基于受限访问烷基羧酸–六氟异丙醇超分子溶剂体系的空心纤维液相微萃取技术用于检测人血浆中的抗心律失常药物

《Microchemical Journal》：Hollow fiber liquid-phase microextraction based on restricted-access alkyl carboxylic acid–hexafluoroisopropanol supramolecular solvent for the determination of antiarrhythmic drugs in human plasma

　　

李小|李宣伟|颜彩霞|夏瑶坤|黄可可|陈佳

中国浙江省医科大学第一附属医院临床药学系，杭州310003

摘要

本文开发了一种烷基羧酸-六氟异丙醇（HFIP）超分子溶剂（SUPRAS），作为用于中空纤维液相微萃取（HF-LPME）的受限访问溶剂，并应用于测定人血浆中的七种抗心律失常药物（莫西利京、普萘洛尔、地尔硫卓、氨氯地平、普罗帕酮、维拉帕米和胺碘酮）。SUPRAS的形成仅需要少量的HFIP（<10%，烷基羧酸<4%时体积比v/v，w/v），并且受低离子强度（NaCl<50毫摩尔）或低有机溶剂含量（甲醇<5%，体积比v/v）的影响很小。SUPRAS由具有疏水性外表面和亲水性内腔的反向胶束聚集体组成。通过HFIP和辛酸诱导的蛋白质变性和絮凝以及SUPRAS基质的尺寸排阻作用，SUPRAS表现出受限访问行为，有效排除了大分子蛋白质（萃取效率<18.3%，溶解度<4.5毫克/毫升）。经过系统优化后，该方法与高效液相色谱-串联质谱联用，表现出可接受的分析性能。线性关系良好，相关系数介于0.9903至0.9997之间。方法检测限（信噪比=3）为0.01至0.10微克/升，定量限（S/N≥10）为0.03–0.33微克/升。添加样品的回收率在86.5–126.6%之间，仅有两种分析物在低浓度水平下略微超过130%，日内和日间精密度低于19.3%。由于中空纤维的微过滤能力和SUPRAS的受限访问特性，该方法表现出可管理的基质效应（70.6–132.5%），并且无需单独的蛋白质沉淀步骤，每次萃取仅消耗25微升SUPRAS。使用AGREEprep软件进行的绿色评估得分为0.5，证实了其良好的环境和可持续性。这种SUPRAS-HF-LPME方法简单、高效且环保，是复杂人血浆基质中抗心律失常药物检测和定量的有力策略。

引言

抗心律失常药物（AADs）是临床管理心脏心律失常的基石[1]。尽管它们的作用机制涉及离子通道调节和肾上腺素受体调节[2]，但大多数AADs的治疗窗口狭窄，个体间药代动力学变异性较大[3]、[4]。这些特性使得患者可能出现治疗效果不佳或不良心脏反应，因此治疗药物监测（TDM）在个性化剂量调整和提高临床安全性方面起着不可或缺的作用[5]。常用的AADs检测分析技术包括高效液相色谱（HPLC）和液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）[6]、[7]。然而，由于AADs在血浆中的浓度较低（通常为微克/升水平）以及内源性蛋白质、脂质和其他代谢物的严重基质干扰，其可靠的TDM在分析上仍具有挑战性[6]。这些干扰经常导致质谱信号抑制，从而影响定量准确性，除非进行有效的样品预处理[6]。AADs分析的传统样品制备方法包括液-液萃取（LLE）、固相萃取（SPE）和蛋白质沉淀。尽管这些方法应用广泛，但它们通常存在有机溶剂消耗量大、操作繁琐或处理物理化学性质多样的分析物能力有限的问题[6]、[8]。最近，为了药物和生物样品分析，开发了多种低溶剂消耗和高萃取效率的绿色液相微萃取（LPME）技术[9]、[10]、[11]、[12]。其中，中空纤维液相微萃取（HF-LPME）因其低溶剂使用量、出色的富集效率和固有的基质过滤能力而脱颖而出[13]。在AADs分析中，以前的LPME方法通常使用传统的有机溶剂（如乙腈、甲醇、二氯甲烷和氯仿）[6]、[14]、[15]、[16]，这些溶剂具有高毒性和选择性不足，通常需要溶剂蒸发步骤[16]。为了解决传统HF-LPME溶剂的局限性[17]，人们探索了包括离子液体和囊泡超分子溶剂（SUPRASs）在内的新型溶剂用于HF-LPME应用[18]、[19]、[20]、[21]。然而，中空纤维本身的过滤能力不足以完全排除血液基质中的高分子量生物分子（如蛋白质、脂质）。这一限制不仅会导致膜孔堵塞，从而阻碍分析物传递，还会在后续仪器分析过程中引入严重干扰[22]、[23]。因此，在HF-LPME之前仍需要额外的蛋白质去除步骤[22]、[23]。这些挑战阻碍了其在AAD TDM中的实际应用，突显出需要一种具有高基质选择性、广泛分析物适应性和环保性的HF-LPME兼容萃取剂的迫切需求[23]。最近，基于烷基羧酸和醇类的受限访问SUPRASs被提出用于复杂生物基质的预处理[24]，但大多数方法依赖于四氢呋喃（THF）作为共凝聚诱导剂[25]、[26]、[27]、[28]。我们的团队长期致力于利用六氟异丙醇（HFIP）（一种具有强氢键供体和氟化疏水性的优秀诱导剂[29]）推进SUPRAS技术的发展，开发了三类基于HFIP的功能性SUPRASs，并对其在生物流体和分析物中的性能进行了系统评估：（1）用于尿液中抗精神病药物的分散液-液微萃取（DLLME）的醇-HFIP SUPRASs[30]和用于血清中非甾体抗炎药物的磁性溶剂棒液相微萃取（MSB-LPME）的醇-HFIP SUPRASs[31]，这些SUPRASs具有反向胶束结构，能够排除大分子（蛋白质/多糖）[32]；（2）用于尿液中激素掺杂控制的醇二醇-HFIP两亲性SUPRASs，表现出广泛的极性适应性[33]；（3）用于尿液中高密度类固醇激素的DLLME的烷基羧酸-HFIP SUPRASs，便于微量收集[34]。总的来说，这些基于HFIP的SUPRASs表现出内在的受限访问特性、低溶剂消耗、良好的MS兼容性以及包括缩短萃取时间、提高效率和增强重复性在内的优异性能[34]。在此基础上，本研究首次将受限访问的HFIP-烷基羧酸SUPRAS与HF-LPME相结合。与之前的基于SUPRAS的LPME方法不同，本研究优化了烷基羧酸-HFIP SUPRAS，使其与HF-LPME更具兼容性。与醇/醇二醇-HFIP SUPRASs相比，烷基羧酸中的烷基链提供了相当的疏水作用，而羧基比醇中的羟基具有更强的亲水性，能够与分析物形成更强的氢键作用。这些特性使SUPRAS能够满足各种极性范围内AADs的萃取和分析要求。此外，该集成系统结合了中空纤维的尺寸排阻效应和SUPRAS的蛋白质排除特性，实现了从人血浆中直接提取多类AADs而无需额外脱蛋白。本研究开发了一种基于新型烷基羧酸-HFIP SUPRAS的HF-LPME方法，用于同时提取和测定人血浆中的七种AADs（log P 2.1–7.8），使用HFIP-水混合物自组装的SUPRAS作为萃取相。系统研究了SUPRAS的相行为、组成、微观结构和受限访问特性，优化了影响萃取效率和分析性能的关键参数，将该方法与HPLC-MS/MS联用进行了评估，并使用AGREEprep评分评估了其环保性。我们假设这种集成方法将为AAD TDM提供简单、灵敏和可持续的解决方案，从而推进个性化抗心律失常治疗。

节摘录

材料

辛酸（99.5%）、癸酸（99.0%）、月桂酸（99.0%）、HFIP（99.5%）、甲酸（98%）、莫西利京（MEX，≥98.0%）、普罗帕酮（PPF，≥98.0%）、卡维地洛（CAR，≥98.0%）、维拉帕米（VER，99.0%）、氨氯地平（AML，98.0%）、胺碘酮（AMD，≥98.0%）、地尔硫卓（DIL，≥98.0%）、牛血清白蛋白（BSA，分子生物学级）、鸡蛋白中的卵白蛋白（OVA）（≥98.0%）、蛋清中的溶菌酶（LYZ）（≥20,000 U/毫克）和双氰胺（BCA）二钠水合物试剂盒均从相应供应商处获得。

相图

图1展示了烷基羧酸-HFIP-水三元系统的相图，这些系统被两条边界线分为三个不同的区域（两相区、Eqs/SUPRAS区、均匀液相区）。观察到不同烷基羧酸之间存在明显的结构-性质关系：随着烷基链长度的增加，所需的HFIP量增加，SUPRAS形成区域逐渐变窄。辛酸被确定为最佳的羧酸用于SUPRAS的形成。

结论

本文开发了一种新的分析方法，用于同时提取和定量人血浆中的七种AADs，该方法基于辛酸-HFIP SUPRAS与HF-LPME和HPLC-MS/MS检测相结合。系统研究了SUPRAS系统的相行为、组成、微观结构和受限访问特性，证实了形成了能够与广泛极性范围内的物质发生强疏水性和氢键作用的反向胶束聚集体。

CRediT作者贡献声明

李小：写作 - 审稿与编辑，原始草稿撰写，监督，资源提供，项目管理，方法学设计，研究实施，资金获取，数据管理，概念构思。李宣伟：验证，方法学设计，研究实施，概念构思。颜彩霞：验证，方法学设计，研究实施，资金获取，概念构思。夏瑶坤：验证，方法学设计，研究实施，概念构思。黄可可：验证，方法学设计，研究实施，概念构思。

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

本工作得到了中国国家自然科学基金（授权号：82405023、82304852）、浙江省自然科学基金（授权号：LTGC23H300001）以及浙江省疾病预防与控制科技计划（授权号：2025JK022）的支持。