背景介绍：

纳米材料由于其独特的物理化学性质，近年来在生物医学领域取得了显著进展。纳米材料的小尺寸使其具有更高的药物负载能力、延长的血液循环时间以及改善的细胞摄取和组织穿透能力。特定的纳米结构能够实现可调控的药物负载和释放、靶向递送，并提高生物功效。然而，开发出稳健、可扩展的纳米材料合成方法对于其生物应用和临床转化至关重要。

微流控系统因其快速混合和精确的流体控制能力，成为理想的纳米材料合成平台。特别是在COVID-19大流行期间，基于微流控技术的脂质纳米颗粒（LNP）mRNA疫苗的开发展示了其加速临床转化和提高疗效的潜力。除了LNP外，微流控系统也被广泛应用于其他纳米材料的可控合成。

导读：

近期，国家纳米科学中心孙佳姝研究员发表综述，主要介绍了生物医用纳米材料的进展、微流控系统在合成这些纳米材料中的作用，以及该领域面临的挑战和未来发展方向。相关研究成果以“Microfluidic synthesis of nanomaterials for biomedical applications”为题目，发表在期刊《Nanoscale Horizons》上。

本文要点：

1、纳米材料在生物医学领域取得了重大进展，其理化性质可通过调控合成过程中的质量和热量传递条件来控制。

2、微流控系统凭借快速混合和精确流体控制的优势，成为创造合适合成条件的理想平台。

3、基于微流控技术的LNP-mRNA疫苗在新冠疫情期间实现了加速的临床转化和出色的疗效。

4、除了LNP，微流控系统还被广泛应用于其他纳米材料的可控合成，包括基于流场和多物理场的方法。

5、本文介绍了微流控技术的基本原理及其在生物医学领域的应用，并概述了纳米材料微流控合成的当前挑战和未来发展方向。

一张图读懂全文：

使用微流控系统合成纳米材料的主要优势包括：

1、精确控制：微流控系统能够在微小的通道中精确控制反应物的混合比例和反应条件，从而实现纳米材料尺寸和结构的精确调控。

2、快速混合：微流控通道内的流体混合速度快，可以在毫秒级别实现高效混合，有助于形成均匀的纳米颗粒。

3、高通量筛选：微流控技术允许同时进行多个实验条件的测试，加速了纳米材料配方的筛选和优化过程。

4、规模可调：微流控合成可以通过并行化多个微通道或调整通道尺寸来实现规模化生产，同时保持合成条件的一致性。

5、生物相容性：微流控技术适合生物医学应用，可以合成具有良好生物相容性的纳米材料，有助于提高药物递送效率和减少生物体的不良反应。

微流控技术在纳米材料合成中虽然展现出巨大潜力，但也面临着一些挑战：

1、工业规模生产：微流控系统的通道尺寸限制了其在大规模生产中的应用。需要开发新的技术和方法来实现从实验室规模到工业规模的转换。

2、复杂结构的合成：尽管微流控技术可以精确控制纳米材料的尺寸和形态，但合成具有复杂三维结构的纳米材料（如多孔结构、核壳结构）仍然具有挑战性。

3、材料相容性：微流控器件的材料需要与合成的纳米材料及反应体系相容，以避免交叉污染或材料损坏。选择合适的材料并进行适当的表面处理是关键。

4、成本效益：微流控设备的制造和维护成本较高，需要在成本和效益之间找到平衡，以实现经济可行的生产。

5、临床研究和监管：对于通过微流控合成的纳米材料，需要更多的临床前及临床研究来验证其安全性和有效性。这包括对纳米材料的生物相容性、毒性和长期效果的研究。

6、技术复杂性和操作难度：微流控系统的复杂性要求操作者具备较高的专业技能，这可能限制了技术的普及和应用。简化操作流程和提高系统的用户友好性是推广应用的关键。

图1微流控技术用于合成纳米材料及其应用概述。

图2基于流场的微流控反应器。

图3与外部物理场集成的微流控反应器。

图4用于制备负载RNA/DNA脂质体纳米颗粒的微流控反应器的演变。

图5基于纳米沉淀混合的微流控反应器。

图6微流控反应器中纳米材料的顺序组装。

图7纳米结构的流体动力控制组装。

图8用于制备纳米颗粒的声流控微反应器。

图9用于制备功能性纳米粒子的热场微流控反应器。

图10用于合成各种纳米粒子的光场微流控反应器。

图11用于形成纳米颗粒的电场或磁场微流控反应器。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D3NH00217A