【PLGA微球案例】微流控制备PLGA微球，实现高效药物包封

有效的药物输送系统对于克服与传统给药途径相关的各种挑战至关重要。这些挑战包括药物溶解度差、半衰期短、生物利用度低和非特异性分布。聚乳酸–乙醇酸共聚物(PLGA)作为FDA和欧洲药品局批准使用的注射药物系统，其安全性和有效性得到广泛证实。PLGA 微球具有多种独特的性质和特性，包括其生物相容性、生物降解性、缓释能力、封装效率、载药能力以及可表面修饰和功能化的选择，使其成为理想的药物递送平台。

PLGA微球的制备方法多样，包括乳化溶剂挥发法、喷雾干燥法、凝聚法、超临界CO₂法和微流控法等。不同的制备方法对于包载药物的释放、药效及其他性能都有显著差异。其中，液滴微流控技术可极大减少制作微球所需的试剂，可精确控制微球壳厚度、微球形状和大小、药物包封率。

本案例提供基于PLGA微球的微流控制备方案，源自液滴微流控技术，采用毛细管作为液滴制备与收集的功能单元，毛细管呈共轴-聚焦的微通道结构设计，提供真正意义上三维流体通道，使流体行为更稳定，同时液滴制备灵活性高。

1）材料、试剂

分散相：5%（w/v）PLGA的二氯甲烷溶液；

连续相：3%（w/v）PVA（Mw=67,000）的水溶液；

收集相：同连续相。

2）主要仪器

MONO型号3D共轴玻璃毛细管液滴微流控芯片

液滴微流控工作站：MF-3G；

倒置显微镜(奥林巴斯BX 53 )；高速相机。

1）液滴制备

1.1 将一定量的分散相和连续相溶液分别吸入10毫升的注射器中，并将其固定在工作站的注射泵上。

1.2 使用特氟龙（PTFE）导管，一端通过鲁尔接头与各注射器连接，确保连接牢固无泄漏。另一端通过倒锥接头与微流控芯片（MONO芯片）进液口连接。

1.3 取适量收集相至收集瓶中，并确保收集管的出液端浸没在收集相中，以便液滴能够顺利进入收集相。

1.4 在工作站上设定各相的流速。首先启动外相溶液，确保通道完全充满。

1.5 待外相稳定后，启动内相溶液，形成单乳液液滴。通过调节两相溶液的流速，控制单乳液液滴的尺寸。

图1. MONO芯片内PLGA微液滴的实时生成画面。比例尺为200 μm。分散相、连续相的流速分别为40、200 μL/min。

2）液滴固化
PLGA微液滴经收集后，液滴中的溶剂二氯甲烷逐渐挥发，扩散进入连续相中，整体液滴尺寸较原始制备状态时会有所减小，微液滴尺寸变化过程见图2。随着二氯甲烷的挥发，微液滴内PLGA浓度逐渐增加，发生沉淀，液滴最终会转变为固体微球。

影响PLGA微液滴的因素：

1)连续相/分散相的流速比。这是改变微球尺寸的最有效、最简单的方法。一般来说，高的流速比会导致更小的液滴。

2)PLGA浓度。理论上增加PLGA的浓度意味着在每个液滴中都会存在更多的PLGA。随着液滴的固化，将形成尺寸更大的微颗粒。但需要注意的是，高浓度的PLGA溶液粘度偏高，会影响液滴的形成。

表1. 可参考的流速范围表和PLGA微液滴/微球尺寸分布

图2. 样品b在溶剂蒸发过程中PLGA微球的尺寸收缩变化。a）初始液滴的光学显微镜图；b）2min、c）7min、d）15min后微液滴的光学显微镜图。图中所有比例尺为300 μm。

带溶剂挥发完全后，将样品b通过反复离心( 2500 r /min) 和蒸馏水清洗( 5次) ，除去残留 PVA 后，冷冻干燥即得 PLGA 微球。

使用液滴微流控技术制备单乳液液滴模板，然后通过挥发溶剂使分散相固化成微球。这种方法适用于多种聚合物，包括聚乳酸（PLA）和聚己内酯（PCL）等。

[1] Su, Y. et al. PLGA-Based Biodegradable Microspheres in Drug Delivery: Recent Advances in Research and Application. Drug Delivery 2021, 28 (1), 1397–1418.  

[2] Vlachopoulos, A., Karlioti, G. et al. Poly(Lactic Acid)-Based Microparticles for Drug Delivery Applications: An Overview of Recent Advances. Pharmaceutics 2022, 14 (2), 359.  

[3] Dawei Ding, Qingdi Zhu, Recent advances of PLGA micro/nanoparticles for the delivery of biomacromolecular therapeutics, Materials Science and Engineering: C, 2018, 92, 1041-1060.