与传统的台式制备技术相比，纳米颗粒（NP）的微流体制备具有诸多优势，如更好的粒子尺寸控制和更高的均一性。尽管许多研究报告了使用低成本的微流控芯片进行纳米粒子合成，但由于在微通道内产生所需流量的泵成本很高，这项技术的花费仍然较大。

近期，有研究人员提出了一种低成本的手指操作恒压泵平台，用于微流控制备纳米颗粒，为资源有限的实验室提供了一种简单易用的微流控纳米颗粒合成方法。相关研究以“Finger-operated pumping platform for microfluidic preparation of nanoparticles”为题目发表于期刊《Microfluidics and Nanofluidics》。

本文要点：

1、本文提出了一种低成本的手指操作恒压泵平台，可以通过手动按压泵盖来产生高达120kPa的压力。

2、该平台成本约为208美元，能够生成高达47:1的流速比（FRR），用于纳米颗粒的连续流合成。

3、该泵每冲程的分辨率为500Pa，并可在长达几个小时内保持稳定的压力。

4、使用该泵成功制备了尺寸在47至250nm、平均多分散性为20%的聚乙二醇化脂质体和聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）纳米粒子，其有望应用于资源有限的实验室。

本文提出的手指操作恒压泵平台的工作原理及具体操作步骤如下：

工作原理：

• 该平台由两个标准的塑料饮料瓶和商用“fizz keeper”手动泵盖组成。

• 饮料瓶作为压力储备罐，通过管线连接到装有反应溶液的离心管。

• 通过反复按压泵盖，可以在饮料瓶内产生高达120kPa的压力。

• 这种压力可以驱动反应溶液流经微流控芯片，从而实现纳米颗粒的连续流合成。

操作步骤：

• 首先将反应溶液装入离心管，然后反复按压泵盖以增加饮料瓶内的压力。

• 达到所需压力后，打开连接微流控芯片的阀门，溶液就会在压力驱动下流入芯片进行反应。

• 通过调节两个饮料瓶之间的压力比，可以控制反应溶液的流量比，从而调节最终纳米颗粒的尺寸和分散性。

• 该泵还配备有压力传感器和流量传感器，可以实时监测压力和流量。

总之，这种手动操作的恒压泵为微流控纳米颗粒合成提供了一种简单、低成本的解决方案。

采用微流控技术合成纳米颗粒的优势包括：

1、更好的粒子尺寸控制和更高的均一性。相比传统的批量制备方法，微流控技术可以更精细地控制反应条件，如流速比、压力比等，从而实现更好的粒子尺寸控制和更窄的粒度分布。

2、更短的反应时间和更高的产率。因为微流控芯片的尺寸小，可以实现更高的表面积与体积比，有利于物质传递和反应动力学，可以缩短反应时间并提高产率。

3、更好的重复性和可控性。微流控系统可以精确控制反应参数，如温度、pH、流速等，从而提高合成过程的重复性和可控性。

4、减少化学废物。微流控系统通常仅需要较少的原料和溶剂，从而减少了化学废物的产生。

5、更易于连续化生产。微流控系统可以实现连续流合成，有利于工业化生产。

图1.（a）NP合成平台示意图，显示了平台的不同组件及其连接方式。（b）实际泵送平台的照片，显示了两个带有泵盖的汽水瓶、压力和流量传感器以及微型混合器芯片。泵送平台尺寸为40cm×30cm。（c）特写显示手指操作的泵盖，（d）用于脂质体制备的人字形微混合器芯片的特写显示左侧的缓冲液和脂质溶液入口以及右侧的NP收集出口。

图2.用于理论分析恒压泵产生的流速和通过纳米沉淀制备PLGA NPs的流体动力学流动聚焦装置示意图。

图3.手指操作Fizz-keeper泵的表征。

图4.（a）用于制备纳米颗粒的典型流体动力学流动聚焦装置示意图。端口1是缓冲液入口，端口2是脂质/聚合物入口，端口3是出口。下表显示了（a）中器件的不同微通道的尺寸。泊肃叶数是层流下微通道内雷诺数乘以达西摩擦系数的乘积，与通道纵横比存在函数关系。（b）（a）中描述的流体动力聚焦芯片的实验和理论流量比与压力比，如插图所示。（c）用于制备脂质体的人字形微混合器的示意图和尺寸。（d）人字形微混合器芯片中的实验流速比（插图）。由于通道内的人字形微混合器脊干扰了通道内的流动，导致与理论计算存在较大偏差，因此没有绘制该芯片的理论数据。误差条表示一个标准偏差

图5.使用手指操作的泵送平台和人字形微混合器制备的脂质体的表征。

图6.使用手指操作的泵送平台，在流体动力学流动聚焦装置和人字形微混合器内制备PLGA纳米粒子。条形图表示粒径，标记表示多分散性。流体动力学聚焦装置在PR为1.2时运行，对应于FRR为4:1（去离子水：DMF），而人字形微混合器在PR=2时运行，对应于FRR=5:1（PBS：脂质）。所有数据点均一式三份。误差条表示一个标准偏差。

论文链接：

https://doi.org/10.1007/s10404-024-02738-8