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Contamination of drinking water with pharmaceuticals is an emerging problem and a potential health threat. Immunochemical methods based on the binding of the analyte to specific antibodies enable fast & cost-effective on-site analyses. Magnetic bead-based immunoassays (MBBAs) allow for implementation into an immunosensor for online testing. Particles are prepared by either coupling the analyte molecule (diclofenac) or the respective antibody (amoxicillin) to the surface. For miniaturization, detection is performed electrochemically (chronoamperometry) on a microfluidic chip. The developed immunosensor will enable detection of pharmaceuticals directly in water supply pipes.
Contamination of drinking water with pharmaceuticals is an emerging problem and a potential health threat. Immunochemical methods based on the binding of the analyte to specific antibodies enable fast and cost-effective on-site analyses. Magnetic bead-based immunoassays allow for implementation into an immunosensor for online testing. These particles are prepared by either coupling the analyte molecule (diclofenac) or the respective antibody (amoxicillin) to the surface. For miniaturization, detection is performed electrochemically on a microfluidic chip. The developed immunosensor will enable detection of pharmaceuticals directly in water supply pipes.
Der Bedarf nach schnellen und kostengünstigen Analysemethoden in der (Trink-)Wasseranalytik steigt mit dem zunehmenden Eintrag pharmazeutisch aktiver Substanzen in die Umwelt.
Insbesondere die Kontamination mit Antibiotika erscheint neben ökotoxikologischen Effekten vor allem in Hinblick auf die Evolution resistenter Keime im Wasser besorgniserregend.
Wir berichten hier über die Entwicklung eines magnetpartikelbasierten Immunoassays (MBBA) zur Detektion des Breitbandantibiotikums Amoxicillin (AMX) in Wasserproben, der im Vergleich zum entsprechenden Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) eine wesentlich kürzere Analysendauer sowie einen breiteren Messbereich mit niedrigerer Nachweisgrenze aufweist. Das angewendete Assayprinzip ist dabei leicht auf weitere Analyten übertragbar und ermöglicht die Implementierung in einen Immunosensor.
Die zunehmende Kontamination von (Trink)-Wasser mit pharmazeutischen Rückständen stellt ein potenzielles Gesundheitsrisiko dar und verlangt nach schnellen und zuverlässigen Analysemethoden. Hierbei können antikörper-basierte Methoden helfen, da sie schnelle und kostengünstige Vor-Ort-Messungen sowie Onlineanalysen ermöglichen.
Der Übergang von konventionellen plattenbasierten Formaten, wie ELISA (Enzyme-linked Immunosorbent Assay), zu einem Immunosensor für Online-Messungen wird durch den Einsatz magnetischer Mikropartikel als mobile Messplattform ermöglicht.
Die Partikel werden dazu entweder mit dem Antikörper oder dem Analyten gekoppelt. Diese beiden Strategien werden am Beispiel zweier relevanter Kontaminanten des Wassers gezeigt: Diclofenac (DCF) & Amoxicillin (AMX), und sind leicht auf andere Analyten übertragbar. Die magnetpartikelbasierten Assays (MBBAs) weisen niedrigere Nachweisgrenzen, breitere Messbereiche sowie kürzere Analysezeiten als die entsprechenden ELISAs auf und können in einen Immunosensor mit elektrochemischer Detektion auf einem mikrofluidischen Chip integriert werden.
Contamination of drinking water with pharmaceuticals is an emerging problem and a potential health threat. Immunochemical methods based on the binding of the analyte to specific antibodies enable fast & cost-effective on-site analyses. Magnetic bead-based immunoassays allow for implementation into an immunosensor for online testing. Particles are prepared by either coupling the analyte molecule (diclofenac) or the respective antibody (amoxicillin) to the surface. For miniaturization, detection is performed electrochemically (chronoamperometry) on a microfluidic chip. The developed immunosensor will enable detection of pharmaceuticals directly in water supply pipes.
Contamination of the environment with antibiotics is of great concern as it promotes the evolution of antimicrobial resistances. In case of amoxicillin (AMX) in the aquatic environment, further risk arises from hydrolysis products (HPs) which can cause allergy. To assess these risks, a comprehensive investigation and understanding of the degradation of AMX is necessary. We investigated the hydrolysis rate of AMX in different types of water as well as the influence of temperature and irradiation. The content of the heavy metal ions copper and zinc was found to be crucial for the hydrolysis rate of AMX and stability of HPs. Eventually, a new degradation pathway for AMX could be elaborated and confirmed by tandem mass spectrometry (LC-MS/MS).
Contamination of drinking water with pharmaceuticals is an emerging problem and a potential health threat. Immunochemical methods based on the binding of the analyte to specific antibodies enable fast & cost-effective on-site analyses. Magnetic bead-based immunoassays (MBBAs) allow for implementation into an immunosensor for online testing. Particles are prepared by either coupling the analyte molecule (diclofenac) or the respective antibody (amoxicillin) to the surface. For miniaturization, detection is performed electrochemically (chronoamperometry) on a microfluidic chip. The developed immunosensor will enable detection of pharmaceuticals directly in water supply pipes.
Wir berichten hier über die Entwicklung plattenbasierter Magnetpartikel-Immunoassays für die Bestimmung des Breitbandantibiotikums Amoxicillin und des nicht-steroidalen Antirheumatikums Diclofenac im Trinkwasser. Für die beiden Analyten wurden unterschiedliche Ansätze entwickelt, mit partikelgebundenen Antikörpern für AMX und Analyt-gekoppelten Partikeln für DCF, die die simultane Detektion beider Kontaminanten im nanomolaren Konzentrationsbereich erlauben.
Immunanalytische Bestimmung von β-Lactam-Antibiotika und deren Hydrolyseprodukten im Trinkwasser
(2020)
Die speziellen Herausforderungen der immunanalytischen Bestimmung von β-Lactam-Antibiotika in (Trink-)Wasserproben werden anhand eines neu entwickelten ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) für das Breitbandantibiotikum Amoxicillin diskutiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Hydrolyse des Analyten einen positiven Einfluss auf die Erkennung durch den Antikörper hat. Das entsprechende Hydrolyseprodukt, zu dem der Antikörper folglich eine höhere Affinität aufweist, wurde identifiziert und ein entsprechendes Verhalten wurde auch für andere β-Lactam-Antibiotika aus der Gruppe der Penicilline beobachtet. Eine Strategie für die Analyse von Wasserproben hinsichtlich Kontamination mit den hier betrachteten β-Lactamen und deren Hydrolyseprodukten wurde ausgearbeitet.
We report the first results for the immunochemical determination of the β-lactam antibiotic drug amoxicillin (AMX) in water samples by ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay). The applied indirect competitive ELISA using a commercially available mouse anti-AMX antibody enables testing for AMX with a limit of detection of around 1 µg/L. Calibration curves of calibrators prepared in different water samples showed equal shape. This underlines the suitability of this assay for the AMX determination in these samples. Furthermore, cross-reactivities of structurally similar β-lactam antibiotics were examined and found to be low for ampicillin, penicillin G and penicillin V. In contrast, carbenicillin was recognized by the antibody even better than AMX indicating a positive effect of an additional carboxyl group on antibody binding. This is promising for further application of this assay, e.g. in the determination of the most relevant hydrolysis product of AMX, amoxicilloic acid.