低成本3D打印集成开源电子平台的聚酰胺非涂层吸附微萃取装置开发与环境污染物分析

本研究针对自动化样品前处理设备成本高昂的问题，开发了集成Arduino开源平台的3D打印聚酰胺非涂层吸附微萃取(PANDA)装置。该装置可实现48孔同步萃取，结合LC-MS/MS成功检测20种污染物，成本仅为商用设备的1/10，为预算有限的实验室提供了高效自动化解决方案。

　　

在分析化学领域，自动化样品前处理技术一直是亟待突破的瓶颈。尽管商业设备性能优异，但其高昂价格令全球众多实验室望而却步。传统固相萃取(SPE)和液液萃取(LLE)不仅操作繁琐，还面临溶剂消耗大、健康风险高等问题。近年来兴起的微萃取技术虽更环保，却仍依赖大量人工操作，易引入误差。更令人困扰的是，针对新兴的聚酰胺非涂层吸附微萃取(PANDA)技术，市场上竟缺乏专用电子控制设备。

这一困局被来自巴西国家3D打印与先进材料科学技术研究所的研究团队打破。他们巧妙融合3D打印与开源电子技术，开发出革命性的低成本自动化PANDA装置。该研究发表在《Analytica Chimica Acta》上，通过48孔深孔板系统结合LC-MS/MS，成功实现对20种环境污染物（包括有机磷农药、药物和个人护理品）的高通量检测。

研究团队采用熔融沉积建模(FDM)技术打印聚乳酸(PLA)构件，集成Arduino控制的三轴运动系统。核心创新在于设计了可装载48个聚酰胺-15%碳纤维(PA+15%C)萃取片的模块化支架，配合磁力搅拌实现批量处理。通过多变量优化确定最佳条件：3mL水样搅拌萃取120分钟，300μL甲醇:乙腈(1:1)解吸10分钟。方法验证显示线性良好(R²

0.9841)，LOD低至0.03μg L^-1
，相对回收率达83.2-113.4%。

设计制造萃取装置
3D打印的模块化结构包含垂直支撑、磁力搅拌器基座和可调节支架，通过步进电机实现z轴精准定位。电子控制系统采用Arduino Mega 2560主板，配合定制PCB板驱动电机和传感器，总成本不足商用设备10%。

方法优化与验证
碳纤维增强的聚酰胺材料展现出最佳吸附性能。方法验证证实其高灵敏度（LOQ 0.1-10.0μg L^-1
）和良好精密度（日内1.5-16.3%，日间4.0-18.2%）。实际水样检测成功检出尼古丁、双氯芬酸等污染物。

结论与意义
这项研究开创性地将3D打印与开源电子技术引入PANDA领域，解决了传统微萃取技术自动化程度低、成本高的双重难题。装置不仅实现48样本同步处理，其模块化设计更支持功能扩展。相比商业设备，该方案成本降低90%，且无需专业操作技能。研究为资源有限实验室提供了可行的自动化解决方案，其技术路线可推广至其他微萃取技术，对推动绿色分析化学发展具有里程碑意义。环境水样的成功应用验证了装置的实用价值，为环境污染监测提供了新工具。