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微流控納米顆粒制備系統與檢測
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微流控納米顆粒制備系統與檢測

微流控納米顆粒合成與分析套裝


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多功能納米顆粒合成

  以低通量和高通量(100 μL/min至30 mL/min)連續生產納米顆粒如脂質體納米顆粒,PLGA納米顆粒,聚合物納米顆粒等。


簡單可用的微流控系統

  開箱即用、設置實驗裝置和實驗參數,然后開始實驗


高度可重復的自動化納米顆粒生產

  適用于長期的自動化實驗,產生粒徑從25 nm到300 nm的高度單分散納米粒子(PDI<0.20)。


從研發配方到擴大生產規模

  使用相同的儀器套裝生產從幾μL到幾 L的納米顆粒溶液如脂質納米顆粒溶液!


套裝的多用途性

  通過更換不同規格的微流控芯片可實現不同的實驗項目如單乳液滴和雙乳液滴產生、海藻酸鹽水凝膠微珠、氫膠顆粒和聚合物微顆粒合成、納米脂質體、PLGA納米顆粒和20到1000微米粒徑的PLGA微球、PVA微球、3D細胞培養、細胞包裹、類器官培養、微泡產生等。


微流體納米顆粒合成套裝包括用于合成具有良好單分散性,高通量和可重現性的納米顆粒的所有微流體組件包含高精密壓力控制器和芯片。該套裝可用于合成單分散直徑小至25 nm的脂質體納米顆粒。通過更換不同規格的微流控芯片,同時保持微流控設備不變,您還可以合成單分散直徑更小如10 nm的納米顆粒(需要經過試劑配方優化)。


基于快速準確的OB1流量控制器和鞘液流微流控芯片,與傳統的實驗宏觀實驗相比,該套裝解決方案縮短了納米顆粒的合成時間和減少了試劑消耗。


微流體納米粒子合成

標準的微流控納米顆粒合成套裝包含兩通道壓力控制器OB1 MK3+,壓力通道泵送利用微流體動力流聚焦來實現納米顆粒合成過程中所需的兩種化學溶液。該鞘流納米顆粒合成允許受控的納米沉淀。流體反應的穩定性和動力學直接取決于微流體通道中的每種流體流速。


通過多個低流量傳感器MFS或BFS,可以測量和調節管路中的液體流量。OB1 MK3+流量控制器是鞘流聚焦的最佳解決方案,因為它是完全無脈沖的,而對于標準的廣泛使用的注射泵卻具有很大的脈沖流動。


微流控納米沉淀技術可以實現良好的通量、單分散性以及可調的粒徑,并且通?梢愿玫乜刂萍{米顆粒的合成。有關更多信息,請閱讀我們對微流體中納米顆粒合成的評論(https://www.elveflow.com/microfluidic-reviews/general-microfluidics/microfluidic-nanoparticle-synthesis-short-review/),或PLGA納米沉淀的評論(https://www.elveflow.com/microfluidic-reviews/general-microfluidics/microfluidics-for-plga-nanoparticle-synthesis-a-review/)。


多功能套裝可確保不同組件之間的具有良好的兼容性,允許即插即用的方法,由單個定制化軟件控制,并可用于其他不同的實驗。該微流控納米顆粒合成套裝既適合初學者,也適合專家用戶。


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微流控納米顆粒和納米脂質體合成套裝包含:

1、2通道OB1 MK3+流量控制器

2、2個MFS(MFS4&MFS5)流量傳感器或1個MFS5流量傳感器和1個科式BFS2流量計

3、2個儲液池

4、1個微流控人字形混合器芯片

5、所需配件:PTFE導管、過濾器、接頭連接器等

6、ESI操作軟件


為什么使用微流體產生納米顆粒?

由于可精細調節微流體的流動性,使用微流體技術合成納米顆粒是降低納米顆粒直徑分散性的好方法。非?斓膭恿W對于例如合成聚合物納米顆粒的結晶和沉淀過程也是非常重要的。


此外,微流體技術是減少納米顆粒合成所需的潛在有價值樣品的一種方法。


總而言之,就時間、產率和分散性而言,使用微流體技術合成納米顆粒比宏觀的傳統實驗合成更加有效。由于微流控芯片已經小型化,因此,可以在更復雜的實驗平臺中實施納米粒子合成組分,以執行復雜且多功能的集成過程。


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PLGA納米粒子:(A)在PEG修飾的PLGA納米粒子中化學偶聯或化學治療劑的簡單封裝。(B)PLGA納米粒子的TEM圖。Scale bar: 100 nm [1]

[1] Banerjee D, Harfouche R, Sengupta S. Nanotechnology-mediated targeting of tumor angiogenesis. Vasc Cell. 2011 Jan 31, 3(1), 3


微流體產生納米顆粒和納米脂質體的可調節參數:

1、流量比FRR或連續相和內相的流量變化(FRR=連續相流量/內相流量)

2、總流量TFR變化(TFR=連續相流量+內相流量)

3、芯片類型--混合區域

4、脂質變量--脂質類型、脂質濃度、脂質比率等

5、粒徑范圍可調、可控

6、包封率--高載藥量>90%

7、研發和中試生產的結果一致性高


應用

微流體鞘液連續流動納米沉淀原理

已經顯示,微流體技術對于合成具有可調形狀和尺寸的有機和無機納米粒子特別有用[1]。您可以使用微流控納米顆粒合成套裝實現“自下而上”的納米顆粒合成方法,該方法通常包括三個階段:由聚合單體組成的納米顆粒成核,通過更多單體的聚集而使核生長并最終達到平衡[2-3]。與傳統的宏觀實驗合成相比,微流體合成納米顆粒具有更好的產率和更好的可調節性[4]。


以PLGA納米沉淀為例,PLGA單體溶解在有機溶劑中,并芯片的中間通道。與表面活性劑混合的水溶液注入到芯片的鞘流通道中,以聚焦PLGA流體流。通過擴散形成濃度梯度和PLGA納米顆粒沉淀,因為PLGA分子不溶于水[5]。


還已經使用微流控技術合成了其他納米顆粒,例如用于表面等離子共振(P4SPR)的金屬納米顆粒[6]和 聚二乙炔納米顆粒[7]。


1. Ma, J., et al., Controllable synthesis of functional nanoparticles by microfluidic platforms for     biomedical applications – a review. Lab Chip, 2017. 17(2): p. 209-226.

2. Karnik, R., et al., Microfluidic platform for controlled synthesis of polymeric nanoparticles. Nano     Lett, 2008. 8(9): p. 2906-12.

3. Lababidi, N., Sigal, V., Koenneke, A., Schwarzkopf, K., Manz, A., & Schneider, M. (2019).     Microfluidics as tool to prepare size-tunable PLGA nanoparticles with     high curcumin encapsulation for efficient mucus penetration. Beilstein Journal of Nanotechnology, 10, 2280–2293.

4. Visaveliya, N. and J.M. Köhler, Single-step microfluidic synthesis of various nonspherical polymer nanoparticles via in situ assembling: dominating role of     polyelectrolytes molecules. ACS Appl Mater Interfaces, 2014. 6(14): p. 11254-64.

5. Donno, R., Gennari, A., Lallana, E., De La Rosa, J. M. R., D’Arcy, R., Treacher, K., Hill, K., Ashford, M., & Tirelli, N. (2017). Nanomanufacturing through microfluidic-   assisted nanoprecipitation: Advanced analytics and structure-activity relationships. International Journal of Pharmaceutics, 534(1–2), 97–107.

6. Boken, J., D. Kumar, and S. Dalela, Synthesis of Nanoparticles for Plasmonics Applications: A Microfluidic Approach. Synthesis and Reactivity in Inorganic, Metal-   Organic, and Nano-Metal Chemistry, 2015. 45(8): p. 1211-1223.

7. Baek, S., et al., Nanoscale diameter control of sensory polydiacetylene nanoparticles on microfluidic chip for enhanced fluorescence signal. Sensors and Actuators    B: Chemical, 2016. 230: p. 623-629.


配置您的微流體納米顆粒和納米脂質體產生套裝

微流控納米顆粒/納米脂質體合成套裝是高度可定制的,可以采用不同的微流控芯片合成不同規格的納米顆;蚣{米脂質體。例如,微流控芯片合成后的流體通道更長或有更大的反應空間。


鞘液流芯片的材質有PMMA或COP兩種材料,這兩種材料都是光學透明的,并且與大多數的納米顆粒合成協議相兼容。


此外,如果需要用到負壓的流體控制,您可以在現有的套裝設備里面升級您的流量控制器OB1,將其升級到OB1 DUAL正壓和負壓功能,同時您還可以選擇不同規格的儲液池如從1.5 mL Eppendorf管到100 mL玻璃瓶。當然,您還可以選擇科式流量傳感器BFS來代替MFS,以進一步改善流量控制。


微流控人字形玻璃混合芯片



人字型混合器玻璃芯片是一種可用于通過人字形通道進行最佳混合液體的有用工具。采用1/4-28UNF螺紋端口和對應的接頭,可允許您在一秒鐘內將該芯片連接到您的實驗裝置!


該通用型玻璃芯片通過減少擴散所需的長度并增加溶質在流體之間傳輸的可能性,從而提供了一種快速混合兩種流體的方法。


這種人字形芯片使用方便、經濟可靠,可應用于您的所有實驗:


● 高強度光學透明玻璃

● 標準顯微鏡載玻片尺寸(25×75 mm)

● 標準1/4-28UNF螺紋端口

● 易于處理

● 只需使用1/4-28UNF接頭配件(可用于外徑1/16英寸的導管)將芯片連接到您的裝置即可。


工作原理與應用

人字形混合器通過誘導混沌流的形成,在低雷諾數條件下顯示加速混合。


人字形混合器芯片微通道底部具有不對稱的人字形凹槽的特定圖案,該凹槽能夠產生螺旋流和用于混合兩種液體的混亂攪拌。


流經微通道的流體的混合具有很多的應用,例如化學反應中所用試劑溶液的均質化。


最近,這種人字形混合器芯片已經在脂質體(封閉的磷脂囊泡)的產生中取得了重要的進步。Cheung等人(Int J Pharma 2019)確實首次報道了使用人字形混合器芯片產生穩定且均勻的(100 nm)聚乙二醇化脂質體。他們研究了不同配方(水溶液、初始脂質濃度、脂質成分和組分)和工藝參數的影響。


與其他微流控設備相比,該混合器芯片顯示出更高的通量,更快的混合和更小的洗脫。



人字形玻璃混合芯片的規格參數


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寬度和長度:25 ×75 mm

通道深度:0.08 mm

通道寬度:0.1到0.5 mm

體積:3.3 μL

混合體積:0.47 μL

混合長度:28.7 mm

材質:玻璃

連接器:1/4-28接頭


在混合部分,有6個混合元件(人字形)形成一個塊(半個循環)和30個塊,因此,總共有15個完整循環。該混合芯片在1到3bar的壓力進行了測試,但也進行了少量的10bar壓力測試。

● 人字形的兩個臂是通道尺寸(200 μm)的1/3到2/3

● 人字形之間的距離是50 μm

● 每個混合元件的寬度是50 μm,高度是30 μm


參考論文

Calvin C.L.Cheung, Wafa T.Al-Jamal. Sterically stabilized liposomes production using staggered herringbone micromixer: Effect of lipid composition and PEG-lipid content. International Journal of Pharmaceutics, Volume 566, 20 July 2019, Pages 687-696. PDF版下載 here


您可以根據具體的實驗項目單獨定制納米顆;蚣{米脂質體合成芯片,其他設備無需變動,可持續使用。


微流控混合器芯片介紹,點擊 here


微流體納米顆粒和納米脂質體的SPR檢測


聚乙二醇(PEG)是眾所周知的一種物質,通常用于防止蛋白質的表面吸附。對于脂質體的應用,通常添加PEG以延長脂質體在人體內的循環時間,因為沒有它,未修飾的脂質體將在幾小時內被參與免疫反應的吞噬細胞清楚。這是因為PEG的存在阻止了吞噬細胞的非特異性吸附。然而,用PEG修飾脂質體的缺點是由于空間位阻,它可能會降低脂質體上的配體與其特異性受體結合的能力。因此,必須在延長脂質體循環時間和最大化脂質體向靶細胞的遞送效率之間進行折衷。


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脂質體已固定在表面等離子共振(SPR)傳感表面上以研究藥物和脂質體的相互作用,并作為一種放大策略來降低干擾素和細菌毒素的檢測限。以下實驗的目的是證明向葉酸修飾脂質體中添加PEG2000會導致與固定在Affinite P4SPR的SPR金傳感表面上的FBP的結合降低(圖3)。SPR是一種強大的工具,可以實時、無標記地表征修飾的脂質體。此外,實驗室內使用P4SPR儀器可以讓研究人員即時執行實驗優化,而不是多次使用公共測試中心的設備進行反復測量,這節省了大量的寶貴時間。


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圖3 使用Affinite的P4SPR檢測聚乙二醇化和非聚乙二醇化葉酸修飾脂質體的方案


實驗步驟

使用P4SPR在靜態條件下測量SPR。為了固定葉酸受體,通過在MilliQ水中注射500 μL的EDC:NHS 20:5mM來激活16-MHA涂層的金棱鏡,并反應20分鐘。通過注入1mL 100mM磷酸鹽緩沖液徹底清洗表面。然后,在由100mM磷酸鹽緩沖液(pH=5)、4mM巰基乙醇和10% v/v 甘油組成的緩沖液中注入300 μL 40nM葉酸結合蛋白(FBP)并反應1小時。FBP固定后,表面用1mL 100mM磷酸鹽緩沖液沖洗,以評估生物傳感器表面吸附的FBP。注入1mL 1M乙醇胺并反應5min以滅活未反應的NHS基團。傳感器用1mL 1×PBS(pH=7.4)沖洗,并注入500μL脂質體樣品。所有脂質體懸浮液的濃度為10μM,并固定10min。注入的樣品列于表1中,區別僅在于在第二個樣品中添加了DOPE-PEG 2000-NH2。在脂質體固定期間,依次用 1 mL 1 x PBS (pH=7.4) 和 1 mL 10 mM 甘氨酸 (pH=1.5) 沖洗表面 5min,最后用 1 x PBS (pH=7.4)沖洗。


表1

Sample

Mol % DSPE-PEG-Folate

Mol % DOPE-PEG 2000-NH2

1

0.5

0

2

0.5

3.5


結果

圖4顯示了一組初步檢測結果,其中顯示了每個樣品的傳感圖(sensorgrams)。首先,數據顯示P4SPR能夠通過葉酸和FBP結合親和力檢測脂質體,如從~60s到~750s(綠色)和~60s和~800s(黑色)的兩條關聯曲線所示)。此外,可以看到,與未聚乙二醇化的葉酸修飾脂質體樣品(~110RU,黑色)相比,聚乙二醇化葉酸修飾的脂質體樣品(綠色)的共振單位相對變化(~40RU)較低。這表明脂質體表面PEG的存在因為空間位阻而抑制了葉酸修飾脂質體與FBP修飾傳感器表面的一些結合,即PEG阻止脂質體上的葉酸與固定在傳感器表面上的FBP的結合。


fig4.jpg

圖4 顯示了每個脂質體樣品獲得共振單位的部分傳感圖


從傳感器表面的表面活化和葉酸修飾到脂質體樣品的最終注射,該實驗大約需要3小時才能完成?係PR運行時間可能更短,因為在初始進樣和最終進樣之間進行了一些樣品濃度優化。研究人員可以隨時更改實驗條件這一事實是在實驗室內擁有P4SPR儀器的優勢。最后,即使觀察到注射尖峰并且可以優化表面化學和脂質體濃度等其他條件,您可以隨時在P4SPR上重復和進一步開發實驗。


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