脂質體納米粒（LNP）的微流控制備方法及系統組成

1.什么是脂質體

脂質體納米粒（LNP）是一種利用脂質形成的納米微粒。它具有類生物膜結構，可包封水溶性和脂溶物，具有高度的靶向性、無毒性、無免疫原性，并適于生物體內降解。脂質體作為藥物載體，能夠有效保護被包裹藥物并實現可控釋緩釋藥物，從而顯著提高藥物治療指數并降低藥物的不良反應。

脂質體給藥系統在降低藥物毒性、增加藥物在靶點聚集和提高藥物療效等方面發揮重要作用。目前已研究出膜上載有或不載靶識別分子的靶向脂質體，其中包括抗腫瘤藥、抗寄生蟲藥、抗真菌藥、激素、多肽、酶類藥物以及用于疫苗、基因治療和免疫診斷的藥物。已有許多脂質體藥物獲批并應用于醫療實踐，其中脂質納米粒是最常見的納米制劑之一。

脂質納米粒是由多組分脂質系統構成的，通常包含磷脂、可電離脂質、膽固醇和聚乙二醇化脂質。脂質納米粒能夠將治療藥物封裝并遞送到體內特定位置，并在特定時間釋放其內容物，因此為各種藥物提供了寶貴的特異性遞送渠道。在基因治療領域，使用脂質納米粒包裹核酸，如mRNA、siRNA、pDNA等，稱為核酸脂質納米粒。

 

2.采用微流控制備脂質體納米粒的優勢包括以下幾個方面：

縮短混合時間：微流控技術能夠實現高速混合，使得脂質體納米粒的制備時間大幅縮短。

提高均一性：微流控技術能夠精確控制流體的流動，從而提高納米粒的均一性，減少粒徑分布的廣度。

單分散性高（PDI低于0.2）：微流控技術可以產生高度單分散的納米粒，PDI值低于0.2，有利于藥物的傳輸和吸收。

高通量和連續生產：微流控技術可以實現高通量和連續生產，大大提高了納米粒的制備效率和產量。

納米顆粒生產的集成和自動化：微流控技術可以實現納米粒的集成和自動化生產，減少人為操作的干預，提高生產的穩定性和可重復性。

多種粒徑的單分散納米顆粒：通過精確的流速控制，微流控技術可以實現多種粒徑的單分散納米顆粒的制備，滿足不同應用需求。

多次制備的重復性好：微流控技術具有很好的重復性，可以多次制備具有相同特性的脂質體納米粒。

合成小體積（μL）和大體積（L）的脂質體納米粒：微流控技術適用于合成小體積和大體積的脂質體納米粒，滿足不同規模生產的需求。

 

3、影響脂質體納米粒合成的因素

納米脂質體合成受多種因素的影響。大部分納米脂質體應用于抗癌藥物、mRNA、siRNA等的包封。納米顆粒的大小決定了包封分子的數量，并且影響了脂質體與細胞組織之間的相互作用和釋放動力學。即使微小的粒徑差異也會導致藥物遞送效率的顯著差異。此外，粒徑大小分布也會影響包封和釋放效率。因此，精確控制納米脂質體顆粒的大小和具有較低的粒徑分布非常重要。通過微流控技術可以精確控制流體大小和兩相比例，從而精確控制粒徑的大小和分布。

合成脂質體納米粒的一個關鍵步驟是實現有機相和水相的快速混合。混合的效率和均勻性越好，獲得的脂質體納米粒的大小和分布就越精確。目前常用兩種類型的微流控芯片進行納米脂質體的合成，一種是魚骨形芯片，另一種是流動聚焦型芯片。這兩種芯片能夠實現有機相和水相的控制和快速混合，通過快速稀釋乙醇相可以獲得較小粒徑的LNP。

納米脂質體顆粒的大小不僅取決于所使用的芯片類型，還受脂質體溶液組成（如脂類類型、分子量大小、濃度等）和水溶液組成（如pH值、鹽濃度、表面活性劑）以及兩相流速比（FRR）和總流速（TFR）的影響。FRR（流速比）指的是水相流速和有機相流速的比值，它是制備LNP的重要參數。根據經驗，較高的流速比會合成較小的納米脂質體，尤其在使用流動聚焦芯片時，流速比的影響更加顯著。然而，在使用魚骨形芯片時，流速比的影響較小。

TFR（總流速）指的是水相和有機相的流速之和。當使用流動聚焦芯片時，TFR的影響較小；而當使用魚骨形芯片時，增加TFR會降低混合時間，從而使LNP顆粒變小。脂質體中脂類的組成和濃度也是決定脂質體顆粒大小的重要因素。一般情況下，較高的脂類濃度會合成較小的LNP。其他影響因素還包括pH值、溫度和緩沖液組成等。

 

4、脂質體納米粒合成系統組成

脂質體納米粒合成系統的組成包括流量控制系統和微流控芯片。流量控制系統由2通道的OB1壓力驅動的流量控制器、2個流量傳感器和2個儲液管組成。同時，還需要配備魚骨形微流控芯片和流動聚焦微流控芯片，并按照以下圖示將其連接起來。

該脂質體納米粒合成系統的原理如下：連接到壓力源的壓力控制器提供穩定的壓力數值，通過管線為密封的儲液管施加固定的壓力，從而穩定地輸出儲液管中的液體。液體經過流量傳感器測量流速并反饋給壓力控制器，以實現準確的流量控制。然后，流體穩定而準確地輸送到微流控芯片中，該芯片的具體參數可以通過計算機上的軟件進行設定和控制。2通道的壓力控制器分別控制含脂質的乙醇相和水相溶液，兩相溶液可以分別調節流速。經過流量傳感器和阻尼器后，在微流控芯片中混合，從而合成納米脂質體。通過調節乙醇相和水相的流速、流速比和總流速，可以獲得固定粒徑大小的納米脂質體。

與注射泵相比，該系統中的壓力驅動控制器具有良好的壓力穩定性、高精度流量控制、無脈動、短穩定時間和快速響應等優點，是微流控系統中性能最佳的流量控制器，也是制備納米脂質體顆粒的理想泵。

該微流控系統是專為研究者設計的脂質體納米粒合成系統，即使是沒有微流控和納米脂質體合成經驗的研究者也可以輕松合成納米脂質體。通過簡單直觀的操作指南，可以精確控制納米脂質體合成的參數，并以100ul/min-30ml/min的流速連續合成脂質體，可獲得60-250nm高分散性的納米顆粒。此系統可以根據客戶需求合成脂質體、固體脂質體粒子以及其他類型的納米顆粒。

 

法國Elveflow采用微流控系統進行細胞培養的應用案例有：

w 微流控芯片上的細胞相互作用研究

w 采用微流控系統進行研究細菌對壓力和環境變化的適應性

w 采用微流控循環閥進行細胞培養的培養基的再循環

w 動態細胞培中細胞培養的循環

w 如何在微流控芯片中進行動態細胞培養的細胞染色

w 微流控動態細胞培養中細胞培養基灌注

w 微流控動態細胞培養中自動化細胞接種

w 微流控心肌細胞培養模型

w 采用微流控細胞培養灌注系統進行快速細胞培養基的切換

w 用于微流控qPCR的熒光讀取

w 采用微流控系統進行循環腫瘤細胞的捕獲

w 微流控芯片上活細胞檢測

w 采用微流控壓力泵進行弱蛋白結合的定量

 

微流細胞培養中采用的法國Elveflow微流控系統OB1 多通道壓力泵的參數：

法國Elveflow微流控系統OB1 微流控壓力和流量控制器可以選擇1-4個通道或者更多通道，每個通道的壓力和真空范圍可選，5個可選的范圍為：0-200mbar, 0-2000mbar, 0-8000mbar, -900-1000mbar, -900mbar-6000mbar. 具有模塊化，可升級的特點，采用Elveflow ESI 軟件進行控制。

法國Elveflow微流控系統OB1 微流控壓力和流量控制器的性能參數：

w 壓力穩定性0.005% FS

w 相應時間9ms

w 壓力分辨率0.003%FS

w 穩定時間低于35ms

法國Elveflow微流控系統OB1 微流控壓力和流量控制器可用于數字微流控，流動化學&聚合物合成，細胞培養中的細胞灌注，細胞培養液的順序注射，單液滴測序，RNA 測序，芯片實驗室，器官芯片等應用。