基于C18微盘阵列的绿色微萃取技术用于人尿液中非甾体抗炎药分析

《Microchemical Journal》：Μicrodisk Αrray for the microextraction of non-steroidal anti-inflammatory drugs from human urine coupled with HPLC-UV analysis

本研究针对生物样本中非甾体抗炎药(NSAIDs)分析前处理复杂、有机溶剂消耗大等问题，开发了一种基于C18微盘阵列(MDA)的绿色微萃取技术。研究人员通过优化萃取条件，成功实现了人尿液中酮洛芬(KETO)、非诺洛芬(FENO)和氟比洛芬(FLUR)的高效富集，结合HPLC-UV分析，方法显示出良好的线性(50-3000 ng/mL)、精密度(RSD<12.1%)和准确度(回收率89.5-106.4%)。该MDA装置可重复使用20次以上，AGREEprep评估得分为0.65，为生物样本分析提供了一种可持续、成本效益高的解决方案。

　　

在临床药物监测和药代动力学研究中，对生物样本（如尿液、血液）中的药物及其代谢物进行准确、灵敏的定量分析至关重要。非甾体抗炎药（NSAIDs）如酮洛芬（KETO）、非诺洛芬（FENO）和氟比洛芬（FLUR）广泛应用于缓解疼痛和炎症，但其在生物体液中的浓度通常较低，且样本基质复杂，对分析方法的灵敏度、选择性和通量提出了高要求。传统的样品前处理技术，如液-液萃取（LLE）和常规固相萃取（SPE），往往步骤繁琐、耗时且消耗大量有机溶剂，与环境可持续发展的理念相悖。因此，开发高效、环保、微型化的样品前处理新技术已成为分析化学领域的一个重要研究方向。

为了应对这一挑战，研究人员在《Microchemical Journal》上发表了一项研究，报道了一种新型的微盘阵列（MDA）微萃取技术，用于人尿液中NSAIDs的高效富集和测定。该研究旨在提供一个操作简便、绿色环保且成本效益高的分析方案，以满足日常生物分析的需求。

本研究主要运用了几个关键技术方法：首先，设计并组装了基于商用C18 Empore? SPE微盘的微盘阵列（MDA）装置，该装置由两个C18微盘通过不锈钢穿刺针同心固定而成；其次，系统优化了MDA微萃取的关键参数（如萃取时间、样品pH值、缓冲液浓度等），采用了Plackett-Burman实验设计和中心复合设计（FC-CCD）等统计方法；接着，利用高效液相色谱-紫外检测法（HPLC-UV）对萃取物进行分析；最后，对方法进行了全面验证（包括线性、精密度、准确度等），并应用AGREEprep指标工具评估了方法的绿色度。研究所用的人尿液样本来自健康志愿者和一位服用酮洛芬药品的患者。

3.1. 初步实验

研究人员首先验证了使用多个SPE微盘进行药物微萃取的可行性。他们将C18微盘直接浸入样品溶液，证实了吸附和解吸过程的有效性，提取回收率（%ER）在45-75%之间。随后，将微盘集成到不锈钢穿刺针上，形成了MDA装置，极大方便了操作和样品转移。实验还证实，装置中的筛板对分析物几乎没有非特异性吸附，表明MDA的选择性主要来源于C18吸附剂。

3.2. MDA微萃取参数的优化

通过考察微盘数量对萃取效率的影响，发现使用两个微盘（表面积约81.6 mm2）能获得最佳效果，增加至三个盘并未显著提升回收率。随后，通过实验设计筛选出萃取时间、样品pH和缓冲液浓度是显著影响萃取效率的关键因素。进一步的响应面优化确定最佳萃取条件为：萃取时间27分钟、样品pH 4.5、磷酸盐缓冲液浓度60 mM。在此条件下，方法的综合期望函数得分达到0.633，实现了萃取效率与时间的良好平衡。

3.3. 方法验证

所建立的方法在50-3000 ng/mL的浓度范围内呈现良好线性，相关系数（r）高于0.9975。酮洛芬、非诺洛芬和氟比洛芬的检测限（LOD）分别为12、65和9 ng/mL，定量限（LOQ）分别为40、215和30 ng/mL。日内和日间精密度（以相对标准偏差RSD%表示）均低于12.1%，准确度（相对回收率RR%）在89.5%至106.4%之间，符合生物分析方法验证的要求。空白尿液样本分析表明方法选择性良好，无干扰峰。

3.4. 吸附机制

通过吸附等温线研究，发现C18吸附剂对三种NSAIDs的吸附行为符合Langmuir和Freundlich模型，计算得出的最大吸附容量（Q_m）分别为KETO: 6022 μg/g, FENO: 9866 μg/g, FLUR: 10588 μg/g，表明C18材料对目标药物具有很强的吸附能力。Freundlich模型中的n值大于1，表明吸附过程易于进行。

3.5. 可重复使用性

耐用性测试表明，单个MDA装置在经过20次连续的萃取-解吸循环后，其萃取效率未出现统计学上的显著下降，证明该装置具有良好的稳定性和可重复使用性，有利于降低分析成本。

3.6. 应用于人尿液样本

将建立的方法应用于志愿者口服酮洛芬（OKITASK?）后收集的尿液样本，成功测定了不同时间点（0.5, 1, 2, 4, 8小时）尿样中的酮洛芬浓度，结果在105至2340 ng/mL之间，证明了该方法在实际生物样本分析中的适用性。

3.7. 与其它已发表方法的比较

与已报道的基于纤维包覆固相萃取（FPSE）、共价有机框架（COF）、金属有机框架（MOF）、中空纤维液膜微萃取（HF-LPME）、单滴微萃取（SDME）和可切换溶解度溶剂（SSS）微萃取等方法相比，本文开发的MDA方法在保持可接受的精密度和准确度的同时，避免了使用复杂或昂贵的吸附材料，装置易于制备和操作，且具有较好的绿色度。虽然其灵敏度相较于一些与质谱联用的方法稍低，但对于许多药代动力学研究和治疗药物监测（TDM）应用而言已足够。

3.8. 绿色度评估

使用AGREEprep指标工具对方法的环境友好性进行评估，总体得分为0.65（满分1），表明该方法具有相对较好的绿色性。特别是在避免使用能耗高的仪器方面得分较高，但在废物产生、自动化集成等方面仍有改进空间。

本研究成功开发并验证了一种基于C18微盘阵列（MDA）的微萃取技术，并将其与HPLC-UV结合用于人尿液中三种NSAIDs（酮洛芬、非诺洛芬、氟比洛芬）的分析。该方法操作简便，装置可重复使用，有机溶剂消耗少，且通过了严格的方法学验证。吸附等温线研究表明C18吸附剂对目标物有良好的吸附性能。实际尿样分析结果证明了方法的实用价值。与现有技术相比，该方法在绿色性、成本效益和操作便利性方面展现出优势。尽管灵敏度可能低于某些基于质谱检测的方法，但MDA平台提供了一个可持续、可扩展的微型化前处理方案。未来通过结合不同化学性质的吸附剂（如混合模式）或与更灵敏的检测器联用，有望进一步拓宽其应用范围，为复杂生物基质中目标物的高效、绿色分析提供了新思路。该研究成果为发展环境友好的生物分析方法提供了有益借鉴。