納米藥物在癌癥治療、免疫調(diào)節(jié)、透皮藥物遞送、皮膚護(hù)理等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的納米藥物制備技術(shù)，微反應(yīng)器技術(shù)（也稱微流控合成技術(shù)）展現(xiàn)出了高可控性、可調(diào)性以及可重復(fù)性等優(yōu)勢(shì)。然而，目前商用的微通道反應(yīng)器普遍存在耐壓性能差和合成通量低等問(wèn)題。盡管通過(guò)增大微通道截面的方式可以提高流體通量，但容易引起微通道內(nèi)局部區(qū)域混合不充分等問(wèn)題，導(dǎo)致納米顆粒均一性下降。
針對(duì)以上問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所和國(guó)科大杭州高等研究院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院研究人員自主開(kāi)發(fā)具有全新微通道結(jié)構(gòu)的螺旋聚焦流微反應(yīng)器，并將其與自主開(kāi)發(fā)的高通量自動(dòng)化納米顆粒篩選平臺(tái)進(jìn)行了有效整合，從而快速獲得同時(shí)滿足期望平均粒徑和最小多分散系數(shù)（PDI）的載藥納米脂質(zhì)體最佳制備工藝條件。相關(guān)成果以“Combined helical-blade-strengthened co-flow focusing and high-throughput screening for the synthesis of highly homogeneous nanoliposomes”為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《Nano Today》上。
本研究所開(kāi)發(fā)的螺旋聚焦流微反應(yīng)器采用超高精度面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術(shù)一體成型制造（摩方精密nanoArch? S140，精度：10 μm），有效克服傳統(tǒng)鍵合方法所引起的通道堵塞和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差等問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)100 mL/min的流體通量。同時(shí)，該微反應(yīng)器內(nèi)含獨(dú)特的螺旋子通道（圖1），可數(shù)倍增強(qiáng)水相和醇相流體的徑向混合效率。以PEG化納米脂質(zhì)體的合成為例，在不同水相/醇相流速條件下，螺旋聚焦流微反應(yīng)器相比于常規(guī)3D同軸流動(dòng)聚焦裝置獲得納米顆粒產(chǎn)物的粒徑PDI值明顯更小，均低于0.1（圖2）。螺旋聚焦流微反應(yīng)器同樣適用于卵磷脂等其它組成納米脂質(zhì)體的粒徑均一性優(yōu)化，為載藥納米脂質(zhì)體的均一化和高通量制備提供了一種國(guó)產(chǎn)化高效策略。
圖1. 螺旋聚焦流微反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖及實(shí)物圖。
圖2. 在不同流速條件（總流速和流速比）下，利用螺旋聚焦流微反應(yīng)器（HBSCF）和常規(guī)3D同軸流動(dòng)聚焦裝置（CF）制備的PEG化納米脂質(zhì)體產(chǎn)物對(duì)應(yīng)的平均水合動(dòng)力學(xué)粒徑和PDI值。
進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)以螺旋聚焦流微反應(yīng)器為技術(shù)核心開(kāi)發(fā)了螺旋聚焦流納米藥物合成儀。該合成儀配有觸屏數(shù)顯界面、微反應(yīng)器連接件和自動(dòng)收集臺(tái)等模塊，具有批次間高重復(fù)性、易操作等優(yōu)勢(shì)，可適用于納米脂質(zhì)體、脂質(zhì)納米顆粒和其他類型納米顆粒的高流速和均一化合成。此外，團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)集高通量合成和粒徑篩選為一體的自動(dòng)化納米顆粒篩選平臺(tái)，以提高基于螺旋聚焦流微反應(yīng)器的納米脂質(zhì)體合成工藝條件的優(yōu)化效率，最終將載藥納米脂質(zhì)體的粒徑PDI值減少到0.04以下。鑒于該微反應(yīng)器的高通量特性，研究人員無(wú)需改變微反應(yīng)器類型，即可基于優(yōu)選技術(shù)參數(shù)實(shí)現(xiàn)納米藥物的連續(xù)放大合成。上述圍繞螺旋聚焦流微反應(yīng)器技術(shù)開(kāi)發(fā)的多種裝備對(duì)提高納米藥物質(zhì)量和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用具有重要推動(dòng)作用。
該研究成果由中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所和國(guó)科大杭州高等研究院的科研人員和學(xué)生共同完成，已經(jīng)獲得1項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)及多項(xiàng)實(shí)用新型專利和軟件著作權(quán)。研究生王浩霽、田睿智和工程師蘭正義為發(fā)表論文的共同第一作者，馬明項(xiàng)目研究員為通訊作者，該工作也受到了陳航榕研究員的大力支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102301
