脂质体纳米粒（LNP）的微流控制备方法及系统组成

1.什么是脂质体

脂质体纳米粒（LNP）是一种利用脂质形成的纳米微粒。它具有类生物膜结构，可包封水溶性和脂溶物，具有高度的靶向性、无毒性、无免疫原性，并适于生物体内降解。脂质体作为药物载体，能够有效保护被包裹药物并实现可控释缓释药物，从而显著提高药物治疗指数并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发挥重要作用。目前已研究出膜上载有或不载靶识别分子的靶向脂质体，其中包括抗肿瘤药、抗寄生虫药、抗真菌药、激素、多肽、酶类药物以及用于疫苗、基因治疗和免疫诊断的药物。已有许多脂质体药物获批并应用于医疗实践，其中脂质纳米粒是最常见的纳米制剂之一。

脂质纳米粒是由多组分脂质系统构成的，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。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包括以下几个方面：

缩短混合时间：微流控技术能够实现高速混合，使得脂质体纳米粒的制备时间大幅缩短。

提高均一性：微流控技术能够精确控制流体的流动，从而提高纳米粒的均一性，减少粒径分布的广度。

单分散性高（PDI低于0.2）：微流控技术可以产生高度单分散的纳米粒，PDI值低于0.2，有利于药物的传输和吸收。

高通量和连续生产：微流控技术可以实现高通量和连续生产，大大提高了纳米粒的制备效率和产量。

纳米颗粒生产的集成和自动化：微流控技术可以实现纳米粒的集成和自动化生产，减少人为操作的干预，提高生产的稳定性和可重复性。

多种粒径的单分散纳米颗粒：通过精确的流速控制，微流控技术可以实现多种粒径的单分散纳米颗粒的制备，满足不同应用需求。

多次制备的重复性好：微流控技术具有很好的重复性，可以多次制备具有相同特性的脂质体纳米粒。

合成小体积（μL）和大体积（L）的脂质体纳米粒：微流控技术适用于合成小体积和大体积的脂质体纳米粒，满足不同规模生产的需求。

3、影响脂质体纳米粒合成的因素

纳米脂质体合成受多种因素的影响。大部分纳米脂质体应用于抗癌药物、mRNA、siRNA等的包封。纳米颗粒的大小决定了包封分子的数量，并且影响了脂质体与细胞组织之间的相互作用和释放动力学。即使微小的粒径差异也会导致药物递送效率的显著差异。此外，粒径大小分布也会影响包封和释放效率。因此，精确控制纳米脂质体颗粒的大小和具有较低的粒径分布非常重要。通过微流控技术可以精确控制流体大小和两相比例，从而精确控制粒径的大小和分布。

合成脂质体纳米粒的一个关键步骤是实现有机相和水相的快速混合。混合的效率和均匀性越好，获得的脂质体纳米粒的大小和分布就越精确。目前常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，另一种是流动聚焦型芯片。这两种芯片能够实现有机相和水相的控制和快速混合，通过快速稀释乙醇相可以获得较小粒径的LNP。

纳米脂质体颗粒的大小不仅取决于所使用的芯片类型，还受脂质体溶液组成（如脂类类型、分子量大小、浓度等）和水溶液组成（如pH值、盐浓度、表面活性剂）以及两相流速比（FRR）和总流速（TFR）的影响。FRR（流速比）指的是水相流速和有机相流速的比值，它是制备LNP的重要参数。根据经验，较高的流速比会合成较小的纳米脂质体，尤其在使用流动聚焦芯片时，流速比的影响更加显著。然而，在使用鱼骨形芯片时，流速比的影响较小。

TFR（总流速）指的是水相和有机相的流速之和。当使用流动聚焦芯片时，TFR的影响较小；而当使用鱼骨形芯片时，增加TFR会降低混合时间，从而使LNP颗粒变小。脂质体中脂类的组成和浓度也是决定脂质体颗粒大小的重要因素。一般情况下，较高的脂类浓度会合成较小的LNP。其他影响因素还包括pH值、温度和缓冲液组成等。

4、脂质体纳米粒合成系统组成

脂质体纳米粒合成系统的组成包括流量控制系统和微流控芯片。流量控制系统由2通道的OB1压力驱动的流量控制器、2个流量传感器和2个储液管组成。同时，还需要配备鱼骨形微流控芯片和流动聚焦微流控芯片，并按照以下图示将其连接起来。

该脂质体纳米粒合成系统的原理如下：连接到压力源的压力控制器提供稳定的压力数值，通过管线为密封的储液管施加固定的压力，从而稳定地输出储液管中的液体。液体经过流量传感器测量流速并反馈给压力控制器，以实现准确的流量控制。然后，流体稳定而准确地输送到微流控芯片中，该芯片的具体参数可以通过计算机上的软件进行设定和控制。2通道的压力控制器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。通过调节乙醇相和水相的流速、流速比和总流速，可以获得固定粒径大小的纳米脂质体。

与注射泵相比，该系统中的压力驱动控制器具有良好的压力稳定性、高精度流量控制、无脉动、短稳定时间和快速响应等优点，是微流控系统中性能最佳的流量控制器，也是制备纳米脂质体颗粒的理想泵。

该微流控系统是专为研究者设计的脂质体纳米粒合成系统，即使是没有微流控和纳米脂质体合成经验的研究者也可以轻松合成纳米脂质体。通过简单直观的操作指南，可以精确控制纳米脂质体合成的参数，并以100ul/min-30ml/min的流速连续合成脂质体，可获得60-250nm高分散性的纳米颗粒。此系统可以根据客户需求合成脂质体、固体脂质体粒子以及其他类型的纳米颗粒。

法国Elveflow采用微流控系统进行细胞培养的应用案例有：

w 微流控芯片上的细胞相互作用研究

w 采用微流控系统进行研究细菌对压力和环境变化的适应性

w 采用微流控循环阀进行细胞培养的培养基的再循环

w 动态细胞培中细胞培养的循环

w 如何在微流控芯片中进行动态细胞培养的细胞染色

w 微流控动态细胞培养中细胞培养基灌注

w 微流控动态细胞培养中自动化细胞接种

w 微流控心肌细胞培养模型

w 采用微流控细胞培养灌注系统进行快速细胞培养基的切换

w 用于微流控qPCR的荧光读取

w 采用微流控系统进行循环肿瘤细胞的捕获

w 微流控芯片上活细胞检测

w 采用微流控压力泵进行弱蛋白结合的定量

微流细胞培养中采用的法国Elveflow微流控系统OB1 多通道压力泵的参数：

法国Elveflow微流控系统OB1 微流控压力和流量控制器可以选择1-4个通道或者更多通道，每个通道的压力和真空范围可选，5个可选的范围为：0-200mbar, 0-2000mbar, 0-8000mbar, -900-1000mbar, -900mbar-6000mbar. 具有模块化，可升级的特点，采用Elveflow ESI 软件进行控制。

法国Elveflow微流控系统OB1 微流控压力和流量控制器的性能参数：

w 压力稳定性0.005% FS

w 相应时间9ms

w 压力分辨率0.003%FS

w 稳定时间低于35ms

法国Elveflow微流控系统OB1 微流控压力和流量控制器可用于数字微流控，流动化学&聚合物合成，细胞培养中的细胞灌注，细胞培养液的顺序注射，单液滴测序，RNA 测序，芯片实验室，器官芯片等应用。