antibioticsАнтибиотики и ХимиотерапияAntibiot Khimioter = Antibiotics and Chemotherapy0235-2990ООО «Издательство ОКИ»10.37489/0235-2990-2020-65-1-2-3-9antibiotics-702Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL PAPERSМикробный датчик для определения активности амоксициллинаMicrobial Sensor for Determination of Amoxicillin ActivityГулийО. И.GuliyO. I.

Саратов

Saratov

guliy_olga@mail.ruЗайцевБ. Д.ZaitsevB. D.

Саратов

Saratov

СмирновА. В.SmirnovA. V.

Москва

Moscow

КараваеваО. А.KaravaevaO. A.

Саратов

Saratov

АлсовэйдиА. К. М.AlsowaidiA. К. М.

Саратов

Saratov

ЛарионоваО. С.LarionovaO. S.

Саратов

Saratov

БородинаИ. А.BorodinaI. A.

Саратов

Saratov

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН; Саратовский государственный аграрный университет им. Н. И. ВавиловаРоссияInstitute of Biochemistry and Physiology of Plants and Microorganisms, RAS; Saratov State Vavilov Agrarian UniversityRussian FederationИнститут Радиотехники и Электроники им В.А. Котельникова РАН, Саратовский филиалРоссияKotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, RAS, Saratov BranchRussian FederationИнститут радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАНРоссияKotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics, RASRussian FederationИнститут биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАНРоссияInstitute of Biochemistry and Physiology of Plants and Microorganisms, RASRussian FederationСаратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. ЧернышевскогоРоссияSaratov State UniversityRussian FederationСаратовский государственный аграрный университет им. Н. И. ВавиловаРоссияSaratov State Vavilov Agrarian UniversityRussian Federation202023052020651-239Copyright © Гулий О.И., Зайцев Б.Д., Смирнов А.В., Караваева О.А., Алсовэйди А.К., Ларионова О.С., Бородина И.А., 20202020Гулий О.И., Зайцев Б.Д., Смирнов А.В., Караваева О.А., Алсовэйди А.К., Ларионова О.С., Бородина И.А.Guliy O.I., Zaitsev B.D., Smirnov A.V., Karavaeva O.A., Alsowaidi A.К., Larionova O.S., Borodina I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.antibiotics-chemotherapy.ru/jour/article/view/702

Разработан датчик на основе электродинамического сверхвысокочастотного (СВЧ) резонатора для определения антибактериальной активности антибиотиков на примере амоксициллина. В качестве чувствительного элемента датчика использовали микробные клетки, иммобилизованные на поверхности плёнки полистирола. Определены оптимальные условия иммобилизации микробных клеток Escherichia coli Xl-1 на поверхности тонкой плёнки полистирола, модифицированной в плазме высокочастотного разряда аргона и нанесённой на пластину ниобата лития. Исследовано влияние амоксициллина на иммобилизованные микробные клетки с помощью СВЧ резонатора. Установлено, что воздействие амоксициллина (от 5 до 50 мкг/мл) приводит к существенному изменению коэффициента отражения S11 на резонансной частоте от пластины ниобата лития в интервале от -12,6 дБ до -15,1 дБ. Показано, что с помощью микробного датчика на основе электродинамического СВЧ резонатора можно определять антибактериальную активность препаратов в исследуемом диапазоне концентраций при времени анализа 15 мин.

A sensor based on the electrodynamic microwave resonator has been developed to determine the antibacterial activity of antibiotics using amoxicillin as an example. Microbial cells immobilized on the polystyrene film surface were used as a sensitive element of the sensor. The optimal conditions for the immobilization of Escherichia coli Xl-1 microbial cells on the surface of a thin polystyrene film modified in high-frequency argon discharge plasma and deposited on a lithium niobate plate were determined. The effect of amoxicillin on immobilized microbial cells was studied using the developed sensor. It has been established that the increase in con- centration of amoxicillin from 5 to 50 μg/ml leads to a significant change in the reflection coefficient S11 at the resonance frequency from the lithium niobate plate in the range of -12.6 dB — -15.1 dB. It has been shown that the developed sensor allows determining the antibacterial activity of drugs in the studied concentration range with an analysis time of 15 min.

Escherichia coliамоксициллиниммобилизациятонкие плёнкиполистиролмикробный сенсоркоэффициент отраженияантибактериальная активностьEscherichia coliamoxicillinimmobilizationthin filmspolystyrenemicrobial sensorreflection coefficientantibacterial activityReferencesDe Miguel-Ramos M., Díaz-Dura ´ n B., Escolano J., Barba M., Mirea T., Olivares J. et al. Gravimetric biosensor based on a 1.3 GHz AlN shearmode solidly mounted resonator. Sensors and Actuators B 2017; 239: 1282–1288. doi: 10.1016/j.snb.2016.09.079De Miguel-Ramos M., Díaz-Dura ´ n B., Escolano J., Barba M., Mirea T., Olivares J. et al. Gravimetric biosensor based on a 1.3 GHz AlN shearmode solidly mounted resonator. Sensors and Actuators B 2017; 239: 1282–1288. doi: 10.1016/j.snb.2016.09.079Di Pietrantonioa F., Benettia M., Cannatàa D., Veronab E., Girasolec M., Foscac M. et al. A Shear horizontal surface acoustic wave biosensor for a rapid andspecific detection of d-serine. Sensors and Actuators 2016; 226: 1–6. doi: 10.1016/j.snb.2015.11.099Di Pietrantonioa F., Benettia M., Cannatàa D., Veronab E., Girasolec M., Foscac M. et al. A Shear horizontal surface acoustic wave biosensor for a rapid andspecific detection of d-serine. Sensors and Actuators 2016; 226: 1–6. doi: 10.1016/j.snb.2015.11.099Шукшина Е.И, Фарафонова О.В., Шанин И.Л, Гражулене С.С., Еремин С.Л., Ермолаева Л.Н. Аффинные взаимодействия на поверхности пьезоэлектрического сенсора, модифицированного углеродными нанотрубками, при определении фторхинолонов. Сорбционные и хроматографические процессы. - 2018. - № 18 (3). - С. 394-403. https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2018.18/544.Shukshina E.I., Farafonova O.V., Shanin I.A., Grazhulene S.S., Eremin S.A., Ermolaeva T.N. Affinnye vzaimodejstviya na poverkhnosti p'ezoelektricheskogo sensora, modifitsirovannogo uglerodnymi nanotrubkami, pri opredelenii ftorkhinolonov. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy 2018; 18 (3): 394–403. [in Russian] https://doi.org/10.17308/sorpchrom.2018.18/544.Фарафонова О.В., Потанина А.Ю., Тарасова Н.В., Ермолаева Т.Н. Синтез методом фотополимеризации и применение тонких плёнок полимеров с молекулярными отпечатками для молекулярного распознавания цефалоспоринов. Сорбционные и хроматографические процессы. - 2018. - № 18 (4). - С. 495-504.Farafonova O.V., Potanina A.Jyu., Tarasova N.V., Ermolaeva T.N. Sintez metodom fotopolimerizatsii i primenenie tonkikh plenok polimerov s molekulyarnymi otpechatkami dlya molekulyarnogo raspoznavaniya tsefalosporinov. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy 2018; 18 (4): 495–504. [in Russian]Don E., Farafonova Î., Pokhil S., Barykina D., Nikiforova M., Shulga D. et al. Use of Piezoelectric Immunosensors for Detection of Interferon-Gamma Interaction with Specific Antibodies in the Presence of Released-Active Forms of Antibodies to Interferon-Gamma. Sensors (Basel) 2016; 16 (1): 96. doi:10.3390/s16010096Don E., Farafonova Î., Pokhil S., Barykina D., Nikiforova M., Shulga D. et al. Use of Piezoelectric Immunosensors for Detection of Interferon-Gamma Interaction with Specific Antibodies in the Presence of Released-Active Forms of Antibodies to Interferon-Gamma. Sensors (Basel) 2016; 16 (1): 96. doi:10.3390/s16010096Фарафонова О.В., Шукшина Е.И., Гражулене С.С., Ермолаева Т.Н. Поверхностные ансамбли на основе углеродных нанотрубок в пьезоэлектрическом иммуносенсоре для высокочувствительного определения рактопамина. Сорбционные и хроматографические процессы. - 2017. - № 17 (4). - С. 548-556.Farafonova O.V., Shukshina E.I., Grazhulene S.S., Ermolaeva T.N. Poverkhnostnye ansambli na osnove uglerodnykh nanotrubok v p'ezoelektricheskom immunosensore dlya vysokochuvstvitel'nogo opredeleniya raktopamina. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy 2017; 17 (4): 548–556. [in Russian]Гулий О.И., Зайцев Б.Д., Смирнов А.В., Караваева О.А., Бородина И.А. Биосенсор для детекции бактериофагов на основе сверхвысокочастотного резонатора. Прикладная биохимия и микробиология. - 2017. - № 53 (6). - С. 642-650. doi: 10.7868/S0555109917060083Gulij O.I., Zajtsev B.D., Smirnov A.V., Karavaeva O.A., Borodina I.A. Biosensor dlya detektsii bakteriofagov na osnove sverkhvysokochastotnogo rezonatora. Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya 2017; 53 (6): 642–650. [in Russian] doi: 10.7868/S0555109917060083Tsui O.K.C. Polymer thin films. World Scientific. Ño-edited by O. K. C. Tsui and T. P. Russell, World Scientific, Singapore; 2008; 267–294.Tsui O.K.C. Polymer thin films. World Scientific. Ño-edited by O. K. C. Tsui and T. P. Russell, World Scientific, Singapore; 2008; 267–294.Otero T.F. Polymer sensors and actuators. Eds. Y. Osada, D. E. De Rossi. Berlib; Springer; 2000; 295–324.Otero T.F. Polymer sensors and actuators. Eds. Y. Osada, D. E. De Rossi. Berlib; Springer; 2000; 295–324.Sheremet'ev S.V., Shtejnberg E.M. Ispol'zovanie funktsional'nykh polimerov v meditsine. Kazan': SibAK; 2012. [in Russian]Sheremet'ev S.V., Shtejnberg E.M. Ispol'zovanie funktsional'nykh polimerov v meditsine. Kazan': SibAK; 2012. [in Russian]Chu P.K., Chen J.Y., Wang L.P., Huang N. Plasma-surface modification of biomaterials. Mat Sci Eng R 2002; 36 (5): 143–206.Chu P.K., Chen J.Y., Wang L.P., Huang N. Plasma-surface modification of biomaterials. Mat Sci Eng R 2002; 36 (5): 143–206.Jacobs T., Morent R., De Geyter N., Dubruel P., Leys Ñ. Plasma Surface Modification of Biomedical Polymers: Influence on Cell-Material Interaction Plasma. Chem Plasma Process 2012; 32 (5): 1039–1073.Jacobs T., Morent R., De Geyter N., Dubruel P., Leys Ñ. Plasma Surface Modification of Biomedical Polymers: Influence on Cell-Material Interaction Plasma. Chem Plasma Process 2012; 32 (5): 1039–1073.European Medicines Agency, European Surveillance of Veterinary Antimicrobial Consumption, 2017.European Medicines Agency, European Surveillance of Veterinary Antimicrobial Consumption, 2017.Antibiotic Resistance Protocols: Second Edition, Gillespie SH, McHugh TD (eds.), Methods in Molecular Biology, vol. 642, Springer Science+Business Media, LLC 2010.Antibiotic Resistance Protocols: Second Edition, Gillespie SH, McHugh TD (eds.), Methods in Molecular Biology, vol. 642, Springer Science+Business Media, LLC 2010.Gulij O.I., Zajtsev B.D., Semenov A.S., Larionova O.S., Karavaeva O.A., Borodina I.A. Otsenka vozdejstviya amoksitsillina na mikrobnye kletki metodom elektroakusticheskogo analiza. Biofizika 2018; 63 (3): 496–502. [in Russian]Gulij O.I., Zajtsev B.D., Semenov A.S., Larionova O.S., Karavaeva O.A., Borodina I.A. Otsenka vozdejstviya amoksitsillina na mikrobnye kletki metodom elektroakusticheskogo analiza. Biofizika 2018; 63 (3): 496–502. [in Russian]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.