《Journal of Chromatography A》：Sustainable Three-Dimensional Printed Devices for Thin-Film Solid-Phase Microextraction in Green and Efficient Determination of Isoflavones in Environmental Waters
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3D打印聚酰胺6薄层固相微萃取装置用于水样中异黄酮高效富集，优化溶剂和参数后LOD达1.5 μg L?1，回收率69%-109%，可重复使用10次以上。
弗朗西埃尔·克罗切塔·图拉齐（Francielle Crocetta Turazzi）|达纳伊·曼佐·海梅（Danay Manzo Jaime）|莱昂纳多·桑塔纳（Leonardo Santana）|卢西亚娜·埃菲廷（Luciane Effiting）|爱德华多·卡拉塞克（Eduardo Carasek）|吉列尔梅·马里兹·德奥利维拉·巴拉（Guilherme Mariz de Oliveira Barra）
巴西圣卡塔琳娜联邦大学机械工程系，弗洛里亚诺波利斯，88040900
摘要
本研究报道了一种基于熔融丝材制造（FFF）3D打印技术的高效样品制备方法，该方法用于制备薄膜固相微萃取（TF-SPME）装置，用于检测水样中的四种异黄酮：染料木黄酮（DA）、甘氨酸异黄酮（GLY）、染料木素（GEN）和佛波那酮（FOR）。本研究使用了11种不同的丝材来制造装置，以评估它们对萃取效率的影响。除了选择合适的打印装置外，还通过单变量和多变量策略优化了关键参数，包括脱附溶剂、脱附和萃取时间、样品pH值以及盐析效应。在所有测试的丝材中，聚酰胺6（PA6）因其对所有分析物的较高萃取效率而被确定为最佳选择。萃取步骤包括：1.5毫升样品，pH值调整至6，加入15%的氯化钠（NaCl），萃取时间为30分钟；随后用300微升甲醇（MeOH）进行液相脱附，再脱附30分钟。该方法的分析参数表现出良好的性能，决定系数（R2）等于或大于0.9930。所有分析物的检出限（LOD）和定量限（LOQ）分别为1.5和5微克/升（μg L?1），精密度等于或低于12.3%。回收率在69%到109%之间，未观察到基质效应。该方法分析了从不同地点采集的7个水样，结果发现这些分析物要么未检出，要么其浓度低于方法的检出限。经过清洁处理后，这些装置可重复使用最多10次。
引言
近年来，水环境中新兴污染物（ECs）的不断增加引起了人们的广泛关注[1,2]。ECs是合成或天然化学物质，通常不在环境中进行常规监测，但可能对生态系统和人类健康构成潜在风险[3]。其中，如染料木黄酮（DA）、甘氨酸异黄酮（GLY）、染料木素（GEN）和佛波那酮（FOR）等植物雌激素因其潜在的内分泌干扰作用而受到关注，即使是在微量浓度下也是如此[4,5]。
豆科植物，特别是大豆、豌豆和扁豆，含有丰富的异黄酮[6]。由于这些化合物与雌激素雌二醇具有结构相似性，它们可以与雌激素受体结合，影响人类和动物的激素活性[7]。尽管异黄酮具有降低癌症风险和提供心血管保护等益处，但它们也可能影响水生生物的繁殖和发育[8],[9],[10],[11]。因此，应监测水体中的这些化合物。
这些化合物通过农业径流、废水排放和工业废水进入水环境，因此经常在各种水体中被检测到[8,12,13]。由于异黄酮的浓度较低且样品基质复杂，其在环境水样中的检测具有分析挑战性[6]。因此，在色谱分析之前，有效的样品制备步骤至关重要，以便分离和富集这些分析物[14]。
传统的样品制备技术，如液-液萃取（LLE）和固相萃取（SPE）已被广泛用于此目的。然而，这些方法通常需要较长的萃取时间和大量的溶剂消耗，这与绿色分析化学（GAC）的原则相悖[15,16]。近年来，3D打印（增材制造）作为一种有前景的替代方法出现，能够快速且经济高效地制造用于分析化学应用的定制装置[17],[18],[19],[20]。
在各种技术中，熔融丝材制造（FFF）是最常用且易于获取的方法。该技术利用专用软件将数字模型转换为逐层沉积丝材的指令，从而逐层构建装置[21]。FFF使得可以设计并生产出具有定制几何形状的装置，这可以增加接触表面积，提高萃取效率，并便于与自动化分析系统集成。这些优势体现在方法开发的灵活性、可重复性和可持续性上[22,23]。
目前仅有少数聚合物被用于FFF制备分析装置。例如，商业丝材LAY-FOMM已被用于制造薄壁开口管[24,25]、与96孔板系统兼容的装置[26]以及搅拌棒[27]。此外，聚酰胺6（PA6）和聚酰胺12（PA12）也被用于打印样品制备装置[28,29]。尽管取得了这些进展，但据我们所知，3D打印装置（特别是用于从环境水样中提取植物雌激素的薄膜固相微萃取（TF-SPME）叶片的应用仍尚未得到充分探索。
在此背景下，本研究旨在利用FFF技术开发用于TF-SPME的3D打印萃取装置。这些装置设计为可以直接与96孔板系统集成，实现水环境基质的高通量样品制备，以便使用高效液相色谱-二极管阵列检测（HPLC-DAD）方法测定染料木黄酮（DA）、甘氨酸异黄酮（GLY）、染料木素（GEN）和佛波那酮（FOR）。
试剂和材料
使用的溶剂包括：乙腈（ACN，≥99.9%，Sigma-Aldrich，美国）、甲醇（MeOH，≥99.9%，Honeywell，美国）和乙醇（EtOH，99.5%，NEON，巴西）。超纯水通过纯化系统（Mega Purity，美国）获得。每种分析标准品（染料木黄酮（DA）、甘氨酸异黄酮（GLY）、染料木素（GEN）和佛波那酮（FOR）的储备溶液（浓度为100毫克/升，溶于甲醇）均由Sigma-Aldrich公司提供，纯度大于98%。这些分析物的性质和结构已给出。
萃取效率
在方法优化之前，使用11种不同的商业丝材通过FFF技术制作的3D打印装置进行了初步筛选，以确定哪种聚合物对四种异黄酮的萃取效率最高。该研究采用单变量方法进行了两次重复实验。此外，还使用超纯水（未添加分析物）进行了萃取实验，以确保在分析物的保留时间内不会出现干扰峰。
结论
本研究成功开发了一种分析方法，利用3D打印的TF-SPME装置测定环境水样中的四种异黄酮：染料木黄酮（DA）、甘氨酸异黄酮（GLY）、染料木素（GEN）和佛波那酮（FOR）。为此，测试了11种不同的商业丝材，以研究它们的聚合物组成对萃取效率的影响。其中，使用PA6打印的装置表现出最佳性能，因此被选为进一步优化和验证的对象。
作者贡献声明
弗朗西埃尔·克罗切塔·图拉齐（Francielle Crocetta Turazzi）：撰写——原始草稿、可视化、验证、方法学、研究、数据分析、概念化。达纳伊·曼佐·海梅（Danay Manzo Jaime）：撰写——审稿与编辑、方法学、研究、概念化。莱昂纳多·桑塔纳（Leonardo Santana）：撰写——审稿与编辑、方法学、研究、概念化。卢西亚娜·埃菲廷（Luciane Effiting）：撰写——审稿与编辑、研究、概念化。爱德华多·卡拉塞克（Eduardo Carasek）：资源协调、项目管理、资金获取。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者衷心感谢国家科学技术发展委员会（Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq）（资助编号：173483/2023-2、150688/2024-5、300144/2025-3）以及圣卡塔琳娜州研究与创新基金会（Funda??o de Amparo à Pesquisa e Inova??o do Estado de Santa Catarina – FAPESC）（资助编号：21/2024）提供的财政支持。
