DETERMINATION OF DOXORUBICIN BASED ON QUENCHING OF LUMINESCENCE OF ALLOYED QUANTUM DOTS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A sensitive, simple method for determining doxorubicin (Dox) in biological fluids, which does not require complex sample preparation, has been developed based on the quenching of luminescence of thioglycolic acid-stabilized CdZnSeS/ZnS quantum dots (QDs). Luminescence quenching was studied in model solutions and human blood plasma to establish optimal determination parameters. Optimal conditions for Dox detection were selected: QDs with optical density Aλ=360 = 0.05 and 25-fold plasma dilution. The developed method was applied to analyze a human blood sample. The limit of detection for Dox was 0.02 µg/mL, the limit of quantification 0.18 µg/mL, the linear range 0.27–4.07 µg/mL (R2 > 0.96); the method showed good reproducibility (sr from 1.08 to 1.19%). The method's accuracy was confirmed by HPLC with UV detection.

About the authors

D. G Koganova

Saratov State University named after N. G. Chernyshevsky

Email: Koganovadara43@gmail.com
Saratov, Russia

D. V Tsyupka

Saratov State University named after N. G. Chernyshevsky

Saratov, Russia

D. D Drozd

Saratov State University named after N. G. Chernyshevsky

Saratov, Russia

S. A Mescheriakova

Saratov State University named after N. G. Chernyshevsky

Saratov, Russia

P. S Pidenko

Saratov State University named after N. G. Chernyshevsky

Saratov, Russia

D. A Kornilov

Saratov State University named after N. G. Chernyshevsky

Saratov, Russia

O. A Goryacheva

Saratov State University named after N. G. Chernyshevsky

Saratov, Russia

I. Yu Goryacheva

Saratov State University named after N. G. Chernyshevsky

Saratov, Russia

References

  1. Sikora T., Szczepanek K., Korona-Głowniak I., Barbasz A., Czyżowska A., Kazik V., Barbasz J. Application of optical methods for determination of concentration of doxorubicin in blood and plasma // Pharmaceuticals. 2022. V. 15. № 2. P. 112. https://doi.org/10.3390/ph15020112
  2. Tsyupka D.V., Yakovlev A.V., Goryacheva I. Yu., Drozd D.D., Ponomaryova T.S., Goryacheva O.A. Luminescence behavior of colloid quantum dots in the presence anthracycline antibiotic mitoxantrone: Surface interaction and luminescence quenching, size and composition dependence, potential for clinical study // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2023. V. 671. Article 131648. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2023.131648
  3. Tasca E., Lynch A.M., O’Reilly E.J., Gunnlaugsson T. The self-association equilibria of doxorubicin at high concentration and ionic strength characterized by fluorescence spectroscopy and molecular dynamics simulations // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2019. V. 577. P. 517. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.06.005
  4. Skalová S., Navrátil T., Šestáková I., Jaklová Dytvová J. Doxorubicin determination using two novel voltammetric approaches: A comparative study // Electrochim. Acta. 2020. V. 330. Article 135180. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135180
  5. Shinozawa S., Oda T. Determination of adriamycin (doxorubicin) and related fluorescent compounds in rat lymph and gall by high-performance liquid chromatography // J. Chromatogr. A. 1981. V. 212. № 3. P. 323. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(01)84045-0
  6. Álvarez-Cedrón L., Sayalero M.L., Lanao J.M. High-performance liquid chromatographic validated assay of doxorubicin in rat plasma and tissues // J. Chromatogr. B: Biomed. Sci. Appl. 1999. V. 721. № 2. P. 271. https://doi.org/10.1016/S0378-4347(98)00475-7
  7. Рогfir’eva A. V., Khusnutdinova Z. F., Evtyugin G. A. An electrochemical DNA sensor for doxorubicin based on graphene oxide, electrophymetized Azure A, and methylene green composites // J. Anal. Chem. 2024. V. 79. № 6. P. 760.) https://doi.org/10.1134/S106193482470014X
  8. Kappo D., Рогfir’eva A.V., Kiseleva N.S., Shakirova F.M., Evtyugin G.A. Voltammetric DNA sensor based on redox-active dyes for determining doxorubicin // J. Anal. Chem. 2022. V. 77. № 3. P. 388. https://doi.org/10.1134/S1061934822100075
  9. Malanina A.N., Рогfir’eva A.V., Kiseleva N.S., Shakirova F.M., Evtyugin G.A. Polyelectrolyte polyethylenimine—DNA complexes in the composition of voltammetric sensors for detecting DNA damage // J. Anal. Chem. 2022. V. 77. № 2. P. 185.) https://doi.org/10.1134/S1061934822200095
  10. Карпенко Е.Н., Глущенко Н.Н., Королева И.В., Шаповалова В.М. Сравнительная характеристика микробиологического и спектрофотометрического методов количественного определения докосроубицина в полимерных пленках и модельных смесях / Сб. 68-й итоговой науч. сессии КГМУ и отделения мас.-биол. наук Центр.-Чернозем. науч. центра РАМН: В 2-х ч. Ч. 2. Курск, 2002. С. 226.
  11. Yang X., Zhang Y., Wang F., Wang Y., Liu Y., Yang P. Interactions between N-acetyl-L-cysteine protected CdTe quantum dots and doxorubicin through spectroscopic method // Mater. Res. Bull. 2015. V. 66. P. 169. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2015.02.050
  12. Panikar S.S., Cialla-May D., De la Rosa E., Popp J., Campos A.M.B. Stealth modified bottom up SERS substrates for label-free therapeutic drug monitoring of doxorubicin in blood serum // Talanta. 2020. V. 218. Article 121138. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2020.121138
  13. Yang M., Li H., Liu J., Cai Z., Huang J. Polyethyleneimine-functionalized carbon dots as a fluorescent probe for doxorubicin hydrochloride by an inner filter effect // Opt. Mater. 2021. V. 112. Article 110743. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2020.110743
  14. Huang K.Y., Jing Y., Lin H.C., Wu P.W., Huang Y.F. Gold nanocluster-based fluorescence turn-off probe for sensing of doxorubicin by photoinduced electron transfer // Sens. Actuators B: Chem. 2019. V. 296. Article 126656. https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.126656
  15. Castro R.C., Raposo M.M.M., Costa S.P.G. Multiplexed detection using quantum dots as photoluminescent sensing elements or optical labels // Coord. Chem. Rev. 2021. V. 448. Article 214181. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2021.214181
  16. Abramova A.M., Goryacheva I.Yu., Sukhanov P.T., Ponomaryova T.S., Goryacheva O.A. Luminescence semiconductor quantum dots in chemical analysis // J. Anal. Chem. 2021. V. 76. P. 273.) https://doi.org/10.1134/S1061934821030023
  17. Ponomaryova T.S., Goryacheva I.Yu., Drozd D.D., Goryacheva O.A. New-generation low-toxic I–III–VI2 quantum dots in chemical analysis // J. Anal. Chem. 2022. V. 77. № 4. P. 402.) https://doi.org/10.1134/S1061934822040086
  18. Bailey R.E., Nie S. Alloyed semiconductor quantum dots: tuning the optical properties without changing the particle size // J. Am. Chem. Soc. 2003. V. 125. № 23. P. 7100. https://doi.org/10.1021/ja035000o
  19. Susumu K., Oh E., Delehanty J.B., Medintz L.L. Purple-, blue-, and green-emitting multishell alloyed quantum dots: synthesis, characterization, and application for ratiometric extracellular pH sensing // Chem. Mater. 2017. V. 29. № 17. P. 7330. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.7b02174
  20. Chen X., Zhang Y., Wang F., Wang Y., Liu Y. Highly efficient and stable CdZnSeS/ZnSeS quantum dots for application in white light-emitting diode // Front. Chem. 2022. V. 10. Article 845206. https://doi.org/10.3389/fchem.2022.845206
  21. Sahu J., Sahoo H., Patra G.K., Mishra A.K. A review on alloyed quantum dots and their applications as photocatalysts // Int. J. Hydrogen Energy. 2023. V. 48. № 75. P. 29097. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.04.109
  22. Speranskaya E.S., Goryacheva I.Yu., Sukhanov P.T., Goryacheva O.A. Enzyme modulation of quantum dot luminescence: Application in bioanalysis // TrAC, Trends Anal. Chem. 2020. V. 127. Article 115897. https://doi.org/10.1016/j.trac.2020.115897
  23. Raichlin S., Katz E., Willner I. Electron-transfer quenching of nucleic acid-functionalized CdSe/ZnS quantum dots by doxorubicin: A versatile system for the optical detection of DNA, aptamer–substrate complexes and telomerase activity // Biosens. Bioelectron. 2011. V. 26. № 12. P. 4681. https://doi.org/10.1016/j.bios.2011.05.016
  24. Drozd D.D., Goryacheva I.Yu., Ponomaryova T.S., Goryacheva O.A. Luminescent alloyed quantum dots for turn-off enzyme-based assay // Anal. Bioanal. Chem. 2022. V. 414. № 15. P. 4471. https://doi.org/10.1007/s00216-022-04016-4
  25. Goryacheva O.A., Ponomaryova T.S., Drozd D.D., Goryacheva I.Yu. Silanized luminescent quantum dots for the simultaneous multicolor lateral flow immunoassay of two mycotoxins // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2020. V. 12. № 22. P. 24575. https://doi.org/10.1021/acsami.0c05099
  26. Goryacheva O.A., Drozd D.D., Ponomaryova T.S., Goryacheva I.Yu. Influence of particle architecture on the photoluminescence properties of silica-coated CdSe core/shell quantum dots // Anal. Bioanal. Chem. 2022. V. 414. № 15. P. 4427. https://doi.org/10.1007/s00216-022-04005-7
  27. Wei G., Ding P.T., Zheng J.M., Lu W.Y. Improved HPLC method for doxorubicin quantification in rat plasma to study the pharmacokinetics of micelle-encapsulated and liposome–encapsulated doxorubicin formulations // Biomed. Chromatogr. 2008. V. 22. № 11. P. 1252. https://doi.org/10.1002/bmc.1054
  28. Mescheryakova S.A., Goryacheva I.Yu., Ponomaryova T.S., Drozd D.D., Goryacheva O.A. Doxorubicin detection in plasma and blood using a luminescence turn-off nanosensor based on alloyed CdZnSeS/ZnS quantum dots // Microchim. Acta. 2025. V. 192. P. 416. https://doi.org/10.1007/s00604-025-07283-x
  29. Savla R., Taratula O., Garbuzenko O., Minko T. Tumor targeted quantum dot-mucin 1 aptamer-doxorubicin conjugate for imaging and treatment of cancer // J. Control. Release. 2011. V. 153. № 1. P. 16. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2011.02.015
  30. Gao X., Li X., Li L., Zhou J., Ma H. Detection of DNA via the fluorescence quenching of Mn-doped ZnSe D-dots/doxorubicin/DNA ternary complexes system // J. Fluoresc. 2012. V. 22. P. 103. https://doi.org/10.1007/s10895-011-0934-z
  31. Mescheryakova S.A., Goryacheva I.Yu., Ponomaryova T.S., Drozd D.D., Goryacheva O.A. Fluorescent alloyed CdZnSeS/ZnS nanosensor for doxorubicin detection // Biosensors. 2023. V. 13. № 6. P. 596. https://doi.org/10.3390/bios13060596
  32. Bagalkot V., Zhang L., Levy-Nissenbaum E., Jon S., Kantoff P.W., Langer R., Farokhzad O.C. Quantum dot–aptamer conjugates for synchronous cancer imaging, therapy, and sensing of drug delivery based on bi-fluorescence resonance energy transfer // Nano Lett. 2007. V. 7. № 10. Р. 3065. https://doi.org/10.1021/nl071546n
  33. Tsyupka D.V., Goryacheva I.Yu., Ponomaryova T.S., Drozd D.D., Goryacheva O.A. Anthracycline antibiotics detection using turn-off luminescent nanosensors // TrAC, Trends Anal. Chem. 2024. V. 177. Article 117774. https://doi.org/10.1016/j.trac.2024.117774
  34. Shah S., Liu Y., Hu W., Gao J. Fluorescence properties of doxorubicin in PBS buffer and PVA films // J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 2017. V. 170. Р. 65. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2017.03.024
  35. Changenet-Barret P., Gustavsson T., Spiegelman A., Markovitsi D. Unravelling molecular mechanisms in the fluorescence spectra of doxorubicin in aqueous solution by femtosecond fluorescence spectroscopy // Phys. Chem. Chem. Phys. 2013. V. 15. № 8. Р. 2937. https://doi.org/10.1039/C2CP44056C
  36. Porfireva A., Tikhonova S., Evuzyn G. Electrochemical sensor based on poly(Azure B)-DNA composite for doxorubicin determination // Sensors. 2019. V. 19. № 9. Р. 2085. https://doi.org/10.3390/s19092085
  37. Hamada A., Kawaguchi T., Nakano M. Clinical pharmacokinetics of cytarabine formulations // Clin. Pharmacokinet. 2002. V. 41. Р. 705. https://doi.org/10.2165/00003088-200241100-00002
  38. Афанасьев М.Е., Князева В.Б., Сотников А.Н. Токсирубицин: вклад в современную противоопухолевую терапию // Эффективная фармакотерапия. 2010. № 22. С. 46.
  39. Liao Q., Li Y., Huang C. CdS quantum dots as fluorescence probes for detection of adriamycin hydrochloride // Chem. Res. Chin. Univ. 2007. V. 23. № 2. Р. 138. https://doi.org/10.1016/S1005-9040(07)60029-4
  40. Li P., Li S., Wang Y., Zhang Y., Han H. A sensitive sensor for anthraquinone anticancer drugs and hsDNA based on CdTe/CdS quantum dots fluorescence reversible control // Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 2011. V. 392. № 1. Р. 7. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2011.08.037
  41. Li Z., Wang Y., Ni Y., Kokot S. Ratiometric fluorescence detection of doxorubicin by R-CQDs based on the inner filter effect and fluorescence resonance energy transfer // New J. Chem. 2023. V. 47. № 7. Р. 3541. https://doi.org/10.1039/D2NJ06172D
  42. Zhang L., Wang Y., Li P., Huang C. 11-Mercaptoundecanoic acid-functionalized carbon dots as a ratiometric optical probe for doxorubicin detection // ACS Appl. Nano Mater. 2021. V. 4. № 12. Р. 13734. https://doi.org/10.1021/acsanm.1c03141

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».