Application Note
微流控 PLGA 纳米粒子合成
通过 NanoGenerator™ 微流体混合系统
纳米粒子处于快速发展的纳米技术领域的前沿。其独特的尺寸相关特性使这些材料在许多领域都非常出色且不可或缺。它已被用于许多行业，例如制药、能源和电子。纳米粒子合成是实现纳米粒子应用的关键步骤之一。由于大多数应用都利用纳米粒子的尺寸特性，因此批次之间的尺寸分布、产量和尺寸重现性成为评估不同纳米粒子合成方法的非常重要的目标参数。传统的批量模式合成方法（在本体溶液中混合）在放大生产中实施时质量较差。纳米颗粒的尺寸分布和重现性通常由于一些不可控因素如聚集和异质混合而较差。
基于微流控技术的微型反应器能够实现试剂的快速混合、温度的控制以及反应的精确时空控制。微流体合成方法中受控且均匀的混合会产生更小且均匀的纳米粒子。纳米粒子的物理化学性质可以以可重现的方式精确控制。反应环境的控制导致改善纳米颗粒尺寸分布的质量，更好的尺寸重现性，并最终提高纳米颗粒的制备过程收率。
NanoGenerator™ Flex 提供 Flex-S 0.2-1 mL 和 Flex-M 1-12 mL 的广泛通量范围，满足发现和筛选早期临床前研究以及小规模生产的需求，同时提供紧凑的和用户友好的平台。 NanoGenerator™ Pro 提供 2-200 mL 的更高通量范围，适用于扩大生产和临床前研究。
好处：
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小巧便携的设计
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可调和可控的粒径
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响应时间快
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低 PDI
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负载消耗低（Flex-S 输出量 <0.2 mL）
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从早期筛查到临床前研究的广泛应用
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贴牌服务和模块集成可用
纳米发电机™ Flex 系统：Flex S（左）和 M（右）
纳米发电机™ 专业系统
系统设置：
Pro 和 Flex-M：在 PLGA 纳米颗粒 (PNP) 合成中，将 PVA 溶液（“水相”）和乙腈中的 PLGA（“溶剂”相）加载到样品容器中。在实验期间，来自控制器的压力被施加到储液器套件。储液器套件中的溶液被推入连接到三通阀的 PTFE 管中。压力根据流量传感器的读数自动调整，并迅速达到并稳定预设流量。在流速稳定之前，两种解决方案都会进入废瓶，以避免合成的 PNP 尺寸不均匀。一旦流速达到预设值，三通阀就会切换到连接到微流控芯片的端口。两相在微流控芯片中混合形成 PNP。混合溶液从连接到微流控芯片的出口储液器中收集。用户可以通过使用压力控制器更改流速设置来优化混合比、目标流速和合成结果。微流控人字形混合芯片CHP-MIX-3与这两款仪器进行PNP合成
Flex-S：试剂溶液装入储罐中。预设压力直接施加到储罐。溶液被推入混合芯片的通道中。压力的设定应使总流量和流量比符合用户的设定要求。微流控被动混合芯片CHP-MIX-4与Flex-S一起用于PNP合成
请注意，CHP-MIX-4 和 3 具有不同的混合效率和流速范围，CHP-MIX-3 兼容更高的流速。
纳米发电机™ 专业系统
纳米发电机™ Flex-M 系统
纳米发电机™ Flex-S 系统
系统性能：
PreciGenome 纳米粒子合成系统用于各种应用并证明了 PLGA 纳米颗粒的合成，该纳米颗粒在制药公司中被广泛用作药物输送载体 [1]。
Flex-S 模块适用于早期筛选目的的小体积合成 (0.2–2 mL)。 Flex-M 模块适用于动物研究的大体积合成 (1–12 mL)。 Pro 用于批量合成 (2-200 mL)，以扩大生产规模。
对于该实验，PVA 水溶液 (2% w/v) 和 PLGA 乙腈溶液 (2% w/v) 分别用作“水相”和“溶剂”相。
由于 PVA 溶液的粘性，Flex-M 和 S 模块与具有不同混合效率和流速范围的独立芯片兼容。 CHP-MIX-3 适用于 Flex-M 和 Pro，而 CHP-MIX-4 适用于 Flex-S。
PNP尺寸调整由配方参数、总流量和流量比控制。
按总流量 (TFR) 调整尺寸：
调整总流速 (TFR) 是调整 PNP 尺寸的最简单方法。一般来说，较高的 TFR 会导致更快的混合，从而产生更小的纳米粒子。超过 10 mL/min 时未观察到尺寸显着减小，而随着 TFR 变得非常低，尺寸变化更加显着。无论 TFR 为何，PDI 都保持在 0.07 至 0.15 的范围内。流量比固定为1:1
通过流速比 (FRR) 调整尺寸：
在 10 mL/min 的相同 TFR 下，通过调整水与乙腈的流速比 (FRR)，PNP 大小会受到轻微影响。从最常见的 1:1 FRR 来看，FRR 的增加会导致颗粒稍大。在较高的 FRR 下没有报告显着的尺寸增加，而 PDI 保持在 0.10-0.15 内，除了非常高的 FRR.
按 PLGA 含量调整大小 (% PLGA)：
PLGA 浓度等配方参数可以极大地改变 PNP 大小。在 10 mL/min 的相同 TFR 和 1:1 的 FRR 下，PVA 浓度固定在 2% w/v，PLGA 含量的增加导致更大的颗粒。 在 0.5% 和 1% w/v PLGA 之间没有观察到显着差异，而 PDI 在高 PLGA 含量下从低于 0.10 大大增加到 0.20 以上。
通过 PVA 含量调整尺寸 (% PVA)：
PVA 浓度是另一个可以改变 PNP 尺寸的配方参数。在 10 mL/min 的相同 TFR 和 1:1 的 FRR 下，PLGA 含量固定在 2% w/v，PVA 含量的增加导致颗粒略小。在 2% 和 4% w/v PVA 之间没有观察到显着差异，而无论 PVA 含量如何，PDI 都保持在相似的范围内。
批次间一致性（Flex-M）：
批次间差异是传统批量制备方法的主要问题。借助先进的微流体技术，PreciGenome NanoGenerator 系统可以生成高度一致和可重复的结果，并减少批次间的差异。在配方和合成参数固定的情况下，来自 Flex-M 的四个单独样品在 PNP 尺寸和 PDI 方面产生了非常相似的结果，尺寸变化约为 5%，PDI 约为 0.15
小体积合成一致性 (Flex-S)
小规模生产可能需要非常早的筛选或尽量减少浪费的产品。为此，带有 MIX-4 芯片的 NanoGenerator Flex-S 在在线稀释前可以产生低至 0.2 mL 的产品体积。在 TFR 4 mL/min 和 FRR 1:1 的 200 μL 目标体积的配方和合成参数固定的情况下，批次间差异较低，合成 PNP 的平均尺寸为 113.3 nm。这类似于带有 MIX-3 芯片的 Flex-M 上的 8 mL/min。较高的 TFR 没有观察到显着差异，PDI 与 Flex-M 相似，约为 0.15
大容量一致性
大体积合成对确保产品在长期运行中的一致性提出了一些挑战。对于需要比 Flex 系统提供的范围更高吞吐量的应用，Precigenome 提供的 NanoGenerator Pro 可以实现 200 mL 的最大吞吐量。将配方和合成参数固定为 50 mL 目标体积后，收集的每个 5 mL 级分显示出高度一致的 PNP 大小和 PDI。在所有分数中，合成的 PNP 的平均大小为 102.8 nm，平均 PDI 为 0.15
参考资料
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Chiesa, E, et.al., 微流体技术和多糖纳米颗粒的制造, Pharmaceutics, 2018, 10:267-289
