微流控纳米颗粒制备系统与检测
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微流控纳米颗粒制备系统与检测

微流控纳米颗粒合成与分析套装


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多功能纳米颗粒合成

  以低通量和高通量(100 μL/min至30 mL/min)连续生产纳米颗粒如脂质体纳米颗粒,PLGA纳米颗粒,聚合物纳米颗粒等。


简单可用的微流控系统

  开箱即用、设置实验装置和实验参数,然后开始实验


高度可重复的自动化纳米颗粒生产

  适用于长期的自动化实验,产生粒径从25 nm到300 nm的高度单分散纳米粒子(PDI<0.20)。


从研发配方到扩大生产规模

  使用相同的仪器套装生产从几μL到几 L的纳米颗粒溶液如脂质纳米颗粒溶液


套装的多用途性

  通过更换不同规格的微流控芯片可实现不同的实验项目如单乳液滴和双乳液滴产生、海藻酸盐水凝胶微珠、氢胶颗粒和聚合物微颗粒合成、纳米脂质体、PLGA纳米颗粒和20到1000微米粒径的PLGA微球、PVA微球、3D细胞培养、细胞包裹、类器官培养、微泡产生等。


微流体纳米颗粒合成套装包括用于合成具有良好单分散性,高通量和可重现性的纳米颗粒的所有微流体组件包含高精密压力控制器和芯片。该套装可用于合成单分散直径小至25 nm的脂质体纳米颗粒。通过更换不同规格的微流控芯片,同时保持微流控设备不变,您还可以合成单分散直径更小如10 nm的纳米颗粒(需要经过试剂配方优化)。


基于快速准确的OB1流量控制器和鞘液流微流控芯片,与传统的实验宏观实验相比,该套装解决方案缩短了纳米颗粒的合成时间和减少了试剂消耗。


微流体纳米粒子合成

标准的微流控纳米颗粒合成套装包含两通道压力控制器OB1 MK3+,压力通道泵送利用微流体动力流聚焦来实现纳米颗粒合成过程中所需的两种化学溶液。该鞘流纳米颗粒合成允许受控的纳米沉淀。流体反应的稳定性和动力学直接取决于微流体通道中的每种流体流速。


通过多个低流量传感器MFS或BFS,可以测量和调节管路中的液体流量。OB1 MK3+流量控制器是鞘流聚焦的最佳解决方案,因为它是完全无脉冲的,而对于标准的广泛使用的注射泵却具有很大的脉冲流动。


微流控纳米沉淀技术可以实现良好的通量、单分散性以及可调的粒径,并且通常可以更好地控制纳米颗粒的合成。有关更多信息,请阅读我们对微流体中纳米颗粒合成的评论(https://www.elveflow.com/microfluidic-reviews/general-microfluidics/microfluidic-nanoparticle-synthesis-short-review/),或PLGA纳米沉淀的评论(https://www.elveflow.com/microfluidic-reviews/general-microfluidics/microfluidics-for-plga-nanoparticle-synthesis-a-review/)。


多功能套装可确保不同组件之间的具有良好的兼容性,允许即插即用的方法,由单个定制化软件控制,并可用于其他不同的实验。该微流控纳米颗粒合成套装既适合初学者,也适合专家用户。


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微流控纳米颗粒和纳米脂质体合成套装包含:

1、2通道OB1 MK3+流量控制器

2、2个MFS(MFS4&MFS5)流量传感器或1个MFS5流量传感器和1个科式BFS2流量计

3、2个储液池

4、1个微流控人字形混合器芯片

5、所需配件:PTFE导管、过滤器、接头连接器等

6、ESI操作软件


为什么使用微流体产生纳米颗粒?

由于可精细调节微流体的流动性,使用微流体技术合成纳米颗粒是降低纳米颗粒直径分散性的好方法。非常快的动力学对于例如合成聚合物纳米颗粒的结晶和沉淀过程也是非常重要的。


此外,微流体技术是减少纳米颗粒合成所需的潜在有价值样品的一种方法。


总而言之,就时间、产率和分散性而言,使用微流体技术合成纳米颗粒比宏观的传统实验合成更加有效。由于微流控芯片已经小型化,因此,可以在更复杂的实验平台中实施纳米粒子合成组分,以执行复杂且多功能的集成过程。


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PLGA纳米粒子:(A)在PEG修饰的PLGA纳米粒子中化学偶联或化学治疗剂的简单封装。(B)PLGA纳米粒子的TEM图。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


微流体产生纳米颗粒和纳米脂质体的可调节参数:

1、流量比FRR或连续相和内相的流量变化(FRR=连续相流量/内相流量)

2、总流量TFR变化(TFR=连续相流量+内相流量)

3、芯片类型--混合区域

4、脂质变量--脂质类型、脂质浓度、脂质比率等

5、粒径范围可调、可控

6、包封率--高载药量>90%

7、研发和中试生产的结果一致性高


应用

微流体鞘液连续流动纳米沉淀原理

已经显示,微流体技术对于合成具有可调形状和尺寸的有机和无机纳米粒子特别有用[1]。您可以使用微流控纳米颗粒合成套装实现“自下而上”的纳米颗粒合成方法,该方法通常包括三个阶段:由聚合单体组成的纳米颗粒成核,通过更多单体的聚集而使核生长并最终达到平衡[2-3]。与传统的宏观实验合成相比,微流体合成纳米颗粒具有更好的产率和更好的可调节性[4]。


以PLGA纳米沉淀为例,PLGA单体溶解在有机溶剂中,并芯片的中间通道。与表面活性剂混合的水溶液注入到芯片的鞘流通道中,以聚焦PLGA流体流。通过扩散形成浓度梯度和PLGA纳米颗粒沉淀,因为PLGA分子不溶于水[5]。


还已经使用微流控技术合成了其他纳米颗粒,例如用于表面等离子共振(P4SPR)的金属纳米颗粒[6]和 聚二乙炔纳米颗粒[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.


配置您的微流体纳米颗粒和纳米脂质体产生套装

微流控纳米颗粒/纳米脂质体合成套装是高度可定制的,可以采用不同的微流控芯片合成不同规格的纳米颗粒或纳米脂质体。例如,微流控芯片合成后的流体通道更长或有更大的反应空间。


鞘液流芯片的材质有PMMA或COP两种材料,这两种材料都是光学透明的,并且与大多数的纳米颗粒合成协议相兼容。


此外,如果需要用到负压的流体控制,您可以在现有的套装设备里面升级您的流量控制器OB1,将其升级到OB1 DUAL正压和负压功能,同时您还可以选择不同规格的储液池如从1.5 mL Eppendorf管到100 mL玻璃瓶。当然,您还可以选择科式流量传感器BFS来代替MFS,以进一步改善流量控制。


微流控人字形玻璃混合芯片



人字型混合器玻璃芯片是一种可用于通过人字形通道进行最佳混合液体的有用工具。采用1/4-28UNF螺纹端口和对应的接头,可允许您在一秒钟内将该芯片连接到您的实验装置!


该通用型玻璃芯片通过减少扩散所需的长度并增加溶质在流体之间传输的可能性,从而提供了一种快速混合两种流体的方法。


这种人字形芯片使用方便、经济可靠,可应用于您的所有实验:


● 高强度光学透明玻璃

● 标准显微镜载玻片尺寸(25×75 mm)

● 标准1/4-28UNF螺纹端口

● 易于处理

● 只需使用1/4-28UNF接头配件(可用于外径1/16英寸的导管)将芯片连接到您的装置即可。


工作原理与应用

人字形混合器通过诱导混沌流的形成,在低雷诺数条件下显示加速混合。


人字形混合器芯片微通道底部具有不对称的人字形凹槽的特定图案,该凹槽能够产生螺旋流和用于混合两种液体的混乱搅拌。


流经微通道的流体的混合具有很多的应用,例如化学反应中所用试剂溶液的均质化。


最近,这种人字形混合器芯片已经在脂质体(封闭的磷脂囊泡)的产生中取得了重要的进步。Cheung等人(Int J Pharma 2019)确实首次报道了使用人字形混合器芯片产生稳定且均匀的(100 nm)聚乙二醇化脂质体。他们研究了不同配方(水溶液、初始脂质浓度、脂质成分和组分)和工艺参数的影响。


与其他微流控设备相比,该混合器芯片显示出更高的通量,更快的混合和更小的洗脱。



人字形玻璃混合芯片的规格参数


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宽度和长度:25 ×75 mm

通道深度:0.08 mm

通道宽度:0.1到0.5 mm

体积:3.3 μL

混合体积:0.47 μL

混合长度:28.7 mm

材质:玻璃

连接器:1/4-28接头


在混合部分,有6个混合元件(人字形)形成一个块(半个循环)和30个块,因此,总共有15个完整循环。该混合芯片在1到3bar的压力进行了测试,但也进行了少量的10bar压力测试。

● 人字形的两个臂是通道尺寸(200 μm)的1/3到2/3

● 人字形之间的距离是50 μm

● 每个混合元件的宽度是50 μm,高度是30 μm


参考论文

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版下载 here


您可以根据具体的实验项目单独定制纳米颗粒或纳米脂质体合成芯片,其他设备无需变动,可持续使用。


微流控混合器芯片介绍,点击 here


微流体纳米颗粒和纳米脂质体的SPR检测


聚乙二醇(PEG)是众所周知的一种物质,通常用于防止蛋白质的表面吸附。对于脂质体的应用,通常添加PEG以延长脂质体在人体内的循环时间,因为没有它,未修饰的脂质体将在几小时内被参与免疫反应的吞噬细胞清楚。这是因为PEG的存在阻止了吞噬细胞的非特异性吸附。然而,用PEG修饰脂质体的缺点是由于空间位阻,它可能会降低脂质体上的配体与其特异性受体结合的能力。因此,必须在延长脂质体循环时间和最大化脂质体向靶细胞的递送效率之间进行折衷。


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脂质体已固定在表面等离子共振(SPR)传感表面上以研究药物和脂质体的相互作用,并作为一种放大策略来降低干扰素和细菌毒素的检测限。以下实验的目的是证明向叶酸修饰脂质体中添加PEG2000会导致与固定在Affinite P4SPR的SPR金传感表面上的FBP的结合降低(图3)SPR是一种强大的工具,可以实时、无标记地表征修饰的脂质体。此外,实验室内使用P4SPR仪器可以让研究人员即时执行实验优化,而不是多次使用公共测试中心的设备进行反复测量,这节省了大量的宝贵时间。


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图3 使用Affinite的P4SPR检测聚乙二醇化和非聚乙二醇化叶酸修饰脂质体的方案


实验步骤

使用P4SPR在静态条件下测量SPR。为了固定叶酸受体,通过在MilliQ水中注射500 μL的EDC:NHS 20:5mM来激活16-MHA涂层的金棱镜,并反应20分钟。通过注入1mL 100mM磷酸盐缓冲液彻底清洗表面。然后,在由100mM磷酸盐缓冲液(pH=5)、4mM巯基乙醇和10% v/v 甘油组成的缓冲液中注入300 μL 40nM叶酸结合蛋白(FBP)并反应1小时。FBP固定后,表面用1mL 100mM磷酸盐缓冲液冲洗,以评估生物传感器表面吸附的FBP。注入1mL 1M乙醇胺并反应5min以灭活未反应的NHS基团。传感器用1mL 1×PBS(pH=7.4)冲洗,并注入500μL脂质体样品。所有脂质体悬浮液的浓度为10μM,并固定10min。注入的样品列于表1中,区别仅在于在第二个样品中添加了DOPE-PEG 2000-NH2。在脂质体固定期间,依次用 1 mL 1 x PBS (pH=7.4) 和 1 mL 10 mM 甘氨酸 (pH=1.5) 冲洗表面 5min,最后用 1 x PBS (pH=7.4)冲洗。


表1

Sample

Mol % DSPE-PEG-Folate

Mol % DOPE-PEG 2000-NH2

1

0.5

0

2

0.5

3.5


结果

图4显示了一组初步检测结果,其中显示了每个样品的传感图(sensorgrams)。首先,数据显示P4SPR能够通过叶酸和FBP结合亲和力检测脂质体,如从~60s到~750s(绿色)和~60s和~800s(黑色)的两条关联曲线所示)。此外,可以看到,与未聚乙二醇化的叶酸修饰脂质体样品(~110RU,黑色)相比,聚乙二醇化叶酸修饰的脂质体样品(绿色)的共振单位相对变化(~40RU)较低。这表明脂质体表面PEG的存在因为空间位阻而抑制了叶酸修饰脂质体与FBP修饰传感器表面的一些结合,即PEG阻止脂质体上的叶酸与固定在传感器表面上的FBP的结合。


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图4 显示了每个脂质体样品获得共振单位的部分传感图


从传感器表面的表面活化和叶酸修饰到脂质体样品的最终注射,该实验大约需要3小时才能完成。总SPR运行时间可能更短,因为在初始进样和最终进样之间进行了一些样品浓度优化。研究人员可以随时更改实验条件这一事实是在实验室内拥有P4SPR仪器的优势。最后,即使观察到注射尖峰并且可以优化表面化学和脂质体浓度等其他条件,您可以随时在P4SPR上重复和进一步开发实验。


产品介绍链接:

OB1 MK3+ -多通道微流体压力&真空控制器的详细介绍,请点击 这里


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