Evaluación de soportes impresos en 3D para el desarrollo de dispositivos de microextracción en fase sólida con película fina (TFME)

Abstract

[spa] Las técnicas tradicionales de extracción, como la extracción en fase sólida (SPE) y la extracción líquido-líquido (LLE), requieren grandes cantidades de disolventes, lo que aumenta los costes y el impacto ambiental. Como alternativas más sostenibles, han surgido técnicas como la microextracción en fase sólida (SPME) y la microextracción en película delgada (TFME), que reducen significativamente el uso de disolventes. Ambas técnicas utilizan pequeñas cantidades de fase extractante para adsorber analitos de muestras líquidas, sólidas o gaseosas, destacándose por su eficiencia, simplicidad, menor manipulación y la posibilidad de automatización. Por tal motivo, se decidió diseñar un dispositivo impreso en 3D, recubriéndolo con una película fina para llevar a cabo TFME. Para esto, se evaluaron diferentes materiales de impresión:1) resinas poliméricas Clear y Rigid 10 K en impresoras de estereolitografía (STL) y 2) polipropileno (PP) a través de impresión por filamento fundido (FF). Estos soportes fueron recubiertos con una solución de poliacrilonitrilo (PAN) en dimetilformamida (DMF) como polímero de anclaje al 7 % w/w, dopada con un 10 % w/w de resina HLB, con el propósito de realizar la microextracción en película delgada de ciprofloxacino. Esta combinación de materiales y recubrimientos permitió analizar la eficacia del dispositivo en términos de extracción, optimizando así el soporte impreso para el análisis del fármaco. Se seleccionó la resina Rigid 10 K ya que presentó el menor índice de interferencias derivadas del polímero de impresión. Con el dispositivo fabricado con esta resina, se logró un rendimiento de extracción del 72,38%, utilizando un tiempo óptimo de extracción de 60 minutos y el mismo tiempo para el proceso de desorción. Estos resultados destacan la efectividad de Rigid 10 K como soporte para el recubrimiento y la extracción en el proceso de análisis, minimizando interferencias y optimizando las condiciones de extracción y desorción del analito. Por tanto, el dispositivo desarrollado puede ser utilizado para la determinación de ciprofloxacino y compuestos análogos en muestras de agua, gracias a su buena reproducibilidad de recubrimiento (con un RSD=4,7%) y alto rendimiento de extracción. Estos resultados demuestran la eficiencia del dispositivo, que además tiene el potencial de ser utilizado en trabajos de campo para la extracción in situ de analitos, ampliando sus aplicaciones en entornos reales

[cat] Les tècniques tradicionals d'extracció, com l'extracció en fase sòlida (SPE) i l'extracció líquid-líquid (LLE), requereixen grans quantitats de dissolvents, la qual cosa augmenta els costos i l'impacte ambiental. Com a alternatives més sostenibles, han sorgit tècniques com la microextracció en fase sòlida (SPME) i la microextracció en pel·lícula prima (TFME), que redueixen significativament l'ús de dissolvents. Ambdues tècniques utilitzen petites quantitats de fase extractant per adsorbir anàlits de mostres líquides, sòlides o gasoses, i esstaquen per la seva eficiència, simplicitat, menor manipulació i la possibilitat d' automatització. Per aquest motiu, es va decidir dissenyar un dispositiu imprès en 3D, recobrint-lo amb una pel·lícula fina per dur a terme TFME. Per a això, es van avaluar diferents materials d'impressió:1) resines polimèriques Clear i Rigid 10 K en impressores d'estereolitografia (STL) i 2) polipropilè (PP) a través d'impressió per filament fos (FF). Aquests suports van ser recoberts amb una solució de poliacrilonitril (PAN) en dimetilformamida (DMF) com a polímer d'ancoratge al 7 % w/w, dopada amb un 10 % w/w de resina HLB, amb el propòsit de realitzar la microextracció en pel·lícula prima de ciprofloxacino. Aquesta combinació de materials i recobriments va permetre analitzar l' eficàcia del dispositiu en termes d' extracció, optimitzant així el suport imprès per a l' anàlisi del fàrmac. Es va seleccionar la resina Rigid 10 K ja que va presentar el menor índex d'interferències derivades del polímer d'impressió. Amb el dispositiu fabricat amb aquesta resina, es va aconseguir un rendiment d'extracció del 72,38%, utilitzant un temps òptim d'extracció de 60 minuts i el mateix temps per al procés de desorció. Aquests resultats destaquen l' efectivitat de Rigid 10 K com a suport per al recobriment i l' extracció en el procés d' anàlisi, minimitzant interferències i optimitzant les condicions d' extracció i desorció de l' anàlit. Per tant, el dispositiu desenvolupat és pot ser utilitzat per a la determinació de ciprofloxacino i compostos anàlegs en mostres d'aigua, gràcies a la seva bona reproducibilitat de recobriment (amb un RSD=4,7%) i alt rendiment d'extracció. Aquests resultats demostren l' eficiència del dispositiu, que a més té el potencial de ser utilitzat en treballs de camp per a l' extracció in situ d' anàlits, ampliant les seves aplicacions en entorns reals

[eng] Traditional extraction techniques, such as solid-phase extraction (SPE) and liquid-liquid extraction (LLE), require large amounts of solvents, increasing costs and environmental impact. As more sustainable alternatives, techniques such as solid-phase microextraction (SPME) and thin-film microextraction (TFME) have emerged, which significantly reduce solvent use. Both techniques use small amounts of extractive phase to adsorb analytes from liquid, solid or gaseous samples, standing out for their efficiency, simplicity, less handling and the possibility of automation. For this reason, it was decided to design a 3D printed device, coating it with a thin film to carry out TFME. For this, different printing materials were evaluated: 1) Clear and Rigid 10 K polymer resins in stereolithography (STL) printers and 2) polypropylene (PP) through fused filament (FF) printing. These supports were coated with a solution of polyacrylonitrile (PAN) in dimethylformamide (DMF) as a 7% w/w anchoring polymer, doped with 10% w/w of HLB resin, for the purpose of performing thin-film microextraction of ciprofloxacin. This combination of materials and coatings made it possible to analyse the effectiveness of the device in terms of extraction, thus optimising the printed support for the analysis of the drug. The Rigid 10 K resin was selected as it presented the lowest interference rate derived from the printing polymer. With the device made with this resin, an extraction yield of 72.38% was achieved, using an optimal extraction time of 60 minutes and the same time for the desorption process. These results highlight the effectiveness of Rigid 10 K as a support for coating and extraction in the analysis process, minimizing interference and optimizing the extraction and desorption conditions of the analyte. Therefore, the developed device can be used for the determination of ciprofloxacin and analogous compounds in water samples, thanks to its good coating reproducibility (with an RSD=4,7%) and high extraction yield. These results demonstrate the efficiency of the device, which also has the potential to be used in field work for the in-situ extraction of analytes, expanding its applications in real environments