微流控技术构建PLGA-中空介孔二氧化硅载药微球：二甲双胍的骨关节炎长效控释新策略-北京永康乐业科技发展有限公司

导读：

近期，有研究人员成功设计并开发了一种基于微流控技术的可注射PLGA-中空介孔二氧化硅纳米粒子复合微球，用于二甲双胍的持续递送。实验结果显示该微球能实现长达40天的线性药物释放且无初始突释，同时体外细胞实验证实其在100 μM浓度下对软骨细胞无毒性。相关研究以“Design and development of PLGA -hollow mesoporous silica nanoparticles for injectable micro- carriers of metformin based on a microfluidic device: Possible application for drug release in osteoarthritis treatment”为题目，发表在期刊《Results in Engineering》上。

本文要点：

1、本研究设计了一种基于微流控技术的可注射PLGA-中空介孔二氧化硅纳米粒子（HMSN）复合微球，用于二甲双胍（Met）的缓释递送，以改善骨关节炎治疗。

2、通过流动聚焦微流控装置制备的单分散PLGA-HMSN微球（平均直径75.17 μm）可实现持续40天的线性药物释放，且无初始突释现象。

3、FTIR分析证实Met成功负载于HMSN（平均尺寸279.23 nm）及复合微球中。

4、体外释放实验显示，HMSN单独递送呈现三阶段释放（10小时突释45%，30小时达60%，80小时持续释放），而PLGA-HMSN微球则表现为单相缓释，符合Higuchi扩散控制模型。

5、细胞实验表明，载药微球在100 μM浓度内对软骨细胞无毒性，安全性优于游离药物。

6、该体系结合了PLGA的生物相容性与HMSN的高载药能力，通过微流控精准调控微球均一性，解决了传统载药系统突释明显、控释不足的问题，为骨关节炎的长效治疗提供了新策略。

二甲双胍如何封装在PLGA微球中？

二甲双胍（Met）的封装分为两步：

1、HMSN负载药物：通过浸渍法将二甲双胍水溶液与中空介孔二氧化硅纳米粒子（HMSN）混合，离心后药物吸附于HMSN的孔隙中，形成Met@HMSN复合物。

2、微流控封装：采用流聚焦微流控装置，将PLGA的DCM溶液（中间油相）与Met@HMSN水溶液（内水相）注入芯片，外层为PVA水溶液（连续相），形成W/O/W型乳液液滴。溶剂挥发后，PLGA固化包裹HMSN，最终形成单分散的PLGA-HMSN微球，二甲双胍通过HMSN的介孔结构和PLGA的降解实现缓释。

微流控装置在制备微球中的具体作用是什么？

微流控装置的核心作用是通过精准控制流体动力学参数，实现微球的高均一性和可控性：

1、单分散性：流动聚焦几何结构通过调节流速（如外相20 μL/min，中间相5 μL/min，内相5 μL/min）和界面张力，生成尺寸均一的液滴（平均直径75.17 μm）。

2、避免突释：微流控技术确保药物均匀分散于PLGA基质中，减少表面药物暴露，从而消除传统方法常见的初始突释现象。

3、可扩展性：相比乳化法或喷雾干燥，微流控技术步骤简化、材料浪费少，适合规模化生产。

图1.（A）HMSNs合成示意图（使用BioRender.com创建），（B）微流控装置（i）制备和粘接后（ii）测试设置，（C）PLGA-HMSN复合微球的生成（使用BioRender.com创建）。

图2.（A）PLGA-HMSN模拟的对称二维几何结构及其周围环境和非结构化网格，（B）网格独立性验证，（C）核（HMSN）和壳（PLGA）的扩散系数随时间的变化，（D）通过与Zhou等人的实验结果对比，验证了模拟的准确性。

图3.（A）Met、Met@HMSN和Met@PLGA-HMSN的红外光谱，（B）EDX分析，（C）BET分析，（D）DLS分析。

图4.（A）HMSNs的FESEM图像，放大倍数分别为（i）200nm、（ii）1μm、（iii）2μm和（iv）5μm，（B）HMSNs的HRTEM图像，分别为（i）500nm和（ii）5μm，（C）样品（i）HMSNs和（ii）PLGA-HMSN的直径直方图，（D）PLGA-HMSN的光学显微镜图像，（E）（i）PLGA-HMSN的FESEM图像、（ii）PLGA-HMSN的横截面形态和（iii）PLGA-HMSN微球的HRTEM图像。