微流控技術(shù)在納米給藥領(lǐng)域的研究進(jìn)展

在過去的幾十年里，納米顆粒在給藥方面的應(yīng)用引起了人們極大的關(guān)注。研究人員開發(fā)了各種納米顆粒給藥來解決游離藥物在實(shí)際應(yīng)用中遇到的各種問題，例如藥物溶解性差、生物利用度差、藥物性質(zhì)不穩(wěn)定、嚴(yán)重的不良反應(yīng)和缺乏靶向性等。

相比于傳統(tǒng)的大體積生產(chǎn)方式，微流控技術(shù)有著很多優(yōu)點(diǎn)，例如它能夠處理皮升（或更小）體積的樣品、有著更低的生產(chǎn)成本和更短的生產(chǎn)時(shí)間，以及通過快速混合、快速傳質(zhì)、精確控制反應(yīng)條件和試劑的添加去實(shí)現(xiàn)對(duì)納米顆粒性質(zhì)（如大小、形狀、表面性質(zhì)、結(jié)構(gòu)等）的精確控制，為制備用于給藥的納米顆粒提供了一種很有前途的策略。

更重要的是，納米顆?？梢栽谖⒘骺鼗旌掀髦袑?shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，同時(shí)微流控混合器能夠?yàn)榧{米顆粒的合成提供穩(wěn)定且可控的反應(yīng)環(huán)境，有利于持續(xù)合成尺寸、形狀、表面物化性質(zhì)一致的納米顆粒。此外，高通量微流控混合器可通過多通道并行放大來實(shí)現(xiàn)，有利于其在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)載藥納米顆粒的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，澳大利亞阿德萊德大學(xué)趙春霞教授以及團(tuán)隊(duì)成員劉云和楊光澤博士等介紹和總結(jié)了近年來微流控技術(shù)在納米給藥領(lǐng)域的研究進(jìn)展及其最近在疫苗領(lǐng)域的成功應(yīng)用。論文以綜述形式發(fā)表在期刊《Nano Micro Small》。

首先，該綜述重點(diǎn)介紹了三種類型的納米顆粒，包括經(jīng)典的有機(jī)納米顆粒、無機(jī)納米顆粒和復(fù)合納米顆粒，以及它們的微流控合成方法。具體地，作者從微流控技術(shù)在有機(jī)納米顆粒合成方面的應(yīng)用入手，并重點(diǎn)討論了幾種典型微流控混合器（例如基于流體動(dòng)力流動(dòng)聚焦的微混合器、交錯(cuò)人字型微混合器和聲流體微混合器等）及其在制備脂質(zhì)體、脂質(zhì)納米顆粒和聚合物納米顆粒方面的應(yīng)用，以及它們的合成機(jī)理。然后，又詳細(xì)討論了幾種具有代表性的無機(jī)納米顆粒（如二氧化硅、金屬、金屬氧化物和量子點(diǎn)）以及復(fù)合納米顆粒的微流控合成方法。最后，總結(jié)了微流控技術(shù)制備的納米顆粒在各種給藥中的應(yīng)用，并展望了微流控的未來改進(jìn)方向，如提高合成顆粒濃度、一體化集成純化分析等功能芯片、加強(qiáng)對(duì)無機(jī)顆粒合成的控制、結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)等。

微流控納米顆粒給藥研究方向和進(jìn)展

在總結(jié)微流控技術(shù)制備的納米顆粒在各種給藥中的應(yīng)用時(shí)，重點(diǎn)介紹了輝瑞公司實(shí)現(xiàn)新型冠狀病毒mRNA疫苗大規(guī)模生產(chǎn)這一成功應(yīng)用案例。具體來看，輝瑞公司生產(chǎn)的mRNA疫苗是內(nèi)部載有mRNA的脂質(zhì)納米粒（NPs）。此納米粒不僅充當(dāng)mRNA分子的給藥載體，還充當(dāng)保護(hù)mRNA免于降解的納米載體。為了獲得這些載有mRNA的脂質(zhì)納米粒，將脂質(zhì)溶液和mRNA溶液分別從不同通道泵送，并將二者用約25美分硬幣大小的沖擊噴射混合器（IJM），在400磅的壓力下進(jìn)行混合。為了滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，輝瑞公司將100個(gè)靜態(tài)混合器并行化（或編號(hào)），并在卡拉馬祖（美國）進(jìn)行連續(xù)合成，成功將其疫苗生產(chǎn)力提高到每月1億劑。為了使該過程自動(dòng)化，輝瑞公司還建立了一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來運(yùn)行整個(gè)系統(tǒng)，以確保流速和壓力的精確控制。盡管沖擊噴射混合器體積很小，但它能夠在原始設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上非常迅速地?cái)U(kuò)大規(guī)模，這是生產(chǎn)的關(guān)鍵，尤其是對(duì)應(yīng)用于像COVID-19疫情這樣的藥物來說更是如此。

用于生產(chǎn)脂質(zhì)納米粒的微流控器件

新型冠狀病毒mRNA疫苗的成功不僅是mRNA疫苗的一個(gè)重要里程碑，也是微流控技術(shù)和納米藥物的一個(gè)重要里程碑，它證明了微流控技術(shù)在納米藥物工業(yè)化生產(chǎn)方面的可行性和多功能性。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202106580

審核編輯 ：李倩