基于贻贝仿生磁性分子印迹聚合物纳米粒子的左氧氟沙星血浆固相萃取新方法研究

《BMC Chemistry》：Synthesis and characterization of core-shell mussel inspired magnetic molecularly imprinted polymer nanoparticles for the solid phase extraction of levofloxacin in human plasma

本研究针对生物基质中药物分析样品前处理复杂耗时的难题，开发了一种贻贝仿生磁性分子印迹聚合物纳米粒子(Fe3O4@MIP NPs)，通过单步自聚合工艺将Fe3O4核合成、自聚合和分子印迹集成，成功应用于人血浆中左氧氟沙星(LFX)的固相萃取，回收率达93.5%，为复杂生物基质中药物快速选择性提取提供了新颖经济的技术平台。

　　

在当今医药研究领域，准确测定生物基质中的药物浓度对于药物开发、毒理学研究和治疗药物监测具有重要意义。然而，血浆等生物体液的复杂性使得直接分析变得困难重重，必须依赖有效的样品前处理步骤。传统的样品制备方法如蛋白沉淀、液液萃取和固相萃取往往耗时耗力，占据了整个分析过程三分之二的时间，成为分析误差的主要来源。

特别是在治疗多重耐药结核病(MDR-TB)时，左氧氟沙星(LFX)作为一线药物，其血药浓度监测对优化治疗效果和避免细菌耐药性产生至关重要。但现有的色谱分析技术虽然灵敏特异，却需要繁琐的样品前处理过程，这在资源有限的环境中尤为棘手。

在这项发表于《BMC Chemistry》的研究中，Mouhamed等人创新性地开发了一种核心壳结构的贻贝仿生磁性分子印迹聚合物纳米粒子(Fe₃O₄@MIP NPs)，为左氧氟沙星的血浆分析提供了简单高效的解决方案。这种新型材料巧妙结合了磁性纳米粒子的快速分离特性和分子印迹技术的高选择性，同时借鉴了贻贝粘附蛋白的自聚合特性，实现了在单一反应步骤中完成材料制备的全过程。

研究人员采用的关键技术方法包括：通过共沉淀法制备磁性Fe₃O₄纳米粒子核心；利用甲基多巴(PMD)在弱碱性Tris缓冲液中自聚合形成贻贝仿生涂层；以左氧氟沙星为模板分子构建分子印迹位点；通过动态光散射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、能量色散X射线光谱、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱对材料进行全面表征；结合紫外-可见分光光度法进行结合实验和优化提取条件；使用来自VACSERA的人血浆样本进行方法验证。

表征Fe₃O₄@MIP NPs

通过动态光散射粒径分析发现，未修饰的裸Fe₃O₄纳米粒子的平均直径约为176.9纳米，而修饰后的Fe₃O₄@MIP NPs直径增加至905纳米，超过700纳米的增量表明聚合过程成功进行，磁性纳米粒子表面有效包覆了印迹聚合物层。

扫描电镜结果显示，Fe₃O₄@MIP NPs表面不均匀且存在多个孔洞，成功证实了模板分子LFX的有效吸附。虽然磁性纳米粒子因强磁偶极-偶极相互作用倾向于聚集形成大簇，但大量官能团仍可在外部表面保持可及性，这解释了研究中观察到的持续吸附性能。

XPS分析证实了Fe_2p、O_1s、N_1s和C_1s特征峰的存在，表明甲基多巴成功在Fe₃O₄磁性纳米粒子表面自聚合形成均匀的PMD涂层。

EDX元素分析显示Fe、C、O、N的存在，进一步证实了聚合物在Fe₃O₄@MIP NPs表面的成功形成。高达75wt%的Fe含量和显著的O含量证实了铁氧化物基磁性纳米粒子的合成，而相对较高的C含量(12.5wt%)支持了有机壳或稳定剂涂层的存在。

分析技术

傅里叶变换红外光谱分析显示，甲基多巴的特征性氨基分叉峰显著减弱或位移，表明甲基多巴在MIP形成过程中成功发生了氧化自聚合。吸附实验证明，经过三次10%乙酸洗脱后，LFX在聚合物上的吸附相对减少，表明LFX与聚合物之间的吸附作用合理。

紫外-可见分光光度法进一步验证了Fe₃O₄@MIP NPs对LFX的提取能力。与未孵育Fe₃O₄@MIP NPs的对照样品相比，孵育后的LFX样品几乎无吸收，表明Fe₃O₄@MIP对模板药物具有更高的吸附性。

优化分子印迹磁性固相萃取程序

通过系统优化发现，Fe₃O₄@MIP NPs的ζ电位值为-23.5mV，表明具有适度的胶体稳定性，有助于维持印迹结合位点的可及性并增强与左氧氟沙星的静电相互作用。最佳提取条件为：提取时间25分钟，pH值7.0，吸附剂用量50mg。

结合测试表明，50mg MIP NPs对50.0μg/mL浓度LFX的吸附率为86%，但随着浓度增加至200.0μg/mL(76%)和300μg/mL(70.3%)，吸附率逐渐下降。

选择性测试

选择性评估显示，Fe₃O₄@MIP NPs对LFX的印迹因子(IF)为2.08，显著高于环丙沙星(1.63)和万古霉素(1.25)，表明印迹聚合物在大小、形状和结构上与LFX互补，对竞争药物具有更高的吸附位点数量和选择性。

样品处理

在实际血浆样品应用中，Fe₃O₄@MIP NPs成功提取了93.5%的LFX，符合FDA关于治疗药物监测的验收标准(偏差≤20%)，表明该方法对血浆中LFX的特异性、选择性和提取效率均达到临床应用要求。

本研究成功开发了一种高效经济的磁性分子印迹纳米粒子合成方法。Fe₃O₄@MIP NPs通过表面印迹和自聚合技术制备，所选单体功能有效，其与贻贝粘附特性的结合改善了吸附性能，避免了磁性固相萃取中耗时的操作。该方法提供了快速、精确和可循环的提取过程，具有增强的样品净化能力。最终，Fe₃O₄@MIP NPs可成为生物样品预浓缩中传统提取技术的重要替代方案，特别适用于资源有限环境下左氧氟沙星的治疗药物监测。

与既往报道的氟喹诺酮类提取方法相比，本方法的回收率具有可比性，同时其简化合成和成本效益的优势为常规临床应用提供了明显优势。这项研究不仅为复杂生物基质中药物分析提供了创新技术平台，也为资源有限地区开展治疗药物监测提供了实用解决方案，对改善多重耐药结核病患者的治疗结果具有重要意义。