水力动力学聚焦合成基于脂质的纳米粒子:芯片设计和配方参数的计算和实验分析
Mahmoud Abdelkarim1, Amr Abostait1, Samuel Czitrom2
1Institute of Biomedical Engineering, University of Toronto, Toronto, Ontario M5S 3G9, Canada; The Keenan Research Centre for Biomedical Science of St. Michael's Hospital, Unity Health Toronto, Toronto, Ontario M5B 1T8, Canada.
概括
微流体水力动力聚焦 (HF) 能够实现精确的纳米粒子合成. 最佳的LNP和脂质体生产取决于流量,入口设计和脂质度,而不仅仅是入口的数量.
科学领域:
- 纳米技术和材料科学 材料科学
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
- 生物技术是生物技术.
背景情况:
- 微流体水力动力聚焦 (HF) 与传统方法相比,可以对纳米粒子合成提供先进的控制.
- 了解高频输入配置和通道几何学的影响对于优化脂质纳米粒子 (LNP) 和脂质体生产至关重要.
- 目前存在关于不同高频设计对纳米粒子特征的具体影响的知识差距.
研究的目的:
- 通过实验和计算分析2入口和4入口HF设计对纳米粒子形成的影响.
- 调查外入口角度和通道几何形状 (正方形或圆形) 对粒子大小,PDI和封装效率的影响.
- 建立一个设计框架,以根据特定的治疗纳米载体生产要求量身定制HF配置.
主要方法:
- 利用3D打印的微流体芯片来合成空和装载的脂质体和LNP.
- 使用计算流体动力学 (CFD) 模拟来分析混合配置和扩散特征.
- 不同的脂质度 (1-8毫克/毫升) 和总流速 (0.12-16毫升/分钟) 在不同的HF配置 (2路,4路,各种角度,方形/圆形通道).
主要成果:
- 双向HF设计在低流量时表现出色,而四向45°配置在高流量时提供了更好的控制.
- 循环道产生的较小,更均的纳米粒子比方形道由于改善的流动力学.
- 增加的脂质度降低了PDI,增强了封装,特别是对于siRNA载荷的LNP.
- 较高的流速导致LNP具有增强的细胞吸收,与较小的粒子大小相关.
结论:
- 通过HF进行最佳纳米粒子合成是流速,入口几何和配方参数的相互作用.
- 进口的数量不仅仅决定纳米粒子的特性;配置细节是关键的.
- 这项研究为选择合适的HF设计提供了宝贵的见解,以满足治疗应用的特定纳米粒子生产需求.
