Научные достижения химического факультета
01.12.2020

Российские химики разработали сенсор для
определения антибиотиков

Спектрофотометр широкого спектра

Научный сотрудник кафедры медицинской химии и тонкого органического синтеза МГУ к.х.н. Татьяна Дубинина

Сотрудники Химического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова совместно с бельгийскими коллегами разработали экспресс-тест для быстрого и точного определения антибиотиков в сточных водах. Результаты работы опубликованы в журнале ChemPhotoChem.

Ежегодно ВОЗ пополняет список инфекций, которые плохо поддаются лечению из-за снижения эффективности антибиотиков. Причиной появления у бактерий лекарственной резистентности становится неконтролируемое применение антибиотиков – не только в медицинских целях. Антибиотики используют в сельском хозяйстве для ускорения роста животных и растений, профилактики болезней, борьбы с бактериозами. Употребление в пищу продукции, содержащей антибиотики, способствует формированию устойчивости микроорганизмов. Из-за низкого метаболизма некоторые антибиотики остаются в природной среде в течение длительного времени, нарушают экологический баланс.

Для определения фармацевтических препаратов в поверхностных водах используют дорогостоящие лабораторные методы, которые требуют трудоёмкой пробоподготовки и высококвалифицированного обученного персонала. Для быстрого поточного анализа в полевых условиях необходимы дешевые и чувствительные сенсоры, которые позволят определять очаги загрязнения вод фармацевтическими препаратами.

Сотрудники Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова под руководством профессора, д.х.н. Ларисы Томиловой, и группа профессора Karolien De Wael (Университет Антверпена, Бельгия) предложили фотоэлектрохимический метод для определения антибиотиков и протестировали его на гидрохиноне – модельном веществе, схожем по строению с тетрациклиновыми антибиотиками.

Метод использует то, что кислород в высокоэнергетическом синглетном состоянии очень активен и реагирует со многими органическими веществами, к которыми "безразличен" триплетный кислород. Поэтому кислород переводится в активное состояние и окисляет содержащийся в пробе гидрохинон. Затем производное гидрохинона восстанавливается на электроде, давая тем самым аналитический сигнал. Ученые синтезировали вещества группы фталоцианинов, селективно поглощающие излучение лазеров с длиной волны света 532 нм или 659 нм. Красители-фотосенсибилизаторы передают кванты лазерного излучения кислороду, который переходит в синглетное состояние. Чем эффективнее фотосенсибилизатор генерирует синглетный кислород, тем точнее определяется содержание гидрохинона.

Ученые показали, что наиболее активно генерирует синглетный кислород трет-бутилзамещенные фталоцианины цинка и алюминия, а также фторзамещенный субфталоцианин бора. Эти соединения и отобраны исследователями для дальнейшего создания фотоэлектрохимического сенсора для определения антибиотиков в сточных водах.

"Пробоподготовка для такого анализа не требуется, достаточно нанести на печатный электрод капельку воды, содержащую гидрохинон или антибиотик -- рассказывает автор работы, научный сотрудник кафедры медицинской химии и тонкого органического синтеза МГУ, к.х.н. Татьяна Дубинина. -- Измерение занимает около минуты. В перспективе эксперимент можно будет проводить в полевых условиях".

Ученые планируют создать полноценный сенсор в течение ближайших двух лет. Пока разработанный метод подходит только для анализа тетрациклиновых или окситетрациклиновых антибиотиков, поэтому задача будущих исследований – модификация сенсора для расширения числа определяемых антибиотиков.

Автор фото: Александра Кучерова/пресс-служба химического факультета МГУ