Desarrollo de un dispositivo impreso en 3D para la extracción de sulfonamidas y su posterior determinación mediante HPLC-DAD

Abstract

[spa] En los últimos años, se ha generado una creciente preocupación respecto a la contaminación producida por contaminantes emergentes. Entre ellos, destacan especialmente en el grupo de los fármacos, los antibióticos, cuyo uso indiscriminado ha provocado la aparición de cepas de bacterias súper-resistentes a antibióticos específicos como las sulfonamidas. En este contexto, este trabajo de fin de grado (TFG) propone el diseño, fabricación, optimización y aplicación de un dispositivo impreso en 3D para la extracción de sulfonamidas y su posterior determinación mediante HPLC-DAD. Para ello se ha diseñado un dispositivo cúbico, compuesto por tetraedros intercalados formando canales internos que le proporcionan una elevada relación superficie- volumen que funciona como soporte para una resina de extracción en fase sólida. El dispositivo se ha impreso mediante estereolitografía (SLA) y recubierto con una resina de extracción en fase sólida (Oasis MCX), empleando una técnica de impregnación previa al curado (Stick and cure). Se llevaron a cabo ensayos para optimizar la extracción de sulfonamidas, considerando las variables (i) tipo de eluyente, (ii) volumen de eluyente y (iii) tiempo de retención. Como resultado se utilizaron 5 ml de una disolución de metanol:hidróxido de amonio (95:5 v/v) y 30 min de extracción bajo agitación. Bajo estas condiciones óptimas se han extraído con el dispositivo 3D recubierto, y separado y detectado mediante HPLC-DAD, siete sulfonamidas: sulfanilamida, sulfadiazina, sulfamerazina, sulfametazina, sulfametoxipiridazina, sulfametoxazol y sulfadimetoxina. También se han obtenido curvas de calibrado para cada sulfonamida empleando el dispositivo desarrollado, todas con un buen ajuste (R2 > 0,993). A continuación, se han llevado a cabo una serie de extracciones de estas sulfonamidas a distintas concentraciones obteniendo hasta un 72% de extracción, un factor de enriquecimiento de hasta 7 veces, unos límites de detección entre 4 y 21 ppb y unos límites de cuantificación entre 31 y 70 ppb.

[cat] En els últims anys, s'ha generat una creixent preocupació respecte a la contaminació produïda per contaminants emergents. Entre ells, destaquen especialment en el grup dels fàrmacs, els antibiòtics, l'ús indiscriminat dels quals ha provocat l'aparició de ceps de bacteris súper-resistents a antibiòtics específics com les sulfonamides. En aquest context, aquest treball de fi de grau (TFG) proposa el disseny, fabricació, optimització i aplicació d'un dispositiu imprès en 3D per a l'extracció de sulfonamides i la seva posterior determinació mitjançant HPLC-DAD. Per a això s'ha dissenyat un dispositiu cúbic, compost per tetraedres intercalats formant canals interns que li proporcionen una elevada relació superfície – volum que funciona com a suport per a una resina d'extracció en fase sòlida. El dispositiu s'ha imprès mitjançant estereolitografía (SLA) recobert amb resina Oasis MCX, emprant una tècnica de post-curat (Stick and cure). Es van dur a terme assajos per a optimitzar l'extracció de sulfonamides, considerant les variables (i) tipus de eluent, (ii) volum de eluent i (iii) temps de retenció. Com a resultat es van utilitzar 5 ml d'una dissolució de metanol:hidròxid d'amoni (95:5 v/V) i 30 min d'extracció sota agitació. Sota aquestes condicions òptimes s'han extret amb el dispositiu 3D recobert, separat i detectat mitjançant HPLC-DAS, set sulfonamides: sulfanilamida, sulfadiazina, sulfamerazina, sulfametazina, sulfametoxipiridazina, sulfametoxazol i sulfadimetoxina. També s'han obtingut corbes de calibrat per cada sulfonamide empleant el dispositiu desenvolupat, totes amb un bon ajust (R2 > 0,993). A continuació, s'han dut a terme una sèrie d'extraccions d'aquestes sulfonamides a diferents concentracions obtenint fins a un 72% d'extracció, un factor d'enriquiment de fins a 7 vegades, uns LOD entre 4 i 21 ppb i uns LOQ entre 31 i 70 ppb.

[eng] In recent years, there has been growing concern about pollution caused by emerging pollutants. Among them, they are particularly prominent in the group of drugs, antibiotics, whose indiscriminate use has led to the emergence of strains of super-resistant bacteria to specific antibiotics such as sulfonamides. In this context, this Degree Final Project proposes the design, manufacture, optimization, and application of a 3D printed device for the extraction of sulfonamides and their subsequent determination using HPLC-DAD. For this a cubic device, formed by tetrahedra intercalated to form internal channels that provide a high surface – volume ratio, has been designed to work as a support for a solid phase extraction resin. The device has been printed using stereolithography (SLA) and functionalized with resin Oasis MCX, using the stick and cure technique. Several assays were carried out to optimize the sulfonamide extraction, considering the variables (i) eluent type, (ii) eluent volume and (iii) retention time. As a result, 5 ml of a methanol: ammonium hydroxide solution, (95:5 V/V) and 30 min of extraction under agitation were used. Under these optimal conditions, seven sulfonamides: sulfanilamide, sulfadiazine, sulfamerazine, sulfamethazine, sulfamethoxypyridazine, sulfamethoxazole, and sulfadimethoxine have been extracted using the functionalized 3D device and separated and detected by HPLC-DAD. Calibration curves for each sulfonamide using the device developed were obtained with a good fit (R2>0.993). Then, several extraction assays were performed at different concentrations reaching up to 72% extraction efficiency, an enrichment factor of up to 7 times, detection limits between 4 and 21 ppb, and quantification limits between 31 and 70 ppb.