在过去的十年中，越来越多疾病的发病率开始增加，但缺乏有效的治疗方法，这促使了纳米医学的发展。尤其是在药物递送方面，越来越多的纳米载体显示出优于普通给药方式的潜力。例如，使用纳米载体递送金丝桃素可以穿透血脑屏障用于治疗抑郁症，解决了该药物水溶性差、生物利用度低以及无法穿透血脑屏障的问题。而在众多类型的纳米载体中，脂质纳米载体越来越受到各领域研究人员的广泛关注。脂质纳米载体是脂质为主要结构成分组成的大小在10 ~ 1000 nm的纳米颗粒，它们是多功能的药物递送系统（DDS），可以封装各种药物并通过修饰外部成分选择性地靶向细胞/组织，甚至能够穿透细胞屏障以实现高效的药物递送。这一类型的纳米载体中最主要的就是脂质体和脂质纳米颗粒（LNP），它们具有保护药物免于降解、降低毒副作用、增强疏水分子的溶解度和生物利用度，以及生物相容性、可生物降解等优点。

  脂质体的基本结构是由磷脂等两亲性分子在水性介质中自组装成的具有水性核心的脂质双分子层（图 1）。由于脂质膜和亲水性内部的存在，脂质体能够被用于递送疏水性和亲水性分子，从而作为多种药物的递送平台。脂质体之后发展出了LNP。LNP 是由一个（单层）或多个（多层）磷脂双层组成的球形囊泡，通常由四种成分组成：阳离子脂质、辅助脂质、胆固醇和聚乙二醇化脂质。脂质类型的增多，既增加了囊泡的稳定性，同时也增加了可以封装的药物类型，如核酸。自20世纪60年代脂质体被发现以来， 人们一直在研究基于脂质的递送系统。到了2021年，辉瑞/BioNTech 和 Moderna COVID-19 mRNA 疫苗的上市更使 LNP成为全球关注的焦点。总体而言，不管是脂质体还是LNP，都代表了脂质纳米载体在药物递送方面的巨大潜力。

   微流控是一种通过在微通道中实现快速混合制备纳米药物载体的新技术。与传统方法相比，微流控法提高了纳米载体的可控性和均匀性。通过调节制备参数可以调节载体的理化性质，进而实现窄粒径分布和高载药能力。目前，微流控技术已经广泛应用于脂质体和LNP的制备，利用微流控制备的脂质纳米载体可以用于多种药物的递送，包括小分子、siRNA、mRNA 等。

1 脂质纳米载体的传统制备方法

       脂质纳米载体的生产方法多种多样，包括薄膜水化法、高压均质化、高速搅拌、超声处理、溶剂乳化-扩散法、逆向蒸发法、凝聚法、溶剂注入法、去污剂去除法等。这些技术依赖于脂质纳米载体的自形成，然后通过滤膜挤出，以获得符合粒径要求的制剂，不仅成本高，产量还偏低。这里，我们简单介绍几种传统的制备方法。

1.1 薄膜水化法

      薄膜水化法，也称为 Bangham 方法，是实验室中最常见和最简单的脂质体合成技术。在这种方法中，将脂质等两亲性分子溶于有机溶剂中，作为脂质体合成前体。使用旋转蒸发器将溶剂蒸发后，在瓶底部形成一层薄薄的脂质膜，然后用含有药物的水溶液将薄膜水化，药物被封装到脂质薄膜中，脂质体形成。这一方法的关键在于，水化缓冲液的温度需保持在凝胶-脂质相变温度以上，其缺点是药物包封效率低。需要采用减小尺寸的方法来生产均一的小单层脂质体。广泛使用两种方法：超声处理和多次挤出。如果采用超声，脂质体的大小分布取决于超声波的频率和超声处理的持续时间。如果采用聚碳酸酯膜多次挤出，脂质体的尺寸分布则取决于挤出的次数和聚碳酸酯膜孔的大小。

1.2 逆向蒸发法

逆向蒸发法与薄膜水化法类似，都采用相同的步骤先制备得到脂质薄膜。不同的是，在逆向蒸发法中，薄膜被重新溶解在有机相中，其通常是由乙醚和（或）异丙醇组成的有机溶剂。随后将含有目标药物的水溶液加入到重新溶解的脂相中，超声处理后，产生一个两相体系，即中间体W/O 型乳液。最后在减压蒸发下除去有机溶剂，转相形成黏稠的凝胶，再加入缓冲液水化，得悬浮液，即脂质体形成。为了减小尺寸，同样可以对脂质体进行多次挤出或超声。逆向蒸发法的潜在缺点在于，再溶解脂质中有机溶剂的去除不完 全会产生残留的微量元素，这会破坏含药脂质体的化学或生物稳定性。

1.3 溶剂注入法

       溶剂注入法也是一种实验室常用的脂质体合成技术，其通过将溶解了磷脂的有机溶液注入到含药物的水溶液中来制备脂质体。在这种技术中，脂质等两亲性分子溶解在低沸点的有机溶剂中，然后在一个恒定的，高于混合物沸点的温度下，将混合物注入到含药物的水溶液中。这样，有机溶剂可以被蒸发，形成脂质体囊泡。如果有机相的沸点高于水相温度，则在注入后，通过透析、离心或琼脂糖凝胶柱去除有机溶剂。溶剂注入法的局限性包括：多分散指数（PDI）高以及有机溶剂去除不完全。

2  使用微流控技术制备脂质纳米载体

       传统方法合成脂质纳米载体会导致多分散指数高，并且批次间差异很大。为了应对这些问题，微流控技术因其可重复制备窄粒径分布的纳米载体而迅速得到广泛应用。与传统技术相比，通过微流控技术生产的脂质纳米载体显示出均匀的尺寸分布，并具有可重复性和增强的稳定性。

事实上，微流控技术涵盖了多种使用微流控制备脂质纳米载体的方法，包括流体聚焦法、脉冲射流法、液滴微流控法以及其他方法。不同的方法有不同的特点，适用于不同的情况。

2.1 流体聚焦法 

   流体聚焦法是最常使用的微流控制备方法。含有水溶液的两个侧通道垂直连接到中心通道，其中脂质溶解在乙醇中。当乙醇被水溶液稀释到临界浓度时，脂质自发地组装成脂质体。 通过调节微通道中的流速，可以很容易地将生成的脂质体的大小控制在100 ~ 300 nm 的范围内。随后，又研究了流速比对脂质体平均尺寸的影响。结果表明，较高的流速比可以产生尺寸较小的脂质体，且尺寸分布较窄。为了进一步提高生产率，实验人员设计了一种三维微流控流体动力学聚焦（3D-MHF）装置，该装置是由7个相同的硼硅酸盐玻璃毛细管组成的同心毛细管阵列。由于多个核-环结构毛细管组成阵列，因此脂质体的制备效率是以前报道的流体聚焦制备方法的10000倍，且制备的脂质体尺寸可调，呈高度单分散性。为了提高制备通量，实验人员又设计并制备了深宽比为100:1的微流控垂直流动聚焦体系（VFF），并与MHF 和3D-MHF的制备通量进行了比较。结果显示，VFF 具有比 MHF 和 3D-MHF 更高的制备通量。

        MHF 具有许多优点：①制备脂质体的过程相对简单；②可以通过控制流速、浓度等各种条件来实现所需脂质体的制备；③采用连续流模式高通量地制备脂质体；④不需要后处理即可得到尺寸均一的小单层脂质体。但该方法也存在缺点，即制备的脂质体通常包封率不高。

2.2 脉冲射流法 

       在这种方法中，两亲水层间首先形成平板状脂双层膜结构，随后使用微喷嘴精确控制脉冲射流到脂双层膜，引发膜变形而形成脂质体。研究发现，脂质体的尺寸可以通过改变喷嘴大小、脉冲射流压力以及脉冲射流体积来实现调控。从小喷嘴喷出的体积小、速度高的脉冲射流能明显减小形成脂质体的尺寸。后来研究者使用喷墨喷嘴引发脉冲射流来更好地控制脂质体膜的组成、不对称性和容量等性能。这种方法能更加高效地形成细胞模型和高通量包封生物活性分子。

      脉冲射流法的优点在于可以实现高通量地制备尺寸均一的巨单层脂质体（GUV），并且包封率很高。更重要的是，该技术在制备脂质体的同时能实现对内部包封物以及脂膜性质的控制，在研究涉及膜参与的 细胞重组方面大有用途。但脉冲射流法在制备脂质体方面仍存在一些不足：①主要制备巨型脂质体，无法产生小尺寸的尤其是纳米级的脂质体；②需要相对繁琐的实验步骤来实现制备，限制了该技术的广泛应用。

2.3 液滴微流控法

   液滴微流控也是一种有效制备巨型脂质体的方法，主要包括双层微乳液滴法和微乳液滴转移法。

2.3.1 双层微乳液滴法

 水-油-水（W/O/W）双层微乳液滴法已经作为一种高效、方便的技术用于制备单分散的GUV。利用一种二级同轴聚焦玻璃毛细管微流控系统制备出单分散性和稳定性俱佳的W/O/W 双层微乳液滴，再经过萃取除去溶剂得到单分散的 GUV。实验人员使用聚二甲基硅氧烷制作的流体聚焦微流控芯片产生尺寸均一可控的双层微乳液滴，通过调节流速比制备了粒径范围在20 ~ 110 μm 的单分散GUV。除此之外，在聚二甲基硅氧烷通道涂覆一层1% 聚乙烯醇（PVA）并利用这个平台制备了连续包封GFP 质粒和RNA、酶混合反应物的双层微乳液滴。该研究表明微流控液滴系统可以连续、精确地制备脂质体并安全有效地包封生物活性试剂，非常适合开展人造细胞的研究。

2.3.2 微乳液滴转移法

       先使用涡旋产生内部为水，外层为脂单层的 W/O 液滴，随后将 W/O 液滴通过油水界面转移至水相中。当 W/O 液滴通过油水界面时，另一脂单层聚集在 W/O 液滴周围形成脂双层得到脂质体。由于制备过程中脂质体中的水相包封物和外部水相被分隔开，可以防止泄漏，因此这种方法制备的脂质体通常包封率很高。但这种方法在进行批量生产时，批次间差异很大。而运用微流控技术能有效减小批次间差异，得到尺寸均一的微乳液滴。研究人员开发了一种全集成的Y形微乳 液滴转移微流控系统，在微流控芯片上实现微乳液滴转移制备脂质体。但实验发现微乳液滴在三角微柱结构促使下从油相进入水相的转移步骤会引起一部分微乳液滴破裂，导致包封率、脂质体产率和制备通量有所下降。

    微流控液滴具有更大的比表面积，相较连续流流体聚焦能够更好地控制形成的脂质体的大小和均一性，而且有很高的包封率。但是以微乳为基础的微流控液滴制备方法最大的缺点就是脂质膜中油的残留问题。此外，微流控液滴法制备的脂质体稳定性也相对较差。

2.4 其他微流控方法 

 除了上述提到的方法外，还有一些微流控方法用于脂质纳米载体的制备，例如使用配备微混合器的微流控装置或电形成法微流控芯片系统。其中，前者是近几年广泛应用的微流控方法。在这种方法中，使用两种小的微流控通道，两种通道的直径可不同，通过以指定的流速将有机溶剂中的脂质和水溶剂中的药物注入微流控芯片中，可以精确控制脂质和药物的混合。由于有机溶剂的快速稀释，由微混合器诱导的两种溶液的快速混合使得脂质纳米载体能够自行形成（图 2）。这种方法制备出的脂质纳米载体粒径均一，性能可控，批次间差异小且稳定性好。除此之外，这种微流控注射方法方便简单，试剂用量少，便于通过调节各种参数例如总流速、流速比、脂质浓度等筛选最佳的载体。

3 总结与展望

 正如许多研究小组证明的那样，微流控技术因其操作简单、快捷、可控，而广泛用于脂质纳米载体的制备。通过调节制备参数，可以获得用于筛选的LNP 库，从中可以挑选出基于靶细胞的最佳制剂。通常，高的总流速、流速比和低脂质浓度会产生较小尺寸的 LNP。通过微流控技术制备的脂质纳米载体可以有效地封装多种药物，并通过将其靶向递送至病变部位提高治疗效果。 这一特性和易于扩大规模极大地促进了脂质纳米载体从实验室到临床的转化。尽管微流控技术已被用于工业生产LNP，但仍有一些挑战需要克服。首先，制备工艺仍需进一步优化，如何对微流控制备的脂质纳米载体的理化性质进行更精确地控制仍需进一步探索。其次，微流控器件仍需进一步设计。例如，经常发生堵塞问题，从而限制了生产效率。因此，微流控器件的几何形状也需进一步优化。总体而言，尽管微流控仍然存在一些挑战，但它为可控制备脂质纳米载体提供了极好的策略。

微射流高压均质机

                                                                                                                             CHEN241010M