Assessment of infrared and intrinsic fluorescence spectroscopy for characterization of microbiological contamination in drug products

Tese de mestrado, Engenharia Farmacêutica, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2012This work compared Fourier-transform mid- and near-infrared spectroscopy and intrinsic fluorescence spectroscopy techniques in the rapid classification of drug products contaminant microorganisms Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enterica and Staphylococcus aureus. This work also assessed the potential use of near infrared spectroscopy to detect contamination by the referred microorganisms, using saline solutions at increasingly smaller concentration levels of bacterial cells. Due to the large amount of data generated by these spectroscopic techniques, several chemometric methods were used to perform spectral data analysis, namely principal component analysis, hierarchical cluster analysis and partial least squares discriminant analysis. The discriminant analysis model applied to mid-infrared and fluorescence spectra was able to accurately classify the four bacterial species (100% of correct predictions), demonstrating the ability of these analytical methods to successfully discriminate between different genus of bacterial cells. Near infrared spectroscopy showed also potential for the discrimination of the analysed bacteria species (although less accurate). This methodology proved its ability to detect contamination in a simple matrix (saline solution) of Staphylococcus aureus and Escherichia coli at 10 CFU/mL and 102 CFU/mL, respectively. Its application in cells detection would be an interesting subject for future investigation.Este trabalho compara as técnicas de espectroscopia de infravermelho médio e próximo com transformada de Fourier e espectroscopia de fluorescência intrínseca na rápida classificação de microorganismos contaminantes de fármacos, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella enterica e Staphylococcus aureus. Este trabalho também avalia o uso da espectroscopia de infravermelho próximo para detecção de contaminação pelos microorganismos mencionados, utilizando soluções salinas contaminadas com concentrações cada vez menores de células bacterianas. Devido à grande quantidade de dados gerados por estas técnicas espectroscópicas, utilizaram-se vários métodos quimiométricos para analisar os dados espectrais, nomeadamente, análise de componentes principais, análise por agrupamento hierárquico e análise discriminante pelo método dos mínimos quadrados parciais. O modelo de análise discriminante aplicado aos espectros de infravermelho médio e fluorescência intrínseca classificou com precisão as quatro espécies bacterianas (100% de previsões correctas) e permitiu demonstrar a capacidade destes métodos analíticos de discriminar entre géneros diferentes de células bacterianas. A espectroscopia de infravermelho próximo também demonstrou potencial para a discriminação das bactérias analisadas (embora menos precisa). Esta metodologia demonstrou capacidade para detectar a contaminação de uma matriz (solução salina) por Staphylococcus aureus e Escherichia coli em 10 UFC/mL e 102 UFC/mL, respectivamente. A sua aplicação na detecção de células bacterianas seria um tema interessante para futuras investigações