Определение кверцетина в фармацевтических препаратах методом цифровой цветометрии с использованием сборных микрофлюидных систем на основе бумаги, модифицированной наночастицами золота и серебра

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Одной из актуальных областей применения микрофлюидных систем на основе бумаги (БМФС) является определение биологически активных веществ в различных объектах, в том числе в фармацевтических препаратах. Зачастую такое определение проводится в варианте скринингового анализа для выявления проб, которые следует более детально исследовать высокоинформативными, но относительно дорогостоящими методами. В настоящей работе предложен оригинальный способ цветометрического определения кверцетина с использованием микрофлюидных аналитических систем на основе бумаги, модифицированной наночастицами золота и серебра различной морфологии. Он основан на восстановлении ионов серебра(I) до металлического серебра под действием кверцетина, что приводит к контрастному изменению окраски зон детектирования БМФС. Продемонстрирована возможность использования калибратора мониторов и камеры смартфона для регистрации аналитического сигнала. Выбраны оптимальные условия проведения анализа. Показано, что вид наносимых наночастиц влияет на коэффициент чувствительности определения кверцетина, что перспективно для создания мультисенсорных систем для дискриминации образцов сложного состава. Пределы обнаружения кверцетина в выбранных условиях равны 70–120 нг в зависимости от природы аналитического реагента и способа регистрации аналитического сигнала. Диапазон определяемых содержаний составляет 2–10 мкг. Достаточный для анализа объем пробы не превышает 25 мкл. Проведена оценка селективности предложенного способа определения кверцетина по отношению к ряду распространенных неорганических ионов и органических веществ. Показана применимость разработанного подхода для определения кверцетина в трех фармацевтических препаратах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Фурлетов

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет

Автор, ответственный за переписку.
Email: aleksei_furletov@mail.ru
Россия, Москва

А. В. Якименко

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет

Email: aleksei_furletov@mail.ru
Россия, Москва

В. В. Апяри

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет

Email: aleksei_furletov@mail.ru
Россия, Москва

С. Г. Дмитриенко

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет

Email: aleksei_furletov@mail.ru
Россия, Москва

И. И. Торочешникова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, химический факультет

Email: aleksei_furletov@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Silva-Neto H.A., Arantes I.V.S., Ferreira A.L., do Nascimento G.H.M., Meloni G.N., de Araujo W.R., Paixão T.R.L.C., Coltro W.K.T. Recent advances on paper-based microfluidic devices for bioanalysis // Trends Anal. Chem. 2023. V. 158. Article 116893. https://doi.org/10.1016/j.trac.2022.116893
  2. Morbioli G.G., Mazzu-Nascimento T., Stockton A.M., Carrilho E. Technical aspects and challenges of colorimetric detection with microfluidic paper-based analytical devices (μPADs) – A review // Anal. Chim. Acta. 2017. V. 970. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.aca.2017.03.037
  3. Chen T., Sun C., Abbas S.C., Alam N., Qiang S., Tian X., Fu C., Zhang H., Xia Y., Liu L., Ni Y., Jiang X. Multi-dimensional microfluidic paper-based analytical devices (μPADs) for noninvasive testing: A review of structural design and applications // Anal. Chim. Acta. 2024. V. 1321. Article 342877. https://doi.org/10.1016/j.aca.2024.342877
  4. Rypar T., Bezdekova J., Pavelicova K., Vodova M., Adam V., Vaculovicova M., Macka M. Low-tech vs. high-tech approaches in μPADs as a result of contrasting needs and capabilities of developed and developing countries focusing on diagnostics and point-of-care testing // Talanta. 2024. V. 266. Article 124911. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2023.124911
  5. Mahadeva S.K., Walus K., Stoeber B. Paper as a platform for sensing applications and other devices: A review // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. V. 7. P. 8345. https://doi.org/10.1021/acsami.5b00373
  6. Mao K., Min X., Zhang H., Zhang K., Cao H., Guo Y., Yang Z. Paper-based microfluidics for rapid diagnostics and drug delivery // J. Contr. Release. 2020. V. 322. P. 187. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2020.03.010
  7. Pan Y., Mao K., Hui Q., Wang B., Cooper J., Yang Z. Paper-based devices for rapid diagnosis and wastewater surveillance // Trends Anal. Chem. 2022. V. 157. Article 116760. https://doi.org/10.1016/j.trac.2022.116760
  8. Asano H., Shiraishi Y. Development of paper-based microfluidic analytical device for iron assay using photomask printed with 3D printer for fabrication of hydrophilic and hydrophobic zones on paper by photolithography // Anal. Chim. Acta. 2015. V. 883. P. 55. https://doi.org/10.1016/j.aca.2015.04.014
  9. Yao X., Jia T., Xie C. Facial fabrication of paper-based flexible electronics with flash foam stamp lithography // Microsyst. Technol. 2017. V. 23. P. 4419. https://doi.org/10.1007/s00542-016-3207-6
  10. Malekghasemi S., Kahveci E., Duman M. Rapid and alternative fabrication method for microfluidic paper based analytical devices // Talanta. 2016. V. 159. P. 401. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.06.040
  11. Henares T.G., Yamada K., Takaki S., Suzuki K., Citterio D. “Drop-slip” bulk sample flow on fully inkjet-printed microfluidic paper-based analytical device // Sens. Actuators B: Chem. 2017. V. 244. P. 1129. https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.01.088
  12. Motalebizadeh A., Asiaei S. Micro-fabrication by wax spraying for rapid smartphone-based microfluidic devises (μPADs) using technical drawing pens and in-house formulated aqueous inks // Anal. Chim. Acta. 2020. V. 603. Article 113777. https://doi.org/10.1016/j.ab.2020.113777
  13. Chiang C.-K., Kurniawan A., Kao C.-Y., Wang M.-J. Single step and mask-free 3D wax printing of microfluidic paper-based analytical devices for glucose and nitrite assays // Talanta. 2019. V. 194. P. 837. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2018.10.104
  14. Ramesh H., Prabhu A., Nandagopal G., Dheivasigamani T., Kumar N. One-dollar microfluidic paper-based analytical devices: Do-It-Yourself approaches // Microchem. J. 2021. V. 165. Article 106126. https://doi.org/10.1016/j.microc.2021.106126
  15. de Oliveira R.A., Camargo F., Pesquero N.C., Faria R.C. A simple method to produce 2D and 3D microfluidic paper-based analytical devices for clinical analysis // Anal. Chim. Acta. 2017. V. 957. P. 40. https://doi.org/10.1016/j.aca.2017.01.002
  16. Abdulsattar J.O., Hadi H., Richardson S., Iles A., Pamme N. Detection of doxycycline hyclate and oxymetazoline hydrochloride in pharmaceutical preparations via spectrophotometry and microfluidic paper-based analytical device (μPADs) // Anal. Chim. Acta. 2020. V. 1136. P. 196. https://doi.org/10.1016/j.aca.2020.09.045
  17. Gutorova S.V., Apyari V.V., Kalinin V.I., Furletov A.A., Tolmacheva V.V., Gorbunova M.V., Dmitrienko S.G. Composable paper-based analytical devices for determination of flavonoids // Sens. Actuators B: Chem. 2021. V. 331. Article 129398. https://doi.org/10.1016/j.snb.2020.129398
  18. Prakobkij A., Sukapanon S., Chunta S., Jarujamrus P. Mickey mouse-shaped laminated paper-based analytical device in simultaneous total cholesterol and glucose determination in whole blood // Anal. Chim. Acta. 2023. V. 1263. Article 341303. https://doi.org/10.1016/j.aca.2023.341303
  19. Zhang J., Li W., Zhang B., Zhang G., Liu C. Screening of angiotensin converting enzyme inhibitors from natural products via origami microfluidic paper-based analytical devices with colorimetric detection // J. Pharm. Biomed. Anal. 2024. V. 238. Article 115833. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2023.115833
  20. Heidary O., Akhond M., Hemmateenejad B. A microfluidic paper-based analytical device for iodometric titration of ascorbic acid and dopamine // Microchem. J. 2022. V. 182. Article 107886. https://doi.org/10.1016/j.microc.2022.107886
  21. Sammani M.S., Clavijo S., Cerdà V. Recent, advanced sample pretreatments and analytical methods for flavonoids determination in different samples // Trends Anal. Chem. 2021. V. 138. Article 116220. https://doi.org/10.1016/j.trac.2021.116220
  22. Blasa M., Candiracci M., Accorsi A., Piacentini M.P., Piatti E. Honey flavonoids as protection agents against oxidative damage to human red blood cells // Food Chem. 2007. V. 104. P. 1635. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.03.014
  23. Kapoor B., Gulati M., Gupta R., Singh S.K., Gupta M., Nabi A., Chawla P.A. A review on plant flavonoids as potential anticancer agents // Curr. Org. Chem. 2021. V. 25. P. 737. https://doi.org/10.2174/1385272824999201126214150
  24. Maleki S.J., Crespo J.F., Cabanillas B. Anti-inflammatory effects of flavonoids // Food Chem. 2019. V. 29. Article 125124. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2019.125124
  25. Khachatoorian R., Arumugaswami V., Raychaudhuri S., Yeh G.K., Maloney E.M., Wang J., Dasgupta A., French S.W. Divergent antiviral effects of bioflavonoids on the hepatitis C virus life cycle // Virology. 2012. V. 433. P. 346. https://doi.org/10.1016/j.virol.2012.08.029
  26. Zhao L.-L., Jayeoye T.J., Ashaolu T.J., Olatunji O.J. Pinostrobin, a dietary bioflavonoid exerts antioxidant, anti-inflammatory, and anti-apoptotic protective effects against methotrexate-induced ovarian toxicity in rats // Tissue Cell. 2023. V. 85. Article 102254. https://doi.org/10.1016/j.tice.2023.102254
  27. Huang Y., Tang G., Zhang T., Fillet M., Crommen J., Jiang Z. Supercritical fluid chromatography in traditional Chinese medicine analysis // J. Pharm. Biomed. Anal. 2018. V. 147. P. 65. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2017.08.021
  28. de Villiers A., Venter P., Pasch H. Recent advances and trends in the liquid-chromatography – Mass spectrometry analysis of flavonoids // J. Chromatogr. A. 2016. V. 1430. P. 16. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2015.11.077
  29. Olech M., Pietrzak W., Nowak R. Characterization of free and bound phenolic acids and flavonoid aglycones in Rosa rugosa thunb. leaves and achenes using LC-ESI-MS/MS-MRM methods // Molecules. 2020. V. 25. Article 1804. https://doi.org/10.3390/molecules25081804
  30. Formisano C., Rigano D., Lopatriello A., Sirignano C., Ramaschi G., Arnoldi L., Riva A., Sardone N., Taglialatela-Scafati O. Detailed phytochemical characterization of bergamot polyphenolic fraction (BPF) by UPLC-DAD-MS and LC-NMR // J. Agric. Food Chem. 2019. V. 67. P. 3159. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.8b06591
  31. Gotti R. Capillary electrophoresis of phytochemical substances in herbal drugs and medicinal plants // J. Pharm. Biomed. Anal. 2011. V. 55. P. 775. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2010.11.041
  32. Gan Z., Chen Q., Fu Y., Chen G. Determination of bioactive constituents in Flos Sophorae Immaturus and Cortex Fraxini by capillary electrophoresis in combination with far infrared-assisted solvent extraction // Food Chem. 2012. V. 130. P. 1122. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2011.08.018
  33. Soylak M., Ozdemir B., Yilmaz E. An environmentally friendly and novel amine-based liquid phase microextraction of quercetin in food samples prior to its determination by UV-Vis spectrophotometry // Spectrochim. Acta A. 2020. V. 243. Article 118806. https://doi.org/10.1016/j.saa.2020.118806
  34. Furletov A.A., Apyari V.V., Garshev A.V., Dmitrienko S.G., Zolotov Yu.A. Fast and sensitive determination of bioflavonoids using a new analytical system based on label-free silver triangular nanoplates // Sensors. 2022. V. 22. P. 843. https://doi.org/10.3390/s22030843
  35. Dmitrienko S.G., Apyari V.V., Kudrinskaya V.A., Stepanova A.V. Preconcentration of flavonoids on polyurethane foam and their direct determination by diffuse reflectance spectroscopy // Talanta. 2012. V. 102. P. 132. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2012.08.017
  36. Pejić N., Kuntić V., Vujić Z., Mićić S. Direct spectrophotometric determination of quercetin in the presence of ascorbic acid // Il. Farm. 2004. V. 59. P. 21. https://doi.org/10.1016/j.farmac.2003.07.013
  37. Xu J., Zhang H., Chen G. Carbon nanotube/polystyrene composite electrode for microchip electrophoretic determination of rutin and quercetin in Flos Sophorae Immaturus // Talanta. 2007. V. 73. P. 932. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2007.05.019
  38. Wang M.Y., Zhang D.E., Tong Z.W., Xu X.Y., Yang X.J. Voltammetric behavior and the determination of quercetin at a flowerlike Co3O4 nanoparticles modified glassy carbon electrode // J. Appl. Electrochem. 2011. V. 41. P. 189. https://doi.org/10.1007/s10800-010-0223-6
  39. Транова Ю.С., Мыльников П.Ю., Щулькин А.В., Черных И.В., Правкин С.К., Якушева Е.Н. Метод количественного определения кверцетина с помощью ВЭЖХ-МС/МС // Наука молодых. 2022. Т. 10. С. 251. https://doi.org/10.23888/hmj2022103251-258
  40. Дмитриенко С.Г., Степанова А.В., Кудринская В.А., Апяри В.В. Особенности разделения флавоноидов методом обращено-фазовой высокоэффективной хроматографии на колонке Luna 5u C18 (2) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2012. Т. 53. С. 369. (Dmitrienko S.G., Stepanova A.V., Kudrinskaya V.A., Apyari V.V. Specifics of separation of flavonoids by reverse phase high performance liquid chromatography on the Luna 5u C18(2) column // Moscow Univ. Chem. Bull. 2012. V. 67. P. 254. https://doi.org/10.3103/s0027131412060041)
  41. Usoltseva L.O., Samarina T.O., Abramchuk S.S., Prokhorova A.F., Beklemishev M.K. Selective Rayleigh light scattering determination of trace quercetin with silver nanoparticles // J. Lumin. 2016. V. 179. P. 438. https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2016.07.020
  42. Hu Y., Feng T., Li G. A novel solid fluorescence method for the fast determination of quercetin in biological samples based on the quercetin–Al(III) complex imprinted polymer // Spectrochim. Acta A. 2014. V. 118. P. 921. https://doi.org/10.1016/j.saa.2013.09.076
  43. Volikakis G.J., Efstathiou C.E. Determination of rutin and other flavonoids by flow-injection/adsorptive stripping voltammetry using nujol-graphite and diphenylether-graphite paste electrodes // Talanta. 2000. V. 51. P. 775. https://doi.org/10.1016/s0039-9140(99)00352-5
  44. Nasrollahi S., Ghoreishi S.M., Khoobi A. Nanoporous gold film: Surfactant-assisted synthesis, anodic oxidation and sensing application in electrochemical determination of quercetin // J. Electroanal. Chem. 2020. V. 864. Article 114097. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2020.114097
  45. Hussain M.A., Mahmoud K.M. Determination of quercetin in some natural products using reversed FIA-CL method // Der Pharma Chem. 2011. V. 3. P. 321. https://doi.org/10.1016/0378-4347(94)00549-k
  46. Ященко Н.Н., Житарь С.В., Зиновьева Е.Г. Тест-определение общего содержания фенольных соединений в чае // Бутлеровские сообщения. 2022. Т. 71. C. 99. https://doi.org/10.37952/roi-jbc-01/22-71-8-99
  47. Zaporozhets O.A., Krushynska O.A., Lipkovska N.A., Barvinchenko V.N. A new test method for the evaluation of total antioxidant activity of herbal products // J. Agric. Food Chem. 2004. V. 52. P. 21. https://doi.org/10.1021/jf0343480
  48. Моросанова Е.И., Беляков М.В., Золотов Ю.А. Кремний-титановые ксерогели: получение и использование для определения аскорбиновой кислоты и полифенолов // Журн. аналит. химии. 2012. Т. 67. С. 17. https://doi.org/10.31857/s0044450221010084 (Morosanova E.I., Belyakov M.V., Zolotov Yu.A. Silicon-titanium xerogels: Synthesis and application to the determination of ascorbic acid and polyphenoles // J. Anal. Chem. 2012. V. 67. P. 14. https://doi.org/10.1134/s1061934812010108)
  49. Berasarte I., Albizu G., Santos W.F., de Lima L.F., Ostra M., Vidal M., de Araujo W.R. Chemometrics and digital image colorimetry approaches applied to paper-based analytical devices: A review // Anal. Chim. Acta. 2024. V. 1339. Article 343577. https://doi.org/10.1016/j.aca.2024.343577
  50. Апяри В.В., Дмитриенко С.Г., Горбунова М.В., Фурлетов А.А., Золотов Ю.А. Наночастицы золота и серебра в методах оптической молекулярной абсорбционной спектроскопии // Журн. аналит. химии. 2019. Т. 74. С. 26. https://doi.org/10.1134/s0044450219010055 (Apyari V.V., Dmitrienko S.G., Gorbunova M.V., Furletov A.A., Zolotov Yu.A. Gold and silver nanoparticles in optical molecular absorption spectroscopy // J. Anal. Chem. 2019. V. 74. P. 21. https://doi.org/10.1134/s1061934819010052)
  51. Furletov A.A., Apyari V.V., Zaytsev V.D., Sarkisyan A.O., Dmitrienko S.G. Silver triangular nanoplates: Synthesis and application as an analytical reagent in optical molecular spectroscopy. A review // Trends Anal. Chem. 2023. V. 166. Article 117202. https://doi.org/10.1016/j.trac.2023.117202
  52. Millstone J.E., Hurst S.J., Métraux G.S., Cutler J.I., Mirkin C.A. Colloidal gold and silver triangular nanoprisms // Small. 2009. V. 5. P. 646. https://doi.org/10.1002/smll.200801480
  53. Крутяков Ю.А., Кудринский А.А., Оленин А.Ю., Лисичкин Г.В. Синтез и свойства наночастиц серебра: достижения и перспективы // Успехи химии. 2008. Т. 77. С. 242. https://doi.org/10.1070/rc2008v077n03abeh003751 (Krutyakov Yu.A., Kudrinskiy A.A., Olenin A.Yu., Lisichkin G.V. Synthesis and properties of silver nanoparticles: Advances and prospects // Russ. Chem. Rev. 2008. V. 77. P. 233. https://doi.org/10.1070/rc2008v077n03abeh003751)
  54. Chen H., Cai S., Luo J., Liu X., Ou L., Zhang Q., Liedberg B., Wang Y. Colorimetric biosensing assays based on gold nanoparticles functionalized/combined with non-antibody recognition elements // Trends Anal. Chem. 2024. V. 173. Article 117654. https://doi.org/10.1016/j.trac.2024.117654
  55. Alhajj M., Ghoshal S.K. Sustainability, safety, biocompatibility and benefits of laser ablated gold, silver and copper nanoparticles: A comprehensive review // J. Mol. Liq. 2024. V. 414. Article 126130. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2024.126130

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематическое изображение сборной микрофлюидной аналитической системы на основе бумаги.

Скачать (109KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Порядок нанесения аналитических и вспомогательных реагентов на зоны детектирования сборных микрофлюидных систем на основе бумаги.

Скачать (109KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Предполагаемая схема взаимодействия кверцетина с нитратом серебра(I).

Скачать (32KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Фотографии сборных микрофлюидных систем на основе бумаги: (а) система без элементов с определяющим рН компонентом до нанесения кверцетина; (б) система без элементов с определяющим рН компонентом после нанесения 10 нмоль кверцетина; (в) система с наличием дополнительных элементов с определяющим рН компонентом после нанесения 18 нмоль кверцетина. m(Ag) = 1 мкг, m(Au) = 1 мкг, n(AgNO3) = 100 нмоль, t = 10 мин.

Скачать (94KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость аналитического сигнала (ΔF) от времени взаимодействия при комнатной температуре. 1 – сферические наночастицы золота, 2 – без наночастиц, 3 – сферические наночастицы серебра, 4 – треугольные нанопластинки серебра; m(Ag) = 1 мкг, m(Au) = 1 мкг, n(AgNO3) = 100 нмоль, n(NaOH) = 10 нмоль, n(кверцетин) = 25 нмоль.

Скачать (65KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимость аналитического сигнала (ΔF) от природы и количества определяющего рН компонента. m(Ag) = 1 мкг, m(Au) = 1 мкг, n(AgNO3) = 100 нмоль, n(NaOH) = 10 нмоль, n(кверцетин) = 45 нмоль, t = 10 мин.

Скачать (192KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость аналитического сигнала (ΔF) от количества нитрата серебра(I). 1 – сферические наночастицы золота, 2 – без наночастиц, 3 – сферические наночастицы серебра, 4 – треугольные нанопластинки серебра; m(Ag) = 1 мкг, m(Au) = 1 мкг, n(NaOH) = 10 нмоль, n(кверцетин) = 25 нмоль, t = 10 мин.

Скачать (70KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025