越来越多纳米颗粒药物相关研究提供的新证据表明，载药纳米颗粒 (NP) 的粒径大小在药效和 最终临床成功中发挥着至关重要的作用。因此，能够在生产过程中精确控制纳米颗粒粒径大小的制备工艺很重要。目前的纳米颗粒药物生产方法可以实现一系列纳米颗粒粒径大小，但缺乏在保持药物高包封率和低多分散性的同时控制纳米颗粒粒径具体大小的能力。 我们提出了一种使用 NanoGenerator™ Flex 仪器生产纳米颗粒的新型解决方案，该仪器通过由计算机控制的压力泵驱动微流控芯片混合，以实现对溶剂/反溶剂纳米沉淀工艺的高度控制，因而能够合理优化纳米颗粒的特性。
本文使用具有代表性的聚乳酸-羟基乙酸共聚物 (PLGA) 纳米颗粒体系，系统地研究了用于在 NanoGenerator™ Flex 上调整纳米颗粒粒径大小的仪器和制剂参数。提高通过微流控混合器的试剂流速导致颗粒变小，而提高水相与溶剂相的混合比例让粒径增大。此外，提高溶剂相中的聚合物浓度会导致粒径增大。通过对 4 项参数的考察，粒径调整为 70 到 200 nm 之间，PDI 低于 0.2。
仪器参数：
总流速 (TFR)：2 - 12 mL/min
流速比 (FRR)：1:1 - 9:1(水相比溶剂相)
制剂参数：
聚合物 (PLGA) 浓度：5 - 40 mg/mL
稳定剂 (PVA) 浓度：0.5 - 4.0 % w/v
PLGA 纳米颗粒在 NanoGenerator™ Flex 仪器上通过微流控混合制备，如图所示。该方法可以实现 PLGA(溶剂相)与聚乙烯醇(PVA，水相)稳定剂快速且均一的混合，由此推动 PLGA 纳米颗粒的可控沉淀。
分析：
粒径在纳米颗粒治疗剂的生物分布、组织渗透、药物释放和药效中发挥着重要作用，因此保持对纳米颗粒粒径大小的控制在制备过程中至关重要。与传统方法相比，NanoGenerator™ Flex 平台采用的微流控混合技术可在制备过程中精准控制纳米颗粒粒径大小。这可以通过调节仪器参数(包括总流量 (TFR) 或流速比 (FRR) )和制剂参数(如浓度)来实现。我们知道了这些参数如何调节 PLGA 纳米颗粒粒径大小，PLGA 被选作具有代表性的生物可降解多聚物，目前被 FDA 批准用于药物输送应用领域。
以 mL/min 为单位的 TFR 是两种流体泵入微流控设备两个入口的速度总和。随着 TFR 增 加，混合速度会加快，从而使PLGA纳米颗粒粒径缩小。随着混合速度变得远快于PLGA的沉淀速度，纳米颗粒粒径大小随 TFR 增加而接近一条渐近线。该渐近线被认为是“极限粒径”，这是给定系统中热力学稳定的最小纳米颗粒粒径。具体而言，对于 5 mg/mL PLGA，该特定系统在这些条件下的极限粒径为约 70 nm。
在任何特定时刻进行混合的水相与溶剂相的相对量由 FRR 决定。随着溶剂相与反溶剂相快速混合，极性突然发生改变，导致分子在新的溶剂环境下出现瞬时过饱和。这促使溶解的分子沉淀为纳米颗粒。此时，FRR 较高则获得的 PLGA 颗粒较大，这与在磷脂等两亲性分子上观察到的趋势形成了对比(数据未显示)。不同的趋势可以通过这些材料的颗粒组装动力学来理解。 对于自稳定的两亲性分子，溶剂极性的较大改变促使颗粒成核，而分子的亲水部能让颗粒快速稳定。对于疏水性 PLGA，极性的快速增加导致 PLGA 核心快速沉淀，但表面钝化受到了 PVA 冠组装动力学的限制。对于 PVA，随着水相与有机相之比增加，PVA 在混合时经历的极性降低幅度减小。这降低了 PVA 在新生 PLGA 颗粒表面进行组装的驱动力。这样的钝化延迟有利于生长出较大的 PLGA 内核。
另外， PLGA 和 PVA(稳定剂浓度)的影响。增加 PLGA 的浓度导致纳米颗粒粒径增大， 这与文献报道的结果类似。浓聚合物溶液更加黏稠，所以认为这种黏度变化可能会降低溶剂相向水相中扩散的速度，从而导致形成较大的纳米颗粒。PVA 的作用是通过降低 PLGA 聚合物与水相之间的界面张力来稳定颗粒。因此，改变稳定剂的浓度可能会影响 PLGA 纳米颗粒的粒径和 PDI。这些结果与归因于界面张力随浓度增加而降低的文献报道相似。在 4% w/v 的 PVA 浓度下未报道粒径进一步缩小，可能是因为 2% w/v 的浓度足以有效稳定这些纳米颗粒。
重要的是，要注意精确控制的可重复工艺对于消除制剂参数对颗粒粒径大小的影响必不可少。如果没有这种控制，不同批次之间的差异可能会导致实验误差，从而可能让人无法清楚地分辨制剂变化造成的影响。特别是，5-15 mg/mL 的 PLGA 浓度对颗粒粒径大小的影响很微妙。NanoGenerator™ Flex平台能够实现不同批次间的可重复性，使得实验误差几乎可以忽略不计，从而降低了这些实验观察的本底干扰，让粒径变化既能被检测到，又能归因于制剂变化。
材料和方法：
材料：
端酯基 PLGA(丙交酯与乙交酯比例 50:50，分子量 45,000 - 55,000)出自 Akina, Inc (West Lafayette, IN)。聚(乙烯醇)(PVA)(分子量约 31,000，87-89 mol% 水解)购自 Sigma-Aldrich (St Louis, MO)。所有其他材料均为试剂级
微流控制备 PLGA 纳米颗粒：
使用 NanoGenerator™ Flex，通过将适当体积的 PLGA 乙*溶液与含 PVA 水溶液混合，来制备 PLGA 纳米颗粒。简而言之，将 PLGA 以 5 - 40 mg/mL 的浓度溶解于乙*中，并将 PVA 以 0.5 - 4 % w/v 的浓度溶解于去离子水中。合成 PLGA 纳米颗粒，通过微流控芯片的一个入口注入 PLGA 乙*溶液，并通过微流控芯片的另一个入口注入 PVA 溶液。纳米颗粒制剂在分别为 2-12 mL/min 和 1:1 – 9:1 的多种不同 TFR 和水相与溶剂相 FRR 下制备。丢弃分别为 0.25 mL 的初始废弃体积，将 PLGA 纳米颗粒收集在样品收集管中。 然后，使用透析袋 (MWCO - 10,000) 将收集的样品在 1L 去离子水中透析 12 小时，前 4 小时内更换透析介质两次。
PLGA 纳米颗粒表征：
采用 NanoGenerator™ Flex 制备的 PLGA 纳米颗粒用 Malvern Zetasizer 3000 (Malvern, UK) 通 过动态光散射来表征其尺寸(平均粒径)和多分散系数 (PDI)，方法为用 300 μL 去离子水稀释 50 μL 制备的纳米颗粒制剂，并在 25°C 下测量。
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