2025
- Pages: 43-47
- Section: Биохимия
- URL: https://new.vestnik-surgery.com/index.php/2070-9277/article/view/10967
- DOI: https://doi.org/10.18499/2070-9277-2025-28-2-43-47
Cite item
Full Text
Abstract
The work created sensors based on a molecularly imprinted polymer (MIP) with the imprints of streptomycin sulfate (Strep). Its detection limit was 5.8 10-6 g/L. The obtained sensors have high selectivity to streptomycin sulfate in multicomponent mixtures. Sensors modified by MIP were tested in the determination of the antibiotic in milk. The results of determining streptomycin sulfate in liquids using an amperometric sensor and the HPLC method were compared.
Full Text
Актуальность. Молоко - это сложная биологическая жидкость, содержащая жиры, белки, минералы, витамины и ферменты. Оно является важным источником питания для миллиардов людей по всему миру и признано полноценным продуктом, в котором содержатся биологически активные вещества необходимые организму [3]. Однако несоблюдение норм при использовании антибиотиков в животноводстве может привести к их остаточному содержанию в молочных продуктах, мясе и яйцах [5]. Употребление молока с антибиотическими остатками может негативно сказаться на здоровье человека, вызывая канцерогенные и мутагенные эффекты, врожденные аномалии, нарушения работы почек, репродуктивные расстройства, токсическое воздействие на печень, а также аллергические реакции [9]. В связи с этим контроль остаточного содержания антибиотиков в молоке является крайне важным для обеспечения безопасности потребителей.
В настоящее время существует множество методов анализа для обнаружения остатков антибиотиков в продуктах питания, включая электрохимические, хроматографические, спектроскопические, флуоресцентный и хемилюминесцентный методы, капиллярный электрофорез [6-8, 10, 13, 16]. В связи с возрастающими требованиями к чувствительности, селективности и точности при обнаружении следовых количеств анализируемых веществ в сложных матрицах. Сенсоры становятся все более востребованными инструментами для мониторинга следовых количеств химических веществ благодаря их небольшому размеру, мобильности и низкой стоимости, что позволяет использовать их непосредственно в полевых условиях [1].
В последнее время в сенсоры интегрируются различные соединения с целью повышения их селективности и чувствительности. Использование молекулярно-импринтированных полимеров в составе сенсоров было доказано как эффективный метод повышения их селективности. MIP способны создавать специфические связывающие участки, адаптированные к целевым молекулам в структуре полимера, что значительно увеличивает селективность [4, 14].
Цель работы - разработка способа определения сульфата стрептомицина амперометрическим сенсором, модифицированным молекулярно-импринтированным полимером.
Материал и методы исследования. В работе использовали сульфат стрептомицина – антибиотик аминогликозидного ряда первого поколения, обладающий широким спектром действия и активно применяемый в лечении туберкулеза. Он был впервые выделен в 1943 году из актиномицета Streptomyces griseus. Молекулярная масса 1457.4 г/моль. Температура плавления 190 - 195°С [2].
Для определения антибиотиков сульфата стрептомицина в жидких средах использовали установку.
Для создания амперометрических сенсоров в качестве подложки использовали медный фольгированный текстолит. Далее методом термотрансфера были получены двухэлектродные сенсоры.
На поверхности сенсоров синтезировали МИП на основе полиимида с отпечатками сульфата стрептомицина. Синтез проводили по методике [11-12, 15]. Неимпринтированный полимер (НП) получали аналогично, но без антибиотика.
Исходный стандартный раствор готовили из препарата сульфата стрептомицина производства ЗАО «Агрофарм», по точной навеске. Затем путем последовательного разбавления была получена серия растворов в диапазоне концентраций 1,0*10-1 – 1,0*10-6 г/л.
Эксперимент проводили следующим образом: на поверхность амперометрического электрода сенсорна наносили 1 мкл дистиллированной воды и фиксировали значение тока. Затем наносили раствор антибиотика и измеряли ток. Разность тока ∆I рассчитывали по формуле:
DI = I2 – I1
где I1 – значение тока сенсора с дистиллированной водой, mA; I2 – значение тока сенсора с раствором антибиотика, mA.
Полученные результаты и их обсуждение. Определение сульфата стрептомицина MIP-Strep сенсором в модельных растворах проводили методом градуировочного графика, для которого характерна линейная зависимость. Метрологические характеристики MIP-сенсора представлены в таблице 1.
Таблица 1. Метрологические характеристики определения сульфата стрептомицина MIP-Strep сенсором
Сенсор | Анализируемое вещество | Диапазон определяемых концентраций, г/л | Сmin, г/л | Sr, % |
МИП-Strep | Сульфат стрептомицина | 1*10-1 – 1*10-5 | 5.8*10-6 | 2.6 |
Предел обнаружения сульфата стрептомицина составил 5.8 · 10-6 г/л, с диапазоном определяемых концентраций – 1.0*10-1 - 1.0*10-5 г/л. Относительное стандартное отклонение Sr проведенных измерений не превышает 5%.
Правильность определения сульфата стрептомицина в модельных растворах с MIP-Strep сенсором оценена методом «введено – найдено» (Табл. 2). Показано, что относительное стандартное отклонение не превышает 5%.
Таблица 2. Определение сульфата стрептомицина MIP-Strep сенсором в жидких средах методом «введено-найдено»
Анализируемые вещества | Концентрация С, г/л | ||
Введено | Найдено | Sr, % | |
Сульфат стрептомицина | 0.01 | 0.0102 ± 0.0006 | 4.7 |
0.001 | 0.00099 ± 0.00005 | 4.5 | |
0.0001 | 0.000104 ± 0.000005 | 3.8 | |
Анализ смеси сульфата стрептомицина с другими антибиотиками показал, что в бинарных растворах антибиотиков сенсоры MIP-Strep демонстрируют наибольшую селективность к сульфату стрептомицина, что позволяет определять целевой антибиотик в многокомпонентных смесях (Табл. 3).
Таблица 3. Определение сульфата стрептомицина в модельных смесях методом «введено-найдено» (n = 5, P = 0.95)
Анализируемые вещества | Концентрация С, г/л | |||
Введено | Найдено | Sr, % | ||
Strep | 0.01 | 0.0102 ± 0.0006 | 4.7 | |
Neo | 0.01 | - | - | |
Раствор Strep и Neo | Strep | 0.01 | 0.0095 ± 0.0003 | 2.7 |
Neo | 0.01 | |||
Апробацию МИП-сенсоров проводили при анализе молочной продукции. Результаты, полученные сенсором с МИП-Strep и методом ВЭЖХ, хорошо согласуются (табл. 4). Этими методами сульфат стрептомицина в молоке в исследованном диапазоне концентраций не обнаружен.
Таблица 4. Сравнение средних двух серий данных определения антибиотика методом ВЭЖХ и MIP-сенсорами (n = 5; Р = 0.95; Fтабл = 6.39; tтабл = 2.306)
Метод определения | Объект | С, г/л | S2.10-7 | F | Sp.10-4 | t± |
ВЭЖХ | Модельный раствор Strep | (10.5 ± 0.7) ×10-3 | 2.76 | 1.18 | 5.04 | 0.880 |
МИП-Strep | (10.2 ± 0.6) ×10-3 | 2.34 | ||||
ВЭЖХ | Молоко | - | - | - | - | - |
МИП-Strep | - | - | ||||
ВЭЖХ | Молоко | - | - | - | - | - |
МИП-Strep | - | - |
Выводы. Амперометрические сенсоры были разработаны на основе молекулярно-импринтированного полимера. Сенсоры на основе MIP-Strep демонстрируют высокую селективность к целевым молекулам стрептомицина сульфата, а также низкую чувствительность к посторонним антибиотикам. Кроме того, сенсоры MIP-Strep обладают высокой специфичностью при определении молекул-шаблонов в индивидуальных и многокомпонентных смесях. Полученные сенсоры апробированы при определении антибиотика в молоке. В исследованных образцах сульфат стрептомицина в исследуемом диапазоне концентраций не обнаружен.
About the authors
Esse Gam Fam
Voronezh State University;Hanoi University of Business and Technology
Author for correspondence.
Email: gampham@mail.ru
Postgraduate student at the Department of Analytical Chemistry; Lecturer at the Faculty of Pharmacy
Russian Federation, Voronezh State University; Vietnam, Vin Tui, Hai Ba Trung, Hanoi, Vin Tui, 29A.Alexander Nikolaevich Зяблов
Voronezh State University
Email: alex-n-z@yandex.ru
Doctor of Chemistry, Professor of the Department of Analytical Chemistry
Russian Federation, Voronezh State UniversityThi Bik Ngoc Pham
Hanoi University of Pharmacy
Email: bichngoc0807200@gmail.com
Master's student
Viet Nam, Vietnam, Hanoi 13–15 Le Thanh Tong, Hoan Kiem DistrictReferences
- Alahmad W., Cetinkaya A., Kaya S.I., Varanusupakul P., Ozkan S.A. Evaluation of electrochemical behavior combined with the sensitive and selective determination of ceftriaxone using molecularly imprinted polymer-based sensor // Microchemical Journal. 2023. Vol. 193. Р. 109167.
- Al-Ameri S.A.H., Abdullah A.H., Kamil O.M. Synthesis, Characterization and HPLC Analysis of Streptomycin with its Derivatives // Journal of Pioneering Medical Sciences. 2023. Vol. 12, № 4. P. 43-46.
- Antunes I.C., Bexiga R., Pinto C. Cow’s Milk in Human Nutrition and the Emergence of Plant-Based Milk Alternatives // Foods. 2023. Vol. 12, № 99. P. 1-21.
- Babaeipour V., Jabbari F. Pre‑polymerization process simulation, synthesis and investigation the properties of dipicolinic acid molecularly imprinted polymers // Polymer Bulletin. 2024. Vol. 81. P. 1495-1512.
- Bacanli M., Basaran N. Importance of antibiotic residues in animal food // Food and Chemical Toxicology. 2019. Vol. 125. P. 462-466.
- Belova D.D., Kharchenko E.N., Chaplygina O.S. Identification of Residual Traces of Antibiotics in Food // Journal of Medicinal and Chemical Sciences. 2022. Vol. 5, № 3. Р. 385-392.
- Kumar A., Panda A.K., Sharma N. Determination of antibiotic residues in bovine milk by HPLC-DAD and assessment of human health risks in Northwestern Himalayan region, India // Journal of Food Science and Technology. 2022. Vol. 59. P. 95-104.
- Raksawong P., Nurerk P., Chullasat K., Kanatharana P., Bunkoed O. A polypyrrole doped with fluorescent CdTe quantum dots and incorporated into molecularly imprinted silica for fluorometric determination of ampicillin // Microchimica Acta. 2019. Vol. 186, № 6. Р. 338-345.
- Rahman M.S., Hassan M.M., Chowdhury S. Determination of antibiotic residues in milk and assessment of human health risk in Bangladesh // Heliyon. 2021. Vol. 7, № 8. P. 1-8.
- Sun H., Zhao W., He P. Effective Separation and Simultaneous Determination of Four Fluoroquinolones in Milk by CE with SPE // Chromatographia. 2008. Vol. 68. P. 425-429.
- Зяблов А.Н., Хальзова С.А., Селеменев В.Ф. Сорбция красных пищевых красителей полимерами с молекулярными отпечатками // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2017. Т. 60, № 7. С. 42-47.
- Као Н.Л., Зяблов А.Н., Дуванова О.В., Селеменев В.Ф. Сорбция карбоновых кислот молекулярно-импринтированными полимерами // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2020. Т. 63. № 2. С. 71-76.
- Кетруш Е.Ф., Мурсалов Р.К., Силаев Д.В., Русанова Т.Ю. Спектрофотометрическое определение некоторых β-лактамных антибиотиков в их бинарных смесях с использованием метода проекций на латентные структуры // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2023. Т. 23, № 4. С. 392-403.
- Лисичкин Г.В., Крутяков Ю.А. Материалы с молекулярными отпечатками: синтез, свойства, применение // Успехи химии. 2006. Т. 75, № 10. С. 998-1017.
- Патент на полезную модель № 102264 U1 Российская Федерация, МПК G01N 27/12. Пьезосенсор на основе полимеров с молекулярным отпечатком аминокислот : № 2010142819/28 : заявл. 19.10.2010 : опубл. 20.02.2011 / А. Н. Зяблов, Л. М. Никитская, Ю. А. Жиброва [и др.] ; заявитель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет".
- Чаплыгина О.С., Просеков А.Ю., Белова Д.Д. Определение остаточного количества антибиотиков в продуктах животного происхождения // Вестник ВГУИТ. 2022. Т. 84, № 1. С. 140-148.
