中国科学院上海硅酸盐研究所马明研究员团队《Nano Today》：融合螺旋聚焦流微反应器与高通量筛选

摩方精密

2024/06/03 13:11

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纳米药物在癌症治疗、免疫调节、透皮药物递送、皮肤护理等领域具有广泛的应用。相比于传统的纳米药物制备技术，微反应器技术（也称微流控合成技术）展现出了高可控性、可调性以及可重复性等优势。然而，目前商用的微通道反应器普遍存在耐压性能差和合成通量低等问题。尽管通过增大微通道截面的方式可以提高流体通量，但容易引起微通道内局部区域混合不充分等问题，导致纳米颗粒均一性下降。

针对以上问题，中国科学院上海硅酸盐研究所和国科大杭州高等研究院化学与材料科学学院研究人员自主开发具有全新微通道结构的螺旋聚焦流微反应器，并将其与自主开发的高通量自动化纳米颗粒筛选平台进行了有效整合，从而快速获得同时满足期望平均粒径和最小多分散系数（PDI）的载药纳米脂质体最佳制备工艺条件。相关成果以“Combined helical-blade-strengthened co-flow focusing and high-throughput screening for the synthesis of highly homogeneous nanoliposomes”为题发表在学术期刊《Nano Today》上。

本研究所开发的螺旋聚焦流微反应器采用超高精度面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术一体成型制造（摩方精密nanoArch® S140，精度：10 μm），有效克服传统键合方法所引起的通道堵塞和结构稳定性差等问题，可实现高达100 mL/min的流体通量。同时，该微反应器内含独特的螺旋子通道（图1），可数倍增强水相和醇相流体的径向混合效率。以PEG化纳米脂质体的合成为例，在不同水相/醇相流速条件下，螺旋聚焦流微反应器相比于常规3D同轴流动聚焦装置获得纳米颗粒产物的粒径PDI值明显更小，均低于0.1（图2）。螺旋聚焦流微反应器同样适用于卵磷脂等其它组成纳米脂质体的粒径均一性优化，为载药纳米脂质体的均一化和高通量制备提供了一种国产化高效策略。

图1. 螺旋聚焦流微反应器的结构示意图及实物图。

图2. 在不同流速条件（总流速和流速比）下，利用螺旋聚焦流微反应器（HBSCF）和常规3D同轴流动聚焦装置（CF）制备的PEG化纳米脂质体产物对应的平均水合动力学粒径和PDI值。

进一步，团队以螺旋聚焦流微反应器为技术核心开发了螺旋聚焦流纳米药物合成仪。该合成仪配有触屏数显界面、微反应器连接件和自动收集台等模块，具有批次间高重复性、易操作等优势，可适用于纳米脂质体、脂质纳米颗粒和其他类型纳米颗粒的高流速和均一化合成。此外，团队自主开发集高通量合成和粒径筛选为一体的自动化纳米颗粒筛选平台，以提高基于螺旋聚焦流微反应器的纳米脂质体合成工艺条件的优化效率，最终将载药纳米脂质体的粒径PDI值减少到0.04以下。鉴于该微反应器的高通量特性，研究人员无需改变微反应器类型，即可基于优选技术参数实现纳米药物的连续放大合成。上述围绕螺旋聚焦流微反应器技术开发的多种装备对提高纳米药物质量和促进产业化应用具有重要推动作用。

该研究成果由中国科学院上海硅酸盐研究所和国科大杭州高等研究院的科研人员和学生共同完成，已经获得1项国家发明专利授权及多项实用新型专利和软件著作权。研究生王浩霁、田睿智和工程师兰正义为发表论文的共同第一作者，马明项目研究员为通讯作者，该工作也受到了陈航榕研究员的大力支持。

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