Excitation energy transfer in europium complexes with doxycycline in the presence of surfactant micelles and silver nanoparticles

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Doxycycline is a broad-spectrum tetracycline antibiotic used to treat infections in humans and in veterinary medicine as a prophylactic drug and growth stimulant. For this reason, residual amounts of antibiotics in milk, meat and other food products can cause resistance and the development of allergies. In this regard, constant monitoring of residual contents of tetracyclines in food products, environmental objects, and biological fl uids is required. The purpose of this work was to study the eff ect of spherical silver nanoparticles and surfactant micelles on the intensity of sensitized fl uorescence of europium ion complexes with doxycycline and to develop a new sensitive and simple method for the fl uorimetric determination of doxycycline in solutions. As a result of the simultaneous infl uence of the energy of an external excitation source and the surface plasmon resonance of silver nanoparticles on doxycycline, the intensity of its fl uorescence increases. The probability of the ligand transition to the excited state increases signifi cantly, which contributes to the most effi cient implementation of intramolecular excitation energy transfer in the Eu3+ complex with doxycycline. We have shown that in the presence of silver nanoparticles and Eu3+ ions, the fl uorescence intensity of an analytical system containing doxycycline increases 125 times. In the presence of the nonionic surfactant Tween-80, the sensitized fl uorescence signal of the Eu3+ chelate with doxycycline increases by more than 19 times. Solubilization of the components of the analytical reaction into micelles of surfactants helps to change their protolytic properties, dehydration, increase the stability of the complexes, and the effi ciency of intramolecular energy transfer. In the combined presence of Tween-80 surfactant micelles and silver nanoparticles, an additional 27-fold increase in the fl uorescence intensity of the metal ion chelate with doxycycline is observed. Based on the conducted research, a method for the fl uorimetric determination of doxycycline using Tween-80 micelles, silver nanoclusters and Eu3+ ions in natural water has been proposed. The range of detectable concentrations is 1.0·10-7–1.0·10-5 M, detection limit (Limit of Detection) 6.0·10-8М (3 σ). The correctness of the defi nition has been controlled by the “entered–found” method. 

About the authors

Tatiana Grigorievna Danilina

Saratov State University

83, Astrakhanskaya str., Saratov, 410012, Russia

Alina V. Syardina

Saratov State University

ORCID iD: 0009-0003-7060-4969
83, Astrakhanskaya str., Saratov, 410012, Russia

Ekaterina R. Timonova,

Saratov State University

ORCID iD: 0009-0009-4068-2070
83, Astrakhanskaya str., Saratov, 410012, Russia

Natalia Vladimirovna Nevryueva

Saratov State Medical University

112, Bolshaya Kazachya Str., Saratov, 410010, Russia

Tatiana D. Smirnova

Saratov State University

83, Astrakhanskaya str., Saratov, 410012, Russia

References

  1. Tan H., Chen Y. Silver nanoparticle enhanced fl uorescence of europium (III) for detection of tetracycline in milk // Sensors and Actuators B. 2012. Vol. 173. P. 262–267. https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.06.090
  2. Navratilova P., Borkovcova I., Drackova M., Janstova B., Vorlova L. Occurrence of tetracycline, chlortetracycline and oxytetracycline residues in raw cow’s milk // Czech J. Food Sci. 2009. Vol. 27, № 5. P. 379‒385. https://doi.org/10.17221/177/2008-CJFS
  3. Zhou J., Xue X., Li Y., Zhang J., Chen F., Wu L., Chen L., Zhao J. Multiresidue determination of tetracycline antibiotics in propolis by using HPLC-UV detection with ultrasonic-assisted extraction and two-step solid phase extraction // Food Chem. 2009. Vol. 115, № 3. P. 1074‒1080. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.12.031
  4. Cinquina A. L., Longo F., Anastasi G., Giannetti L., Cozzani R. Validation of a high-performance liquid chromatography method for the determination of oxytetracycline, tetracycline, chlortetracycline and doxycycline in bovine milk and muscle // J. Chromatogr. A. 2003. Vol. 987. P. 277‒233. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(02)01446-2
  5. Fritz J. W., Zuo Y. Simultaneous determination of tetracycline, oxytetracycline, and 4-epitetracycline in milk by high-performance liquid chromatography // Food Chem. 2007. Vol. 105, № 3. P. 1297‒1301. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.03.047
  6. Hirschy L. M., van Geel T. F., Winefordner J. D. Characteristics of the binding of europium(III) to tetracycline // Anal. Chim.Acta. 1985. Vоl. 166. P. 207–219.
  7. Паращенко И. И., Смирнова Т. Д., Штыков С. Н., Кочубей В. И., Жукова Н. Н. Твердофазная, сенсибилизированная доксициклином, флуоресценция европия на силикагеле в присутствии ПАВ // Журн. аналит. химии. 2013. Т. 68, № 2. С. 125–129. https://doi.org/10.7868/S0044450213020126
  8. Штыков С. Н. Химический анализ в нанореакторах: основные понятия и применение // Журн. аналит. химии. 2002. Т. 57, № 10. С. 1018‒1028. ID: 23520679. EDN: TUSHAZ
  9. Штыков С. Н., Смирнова Т. Д., Молчанова Ю. В. Синергетические эффекты в системе европий теноилтрифторацетон-1.10-фенантролин в мицеллах блоксополимеров неионных ПАВ и их аналитическое применение // Журн. аналит. химии. 2001. Т. 56, № 10. С. 1052–1056. ID: 25074704. EDN: VCSLOX
  10. Hongliang T., Yang C. Silver nanoparticle enhanced fl uorescence of europium (III) for detection of tetracycline in milk // Sensors and Actuators B. 2012. Vol. 173. P. 262–267. https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.06.090
  11. Смирнова Т. Д., Желобицкая E. A., Данилина Т. Г. Люминесцентные свойства доксициклина в присутствии наночастиц серебра, модифицированных ионами европия // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2017. Т. 17, вып. 4. С. 370–375. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2017-17-4-370-375
  12. Смирнова Т. Д., Желобицкая Е. А., Данилина Т. Г. Влияние поверхностного плазменного резонанса на флуориметрические свойства молекул и комплексов // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2017. Т. 17, вып. 2. С. 132–137. https://doi.org/10.18500/1816- 9775-2017-17-2-132-137
  13. Смирнова Т. Д., Желобицкая Е. А., Данилина Т. Г., Симбирева Н. А. Флуоресцентные свойства доксициклина в присутствии нанокластеров серебра // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2021. Т. 64, № 1. С. 34–40. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216401.6249
  14. Smirnova T. D., Shtykov S. N., Zhelobitskaya E. A. Energy transfer in liquid and solid nanoobjects: Application in luminescent analysis // Nanoanalytics: Nanoobjects and Nanotechnologies in Analytical Chemistry. Pt. II: Application in spectrometric methods. Ch. 5 / ed. S. Shtykov. Berlin, Germany : De Gruyter., 2018. P. 131–151.
  15. Wang P., Wu T.-H., Zhang Y. Novel silver nanoparticleenhanced fluorometric determination of trace Tetracyclines in aqueous Solutions // Talanta. 2015. Vol. 146. P. 175–180. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2015.07.065
  16. Wang P., Hong Q., Liu M., Yuan H., Peng Y., Zhao J. Rapid detection of doxycycline content in duck meat by using silver nanoparticles and alkylphenols polyoxyethylene enhanced fl uorescence of europium complex // Spectroscopy Letters. 2016. Vol. 49, № 9. P. 563–567. https://doi.org/10.1080/00387010.2016.1167088
  17. Крутяков Ю. А., Кудринский А. А., Оленин А. Ю., Лисичкин Г. В. Синтез и свойства наночастиц серебра: достижения и перспективы // Успехи химии. 2008. T. 77, № 3. С. 233–257. https://doi.org/10.1070/RC2008v077n03ABEH003751
  18. Uivarosi V. Metal complexes of quinolone antibiotics and their applications: An update // Molecules. 2013. Vol. 18, № 9. P. 11153–11197. https://doi.org/10.3390/molecules180911153
  19. Бабушкина T. A., Грошева В. И., 3олин В. Ф., Коренева Л. Г. Изучение комплексообразования тетрациклина с ионами лантаноидов методами оптической и ЯМР-спектроскопии // Координационная химия. 1997. Т. 23, № 9. С. 709–711. ID: 13268398, EDN: LEJEBZ
  20. Смирнова Т. Д., Штыков С. Н., Кочубей В. И., Крючкова Е. С. Перенос энергии возбуждения в хелате европия с доксициклином в присутствии второго лиганда в мицеллярных растворах неионогенных ПАВ // Оптика и спектроскопия. 2011. Т. 110, № 1. С. 65–71. ID: 15598899, EDN: NDJCYN

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

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».