这篇论文的研究内容由德国布伦瑞克工业大学的Ebrahim Taiedinejad教授及其团队完成，研究成果发表在《Scientific Reports》期刊上。研究的核心是开发一种新型微流体混合器，结合动态原位激光散射技术，旨在深入了解脂质纳米颗粒的沉淀过程。
随着药物纳米颗粒和载体纳米颗粒在制药、食品和化妆品等领域的广泛应用，纳米颗粒的尺寸和单分散性对其生物利用度、药代动力学和药理学具有重要影响。传统的纳米颗粒生产方法通常采用自上而下的机械方法，这些方法可能会对活性成分造成损害，并且难以保证纳米颗粒的质量。因此，研究团队探索了基于微流体技术的自下而上的纳米颗粒生产方法，以提高生产效率和颗粒质量。
研究团队设计了一种新型的微流体反溶剂沉淀设备，利用双光子聚合技术（2PP）制造了一个具有低纵横比的层流混合器（LARLM）。该混合器的设计允许有机相以均匀的薄层形式注入水相中，从而加速混合过程。通过在微通道的中心位置注入有机相，避免了有机相与通道壁的接触，减少了污染和流动不稳定性。此外，研究团队还实现了原位动态光散射（flowDLS），使得在纳米颗粒沉淀过程中能够实时监测颗粒的尺寸变化。
研究表明，利用LARLM混合器可以有效控制纳米颗粒的沉淀过程。通过调节溶剂和反溶剂的流速比，研究人员观察到纳米颗粒的尺寸和多分散性（PDI）之间的关系。实验结果显示，随着水相流速的增加，纳米颗粒的尺寸逐渐减小，而PDI则保持在较低水平，表明纳米颗粒的单分散性得到了改善。此外，研究团队还开发了两种修正算法，以提高动态光散射测量的准确性。这些算法能够有效消除流动对颗粒尺寸测量的影响，使得在高流速下也能获得可靠的颗粒尺寸数据。
尽管研究取得了显著进展，但在实际应用中仍面临一些挑战。首先，微流体系统的设计和制造过程复杂，需要高精度的设备和技术支持。研究中使用的Nanoscribe设备Photonic Professional GT2为微流体芯片的制造提供了必要的技术保障，使得微通道的结构能够达到亚微米级别的精度。其次，流动条件的变化可能会影响颗粒的沉淀过程，导致颗粒尺寸和分布的不稳定。此外，动态光散射技术在高流速下的测量精度仍需进一步提高，以确保在实际生产中能够实时监测颗粒的特性。
展望未来，研究团队计划进一步优化LARLM混合器的设计，以提高其在不同流动条件下的稳定性和可靠性。同时，结合分子动力学模拟等先进技术，研究人员希望能够深入理解纳米颗粒的形成过程，为药物递送系统的开发提供新的思路。此外，随着技术的不断进步，微流体系统在制药行业的应用前景广阔，能够为快速开发和优化纳米颗粒制备工艺提供支持，尤其是在涉及高成本化学品的情况下。
总之，这项研究不仅为脂质纳米颗粒的制备提供了新的方法和思路，也为未来的药物递送系统的开发奠定了基础。通过不断的技术创新和优化，微流体技术有望在制药领域发挥越来越重要的作用。研究团队的工作展示了如何通过精确的微流体控制和实时监测技术，推动纳米颗粒生产的进步，为制药行业带来新的机遇和挑战。
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https://doi.org/10.1038/s41598-024-73721-0
