脂质体纳米粒（LNP）的微流控制备方法

微流控芯片

1.什么是脂质体

脂质体（Liposome）是一种具有靶向给药功能的新型药物制剂，是利用磷脂双分子膜形成的囊泡包裹药物分子形成的制剂，兼具亲水和疏水特性。脂质纳米粒（Lipid Nanoparticle，LNP）是使用脂质形成纳米微粒的一种。脂质体是目前药物输送系统中研究极为广泛的纳米药物载体，脂质体具有类生物膜结构，可包封水溶性和脂溶性药物。。具有选择性高、无毒性、无免疫原性、适于生物体内降解等特点。脂质体作为药物载体，具有高度的靶向性、能有效保护被包裹药物并可控释缓释药物、显著提高药物治疗指数、降低药物的不良反应。

脂质体给药系统在降低药物毒性、增加药物在靶点聚集和提高药物疗效等方面有非常重要的作用。目前研究人员已设计出膜上载有或不载靶识别分子的靶向脂质体，包括抗肿瘤药、抗寄生虫药、抗真菌药、激素、多肽、酶类药物及用于疫苗、基因治疗和免疫诊断的药物。许多脂质体药物已获批并应用于医疗实践，已经上市的纳米药物已经有50种，包括多种纳米制剂，脂质纳米粒是其中的佼佼者。脂质纳米粒是多组分脂质系统，通常包含磷脂、可电离脂质、胆固醇和聚乙二醇化脂质。脂质纳米粒能够将治疗药物封装并递送到体内特定位置并在特定时间释放其内容物，因此为各种药物提供了宝贵的特异性递送渠道。通常使用脂质纳米粒直接包裹化学药物，但在基因治疗领域，使用脂质纳米粒包裹核酸，如mRNA、siRNA、pDNA等，称为核酸脂质纳米粒。

2. 采用微流控制备脂质体纳米粒的优势

脂质体纳米粒LNP的传统制备方法包括沉淀法，乳化法，溶剂蒸发及超声波处理等方法，但是传统制备方法存在粒径分布广和批间重复性差的问题，对药物开发的临床试验和生产具有很大影响。而微流控技术是作为制备纳米脂质体的因为就具有以下优势而引起人们的极大关注。

采用微流控制备脂质体纳米粒的优势包括：

Ø 缩短混合时间

Ø 提高均一性

Ø 单分散性高（PDI低于0.2）

Ø 高通量和连续生产

Ø 纳米颗粒生产的集成和自动化

Ø 通过精确的流速控制，可实现多种粒径的单分散纳米颗粒

Ø 多次制备的重复性好

Ø 使用同一流量控制系统合成小体积（μL）和大体积（L）的脂质体纳米粒

3、影响脂质体纳米粒合成的因素

大部分纳米脂质体应用都用于抗癌药物，mRNA，siRNA等包封。纳米颗粒的大小决定包封分子数量，并影响LNP 与细胞组织的相互作用及释放动力学，粒径的微小差异都可以引起药物递送效率的极大不同。此外，粒径大小分布也会引起包封和释放效率的不同，因此精确控制纳米脂质体颗粒的大小和具有低的粒径分布是及其重要，微流控技术可以精确控制流体的大小和两相的比例，从而精确控制粒径的大小和分布。

合成脂质体纳米粒非常重要部分是实现有机相和水相的快速混合，混合的效率和均一性越好，获得脂质体纳米粒的大小和分布越精确。

目前常采用两种类型的微流控芯片进行纳米脂质体的合成，一种是鱼骨形芯片，一种是流动聚焦型芯片，这两种芯片可以实现有机相和水相的控制和快速混合，乙醇相的快速稀释可获得小粒径的LNP。

纳米脂质体颗粒的大小不仅取决于所用芯片，而且受脂质体溶液组成（类型，分子量大小，浓度等）和水溶液组成（pH，盐浓度，表面活性剂）以及两相流速比（FRR）及总流速（TFR）的影响。

FRR( flow rate ratio)是指水相流速和有机相流速的比，是制备LNP 重要的参数，依据经验较高的流速比会合成较小的纳米脂质体，尤其采用流动聚焦芯片时，FRR影响更大，而使用人字形芯片是，FRR 影响较小。

TFR（total flow rate）是指水相和有机相和流速之合，当使用流动聚焦芯片是，TFR 影响较小，而使用鱼骨形芯片时，提高TFR会降低混合时间，从而使得LNP颗粒变小。

有机相中脂类的组成及脂类的浓度也是觉得脂质体颗粒大小的重要因素，一般情况下，高的脂类浓度会合成较小的LNP。其他影响因素还包括pH值，温度，缓冲液组成等。

4、脂质体纳米粒合成系统组成

脂质体纳米粒合成系统需要流量控制系统和微流控芯片，具体包括2通道的微量注射泵，2个流量传感器，2个储液管以及微流控芯片。采用鱼骨形微流控芯片和流动聚焦微流控芯片的具体连接如下图：

此脂质体纳米粒合成系统的原理是，连接至压力源的压力控制器提供一个稳定的压力数值，通过管线为密封储液管施加固定的压力，从而将储液管中的液体稳定的输出，并经过流量传感器，流量传感器测定流量并反馈给压力控制器，从而达到精确流量控制的目的，随后流体被稳定、精确的输送到微流控芯片中，具体参数可通过电脑上的软件进行控制设定。2通道的微量注射泵分别控制含脂质的乙醇相和水相溶液，两相溶液可以分别调节流速，经过流量传感器和阻尼器后在微流控芯片中混合，从而合成纳米脂质体，具体可以通过调节乙醇相及水相的流速，流速比及总流速，获得固定粒径大小的纳米脂质体。

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