Development of the restricted access carbon nanotubes as extracting phase for microextraction of drugs and canabinoids in plasma samples and UHPLC-MS/MS analysis

Em razão da complexidade das amostras biológicas, a etapa de preparo de amostras tem sido requerida para remover macromoléculas (principalmente proteínas) e pré-concentrar os analitos, quase sempre presentes em níveis de traços. Dentre os recentes avanços das técnicas de preparo de amostras, podemos destacar o desenvolvimento de fases extratoras seletivas e a miniaturização dos sistemas analíticos, que possibilita a redução tanto do consumo de solvente orgânico quanto do volume de amostras biológicas. Nesta tese, o capítulo I apresenta os principais desafios: (i) do preparo de amostras para aplicações bioanalíticas e (ii) do desenvolvimento de fases extratoras inovadoras para técnicas de microextração, como os materiais de acesso restrito e os nanotubos de carbono funcionalizados. O capítulo II descreve o desenvolvimento de nanotubos de carbono de acesso restrito (RACNTs) como fase extratora para a técnica de microextração em sorvente empacotado (MEPS) para a determinação de antipsicóticos (clorpromazina, clozapina, olanzapina e quetiapina) em amostras de plasma por UHPLC-MS/MS. As fases extratoras RACNTs foram sintetizadas através do entrecruzamento de albumina sérica bovina na superfície externa de nanotubos de carbono comerciais, criando uma barreira de exclusão por tamanho. Os RACNTs sintetizados excluíram cerca de 97% das proteínas plasmáticas e foram reutilizados em aproximadamente 100 ensaios, sem perda da performance analítica (exatidão e precisão ≤ 15%). A avaliação das variáveis MEPS (pH da amostra, ciclos de extração, solvente e volume de dessorção) favoreceu a sensibilidade e seletividade analítica. O método MEPS/UHPLC-MS/MS apresentou linearidade na faixa de concentração do limite inferior de quantificação (10,0 ng.mL-1) até o limite superior de quantificação (200-700 ng.mL-1) com coeficientes de determinações superiores a 0,99. A exatidão e precisão variaram de -8,01 a 11,53 % e 2,98 a 12,85, respectivamente. O efeito residual e o efeito matriz (CV: 5,6 a 14,33 %) não foram considerados significativos. Este método inovador foi aplicado com sucesso para a determinação de antipsicóticos em amostras de plasma de pacientes esquizofrênicos para fins de monitorização terapêutica. O capítulo III descreve o desenvolvimento de RACNTs contendo nanopartículas magnéticas incorporadas (M-RACNTs) como fase extratora para microextração em fase sólida (SPME) para determinação direta (sem pré-preparo de amostra) de canabinóides (canabidiol e tetrahidrocanabinol) em amostras de plasma por UHPLC-MS/MS. A fase adsortiva foi imobilizada em um dispositivo SPME por interações eletromagnéticas entre os M-RACNTs e um ímã cilíndrico de neodímio (3 mm de diâmetro x 8 mm de altura) fixado a uma haste de aço inoxidável (3 mm de diâmetro x 40 mm altura). A fase RACNT foi caracterizada por microscopia eletrônica de varredura, infravermelho com transformada de Fourrier, análise termogravimétrica e calorimetria diferencial exploratória. A avaliação da influência das variáveis na SPME: pH da solução diluente (5,0; 9,0), tempo de sorção (1 min; 20 min), tempo de dessorção (1 min; 5 min), solvente de dessorção (acetonitrila; metanol), volume de dessorção (100µL; 300µL) foi realizada através do planejamento fatorial fracionário (2 k - 1 ) (k = 5). O tempo de sorção e o volume de dessorção foram consideradas varáveis estatisticamente significativas no processo SPME. O método SPME/UHPLC-MS/MS foi validado em conformidade com as diretrizes de validação internacional (Food and drug administration), apresentando linearidade adequada (coeficiente de determinação superior a 0,99) em concentrações que variam do limite inferior de quantificação (LIQ) (10 ng.mL-1 ) ao limite superior de quantificação (300 ng.mL-1 ). A exatidão e precisão variaram de -4.47 a 19.84% (LIQ) e -6.90 a 17.78% (LIQ). O carry over e o efeito matriz (4,07 a 12,31 %) não foram considerados significativos. Por fim, o método inovador foi aplicado para a determinação de canabinóides em amostras plasma de voluntários em dois cenários envolvendo a administração de canabinóides.Due to the complexity of biological samples, the sample preparation step has been required to remove macromolecules (mainly proteins) and pre-concentrate the analytes, almost always present at trace levels. Among the recent advances in sample preparation techniques, we can highlight the development of selective extractor phases and the miniaturization of analytical systems that make it possible to reduce both the consumption of organic solvent and the volume of biological samples. In this thesis, chapter I presents the main challenges: (i) of the sample preparation for bioanalytical applications and (ii) of the development of innovative extractive phases for microextraction techniques, such as restricted access materials and functionalized carbon nanotubes. Chapter II describes the development of restricted access carbon nanotubes (RACNTs) as an extractive phase for the packed sorbent microextraction (MEPS) technique for the determination of antipsychotics (chlorpromazine, clozapine, olanzapine and quetiapine) in plasma samples by UHPLC- MS/MS. The RACNTs extractive phases were synthesized by crossing bovine serum albumin on the external surface of commercial carbon nanotubes, creating a size exclusion barrier. The RACNTs synthesized excluded approximately 97% of plasma proteins and they were reused in approximately 100 assays without loss of analytical performance (accuracy and precision ≤ 15%). The evaluation of MEPS variables (sample pH, extraction cycles, solvent and desorption volume) favored analytical sensitivity and selectivity. The MEPS/UHPLC-MS/MS method showed linearity in the concentration range from the lower limit of quantification (10.0 ng.mL-1) to the upper limit of quantification (200-700 ng.mL-1) with coefficients of determinations greater than 0.99. Accuracy and precision ranged from - 8.01 to 11.53% and 2.98 to 12.85, respectively. Carry over and matrix effect (CV: 5.6 to 14.33%) were not considered significant. This innovative method has been successfully applied for the determination of antipsychotics in plasma samples from schizophrenic patients for therapeutic monitoring purposes. Chapter III describes the development of RACNTs containing embedded magnetic nanoparticles (M-RACNTs) as extractive phase for solid phase microextraction (SPME) for direct determination (without sample pre-preparation) of cannabinoids (cannabidiol and tetrahydrocannabinol) in plasma samples by UHPLC-MS/MS. The adsorptive phase was immobilized in an SPME device by electromagnetic interactions between the M-RACNTs and a cylindrical neodymium magnet (3 mm in diameter x 8 mm in height) fixed to a stainless steel rod (3 mm in diameter x 40 mm in height). The RACNT phase was characterized by scanning electron microscopy, infrared with Fourrier transform, thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. The evaluation of the influence of variables on SPME: pH of the diluent solution (5.0 - 9.0), sorption time (1 min; 20 min), desorption time (1 min; 5 min), desorption solvent (acetonitrile and methanol), desorption volume (100µL; 300µL) was performed using fractional factorial design (2k - 1) (k = 5). Sorption time and desorption volume were considered statistically significant variables in the SPME process. The SPME/UHPLC-MS/MS method was validated in accordance with international validation guidelines (Food and drug administration), showing adequate linearity (coefficient of determination greater than 0.99) at concentrations that vary from the lower limit of quantification (LOQ) (10 ng.mL-1) to the upper limit of quantification (300 ng.mL-1), The accuracy and precision ranged from -4.47 to 19.84% (LOQ) and -6.90 to 17.78% (LOQ). Carry over and matrix effect (4.07 to 12.31%) were not considered significant. Finally, the innovative method was applied for the determination of cannabinoids in plasma samples from volunteers in two scenarios involving the administration of cannabinoids