基于UV美甲胶（UV nail gel）丝网印刷的低成本纸基比色装置用于膳食补充剂中氟西汀（fluoxetine）现场筛查

《Results in Surfaces and Interfaces》：Development of a Low-Cost Paper-Based Colorimetric Device for Fluoxetine Screening in Dietary Supplements

　　

新型UV美甲胶（UV nail gel）用作纸基分析装置（PAD）制备的低成本疏水屏障。简单的丝网印刷与UV固化过程无需复杂设备。对多种酸、碱和极性溶剂具有高稳定性。通过智能手机应用程序（app）实现膳食补充剂中氟西汀（fluoxetine）的准确现场检测。

研究背景方面，肥胖和超重仍是全球公共卫生问题，减肥膳食补充剂需求持续增加。尽管已建立监管质量控制措施，非法掺入药物成分的问题仍存在。泰国医学科学厅监测报告发现膳食补充剂中掺入食欲抑制剂，包括氟西汀（fluoxetine，一种选择性5-羟色胺再摄取抑制剂，SSRI）、西布曲明、氯卡色林和芬特明，并导致相关产品撤市。氟西汀用于重性抑郁障碍和强迫症，但与自杀意念、癫痫等严重不良反应相关，泰国卫生部禁止其用于减肥补充剂。现有高效液相色谱（high-performance liquid chromatography, HPLC）、气相色谱-质谱（gas chromatography–mass spectrometry, GC-MS）、毛细管电泳（capillary electrophoresis, CE）、分光光度法和电化学法等虽灵敏准确，但通常需要复杂仪器、熟练操作和繁琐样品前处理，不适合快速现场筛查。纸基分析装置（paper-based analytical devices, PADs，一种在纤维素纸上构建疏水屏障以限定亲水反应区和流体通道的低成本、便携、一次性分析平台）因此受到关注。丝网印刷因简单、可放大和成本低而具吸引力，但现有蜡、聚合物和树脂等疏水材料仍在图案分辨率、耐化学性或加工复杂性方面受限。基于此，研究人员开发了以UV美甲胶（UV nail gel，一种经紫外光固化形成疏水薄膜的商业美甲材料）结合丝网印刷制备PAD的新方法，并用于膳食补充剂中氟西汀的比色检测，基于氟西汀与溴酚蓝（bromophenol blue, BPB，一种酸碱指示剂和离子对试剂）形成离子对复合物，并用智能手机图像分析应用程序Color Grab定量颜色强度。该研究的意义在于提供高分辨率、可重复、低成本且无需复杂仪器的现场筛查工具。

关键方法：研究人员以Whatman Grade 1滤纸为基底，将商业UV美甲胶与乙酸乙酯混合，经丝网印刷形成6 mm圆形图案，UV固化制备疏水屏障；优化混合比例和固化时间，并评价水接触角、图案分辨率、重现性及耐化学性。比色检测中，将溴酚蓝（BPB）与pH 2.0 KCl/HCl试剂预沉积于检测区，加入样品后形成蓝色离子对复合物，用智能手机拍照，经Color Grab和ImageJ提取RGB强度，以空白校正红色通道ΔR定量。真实样品包括泰国药房购得的氟西汀胶囊（Prozac^?，20 mg）、当地医院药房的氟西汀片剂及市售膳食补充剂基质；以分光光度法进行机制验证和参考比较。

研究结果如下。

3.1 UV美甲胶丝网印刷方法优化
3.1.1 UV美甲胶浓度与固化时间的影响：研究人员通过不同UV美甲胶与乙酸乙酯比例及不同固化时间制备PAD，并用Allura Red AC红染料评估屏障性能。比例为4:1和5:1时亲水区尺寸明确、边界清晰；比例2:1、3:1和3:2因黏度较低，印刷时易渗漏，导致亲水区小于设计尺寸。固化时间达到10 min或更久时，可获得符合圆形设计的亲水图案。因此选择4:1混合比例和10 min固化时间作为优化制备条件。
3.1.2 疏水性、分辨率与重现性：通过水接触角测定，UV美甲胶屏障接触角为109.3°，大于90°，证明疏水屏障成功形成。显微观察显示红染料被限制在亲水区内，未穿透疏水屏障；不同图案均可有效限制染料并实现无泄漏流动。通道宽度在0.3–3.5 mm范围内测试，低于1.0 mm的通道不能支持染料完全流动，最小有效宽度为1.0 mm。20个独立PAD设计直径6 mm，实测直径为6.05 ± 0.07 mm，相对标准偏差（relative standard deviation, RSD）为1.22%，表明制备重现性高。优化后的4:1配方黏度平衡，可完全垂直渗透纸基厚度并限制侧向毛细渗漏；UV交联后与纤维素纤维结合，形成均一密封垂直屏障。低黏度未优化混合物则出现屏障破坏和液体泄漏。
3.1.3 化学兼容性：研究人员将UV美甲胶屏障暴露于有机溶剂、碱、酸、盐和表面活性剂。结果表明，该屏障对多数酸、碱、盐和极性有机溶剂稳定；但在非极性溶剂己烷和庚烷以及所有测试表面活性剂中失效，可能由于聚合物溶胀和表面活性剂破坏屏障-纸界面疏水相互作用。该材料适用于含酸性、碱性、中性水溶液的比色分析，以及部分萃取用有机溶剂。
3.2 PAD上比色方法优化：研究人员评估空白校正红色、绿色和蓝色通道信号。质子化氟西汀与BPB生成蓝色离子对复合物，蓝色物质在红光区吸收最强，因此红色通道ΔR灵敏度最高，且较绿色和蓝色通道具有更高校准斜率和信噪比，蓝色通道变化可忽略。预沉积试剂体积5 μL最理想，过低导致检测区覆盖不全，过高导致试剂过载和成像重现性下降。BPB浓度在1×10^-3、2×10^-3、3×10^-3和4×10^-3 mol L^-1中，4×10^-3 mol L^-1红通道线性最佳；更高浓度导致背景增强和RGB传感器饱和。pH 2–4范围内，pH 2提供最佳线性（R²=0.9982）和最高斜率；氟西汀pKa约9.8，在强酸性下保持质子化阳离子，BPB pKa约4.0，pH 2有利于其磺酸阴离子与氟西汀阳离子形成稳定离子对复合物。反应约4 min达到稳定，因此选择4 min作为反应时间。
3.3 分析性能：以空白校正红色通道ΔR构建校准曲线，氟西汀在10–160 mg L^-1范围内线性良好，R²=0.9907。检测限（limit of detection, LOD）和定量限（limit of quantification, LOQ）分别为3.1 mg L^-1和10.3 mg L^-1。以40 mg L^-1氟西汀评估精密度，批内RSD为2.46%，批间连续5天RSD为2.74%，表明操作精密度稳健。
3.4 实际适用性与基质耐受评价：研究人员先通过溶液相分光光度法验证离子对复合物形成，仅用于机制验证。随后分析未加标商业膳食补充剂配方和加标30 mg L^-1的样品。未加标样品均未检出，低于LOD。加标样品回收率为94.3%–106.2%，与分光光度法相比相对误差为3.51%–11.01%。结果表明复杂膳食补充剂基质未造成明显背景干扰或信号抑制；单水平加标挑战支持该装置作为资源有限环境中的一线筛查工具，但法规定量合规仍需三级加标验证。
3.5 PAD储存性与货架期：将预沉积BPB和酸性试剂的PAD密封于含硅胶干燥剂的聚乙烯袋中，用铝箔避光，在室温25 ± 2 °C储存4周。每周检测显示，第4周仍保留95.4%基线分析响应，RSD低于3.5%；UV美甲胶屏障无结构降解、龟裂或流体泄漏。表明该PAD具有稳健货架期，适合长期储存和分布式检测。

讨论与结论部分，原文强调该PAD面向初步现场筛查，不替代HPLC等高精度实验室方法，但其简单、低成本、响应快速，适合产品安全一线监测。结论翻译如下：本研究证明UV美甲胶可作为新型疏水材料，通过丝网印刷方法制备纸基分析装置（PADs）。该制备过程简单、低成本，可在室温下进行且无需专用设备，支持快速和可规模化生产PAD。所开发的UV美甲胶基PAD已成功用于膳食补充剂样品中氟西汀的比色测定和筛查。该平台的分析可行性得到基础分光光度机制验证支持，确认了离子对体系的化学可靠性。尽管该PAD针对初步现场筛查优化，不能替代HPLC等高精度实验室方法，但其简单性、成本效益和快速响应使其成为产品安全一线监测的有价值工具。