近期，有研究人员通过微流控辅助合成负载胰岛素的PLGA纳米颗粒，并将其与双乳液溶剂蒸发（DESE）法进行比较，着重凸显了微流控技术在粒径控制、药物封装效率和生产一致性方面的优势。相关研究以“Microfluidic-assisted preparation of PLGA nanoparticles loaded with insulin: a comparison with double emulsion solvent evaporation method”为题目，发表在期刊《Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition》上。

本文要点：

1、本研究设计了一种微流控混合器，用于制备负载胰岛素的PLGA纳米粒子，与双乳液溶剂蒸发法（DESE）相比，微流控法制备的纳米粒子具有更小的粒径、更窄的粒径分布、更高的包封效率和载药量。

2、此外，微流控法制备的纳米粒子在Caco-2细胞中表现出更强的跨上皮电阻降低能力，增强了药物的细胞旁渗透。

3、通过差示扫描量热法和傅里叶变换红外光谱分析了组分间的相容性和相互作用，并通过MTT实验评估了细胞毒性。

4、数值模拟表明，降低有机相与水相的流速比可改善混合效果。

5、作为DESE的替代方案，微流控混合器在调节流体动力学条件方面展现出更高的灵活性以及优异的胰岛素封装性能。

在微混合器中，PLGA NPs 的形成过程如下：

• 有机相（含PLGA/丙酮溶液）和水相（含表面活性剂和胰岛素）分别通过内针和外针注入。当两相在玻璃毛细管混合区接触时，由于非溶剂相（水相）向溶剂相（有机相）扩散，PLGA溶液达到过饱和状态，从而引发成核过程。

• 随后，药物和聚合物分子的扩散与聚集促使核不断生长，直至形成动力学稳定的NPs。在此过程中，微混合器的结构和流体参数对NPs的形成起到关键作用。例如，同轴微流控混合器中有机相和水相的同轴流动方式，减少了聚合物在通道内的沉淀和设备堵塞，有利于NPs的均匀形成。

• 同时，通过调节有机相和水相的流速比等参数，可以控制混合效率和NPs的性质，如减小有机相水相流速比可增加混合指数，提高成核速率，进而减小NPs的粒径，这为精准制备具有特定性能的PLGA NPs提供了有效途径。

微流控方法在制备PLGA纳米粒子方面具有以下优势：

1、高控制性：微流控方法能够精确控制纳米粒子的尺寸和多分散指数（PDI），实现更均匀的粒径分布。

2、高封装效率和载药量：相比传统的双乳液溶剂蒸发法（DESE），微流控方法可显著提高药物的封装效率和载药量。

3、温和条件：避免了高剪切力对敏感药物（如多肽和蛋白质）及PLGA链的降解，减少了药物降解的风险。

4、快速反应和高重现性：微流控设备的小尺寸使液体混合更均匀，反应时间更短，实验结果更具重现性且不依赖于操作人员的专业技能。

5、连续操作与规模化生产：微流控方法支持连续操作，便于大规模生产，克服了批次间差异。

6、低液体消耗：使用较少的试剂和溶剂，降低了成本和环境影响。

7、高灵活性：可通过调节流速比等参数灵活调整纳米粒子的物理化学性质。

8、无污染：避免了传统方法中探头超声器可能引入的重金属污染。

综上，微流控方法是一种高效、可控且环保的PLGA纳米粒子制备技术。

图1.（a）微流体装置的示意图，（b）微混合器的横截面，（c）通过微混合器形成PLGA NPs的过程。

图2.有机相流速对（a）粒径和PDI，（b）ζ电位，（c）包封效率和负载量的影响（平均值±标准差，n=3）。通过（d-1）微流体方法、（d-2）DESE方法合成的NPs的FE-SEM图像。

图3.（a）通过微流体方法在有和没有胰岛素的情况下制备的NPs以及原料的DSC热谱图，（b）通过DESE法在有或没有胰岛素的情况下制备的NPs以及原料的DSC热谱图。

图4.（a）通过微流体方法在有和没有胰岛素的情况下制备的NPs以及原料的FT-IR光谱，（b）通过DESE法在有或没有胰岛素的情况下制备的NPs以及原料的FT-IR光谱。

图5.通过微流体和DESE方法制备的NPs的累积释放曲线（平均值±标准差，n=3）。

图6.通过微流体和DESE方法制备的NPs的MTT分析（平均值±标准差，n=3）。

图7.通过微流体和DESE方法制备的NPs的TEER（跨上皮细胞电阻）值（平均值±标准差，n=3）。

图8.有机相流速对混合指数（MI）、粒径、负载量（LC）和包封效率（EE%）的影响。

图9.（a）数值模型与Clark研究的对比验证，（b）FRR为（b-1）0.3、（b-2）0.5、（b-3）0.7、（b-4）1时，由数值模拟获得的水相质量分数等值线图。

论文链接：https://doi.org/10.1080/09205063.2023.2287247