納米藥物在癌癥治療、免疫調節、透皮藥物遞送、皮膚護理等領域具有廣泛的應用。相比于傳統的納米藥物制備技術，微反應器技術（也稱微流控合成技術）展現出了高可控性、可調性以及可重復性等優勢。然而，目前商用的微通道反應器普遍存在耐壓性能差和合成通量低等問題。盡管通過增大微通道截面的方式可以提高流體通量，但容易引起微通道內局部區域混合不充分等問題，導致納米顆粒均一性下降。
針對以上問題，中國科學院上海硅酸鹽研究所和國科大杭州高等研究院化學與材料科學學院研究人員自主開發具有全新微通道結構的螺旋聚焦流微反應器，并將其與自主開發的高通量自動化納米顆粒篩選平臺進行了有效整合，從而快速獲得同時滿足期望平均粒徑和最小多分散系數（PDI）的載藥納米脂質體最佳制備工藝條件。相關成果以“Combined helical-blade-strengthened co-flow focusing and high-throughput screening for the synthesis of highly homogeneous nanoliposomes”為題發表在學術期刊《Nano Today》上。
本研究所開發的螺旋聚焦流微反應器采用超高精度面投影微立體光刻（PμSL）3D打印技術一體成型制造（摩方精密nanoArch? S140，精度：10 μm），有效克服傳統鍵合方法所引起的通道堵塞和結構穩定性差等問題，可實現高達100 mL/min的流體通量。同時，該微反應器內含獨特的螺旋子通道（圖1），可數倍增強水相和醇相流體的徑向混合效率。以PEG化納米脂質體的合成為例，在不同水相/醇相流速條件下，螺旋聚焦流微反應器相比于常規3D同軸流動聚焦裝置獲得納米顆粒產物的粒徑PDI值明顯更小，均低于0.1（圖2）。螺旋聚焦流微反應器同樣適用于卵磷脂等其它組成納米脂質體的粒徑均一性優化，為載藥納米脂質體的均一化和高通量制備提供了一種國產化高效策略。
圖1. 螺旋聚焦流微反應器的結構示意圖及實物圖。
圖2. 在不同流速條件（總流速和流速比）下，利用螺旋聚焦流微反應器（HBSCF）和常規3D同軸流動聚焦裝置（CF）制備的PEG化納米脂質體產物對應的平均水合動力學粒徑和PDI值。
進一步，團隊以螺旋聚焦流微反應器為技術核心開發了螺旋聚焦流納米藥物合成儀。該合成儀配有觸屏數顯界面、微反應器連接件和自動收集臺等模塊，具有批次間高重復性、易操作等優勢，可適用于納米脂質體、脂質納米顆粒和其他類型納米顆粒的高流速和均一化合成。此外，團隊自主開發集高通量合成和粒徑篩選為一體的自動化納米顆粒篩選平臺，以提高基于螺旋聚焦流微反應器的納米脂質體合成工藝條件的優化效率，最終將載藥納米脂質體的粒徑PDI值減少到0.04以下。鑒于該微反應器的高通量特性，研究人員無需改變微反應器類型，即可基于優選技術參數實現納米藥物的連續放大合成。上述圍繞螺旋聚焦流微反應器技術開發的多種裝備對提高納米藥物質量和促進產業化應用具有重要推動作用。
該研究成果由中國科學院上海硅酸鹽研究所和國科大杭州高等研究院的科研人員和學生共同完成，已經獲得1項國家發明專利授權及多項實用新型專利和軟件著作權。研究生王浩霽、田睿智和工程師蘭正義為發表論文的共同第一作者，馬明項目研究員為通訊作者，該工作也受到了陳航榕研究員的大力支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102301
