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核酸脂質(zhì)納米?？破铡健DI
微流控技術(shù)是目前制備脂質(zhì)納米粒（Lipid nanoparticle，LNP）最先進(jìn)的技術(shù)，越來越多的企業(yè)、高校研究所，開始使用微流控技術(shù)開展脂質(zhì)納米粒的研發(fā)與生產(chǎn)。微流控技術(shù)是通過微流控設(shè)備，使兩相液體在微流控芯片中，以層流的形式在相界面快速發(fā)生自組裝反應(yīng)，制備脂質(zhì)納米粒，用于遞送核酸、小分子、多肽、蛋白等活性成分。粒徑和PDI是評價(jià)其制備效果的重要指標(biāo)，本文將為大家介紹脂質(zhì)納米粒粒徑和PDI的測定方法，并通過具體的應(yīng)用案例，展示粒徑和PDI對于評價(jià)脂質(zhì)納米粒制備效果的重要意義。
圖1 微流控技術(shù)原理
01
粒徑和PDI的測量方法
粒徑是表征顆粒大小的參數(shù)，常用于測定脂質(zhì)納米粒粒徑的方法為動態(tài)光散射法（Dynamic light scattering，DLS）。動態(tài)光散射的原理是基于顆粒對光的散射。懸浮于液體中的脂質(zhì)納米粒，并不是靜止的，由于分子的隨機(jī)碰撞，脂質(zhì)納米粒不停地進(jìn)行布朗運(yùn)動。當(dāng)激光照射脂質(zhì)納米粒時(shí)，布朗運(yùn)動會導(dǎo)致顆粒對光的散射強(qiáng)度隨時(shí)間漲落。顆粒越小，擴(kuò)散或運(yùn)動速度越快，散射光漲落越快，反之亦然。布朗運(yùn)動的速率可以量化為平移擴(kuò)散系數(shù)，通常用大寫字母D表示。粒徑與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系可以用斯托克斯-愛因斯坦方程（Stokes-Einstein?equation）表示:
DLS測量的是脂質(zhì)納米粒的流體力學(xué)粒徑（Hydrodynamic diameter，DH），指的是與被測顆粒有相同擴(kuò)散速率的球體直徑。這個(gè)球體包括核心顆粒和任何與它表面相結(jié)合的物質(zhì)，如任何的離子、吸附的聚合物等。
圖2?流體力學(xué)直徑示意圖
利用DLS，我們可以快速測量樣品中所有顆粒的粒徑，得到基于光強(qiáng)的粒度分布曲線，顯示樣本中每個(gè)粒徑的脂質(zhì)納米粒群體的散射光強(qiáng)度占比，也可以轉(zhuǎn)換為基于體積或基于個(gè)數(shù)的粒徑分布。同時(shí)，可以得到脂質(zhì)納米粒樣本的平均粒徑（Z-Average）、多分散系數(shù)（Polydispersity index，PDI or PI）。PDI是反映粒徑分布寬度的無量綱數(shù)值，范圍為0~1之間，數(shù)值越小，代表粒度越均勻，粒度分布越集中。
通過銘汰微流控納米藥物制備系統(tǒng)合成的脂質(zhì)納米粒，根據(jù)配方及包裹活性成分的不同，粒徑通常為40-500 nm，PDI通常0.3以下，對于成熟的配方，PDI在0.1以下。如圖2所示，使用銘汰MicroFlow S微流控納米藥物制備系統(tǒng)，F(xiàn)lowOrigin M試劑盒包封mRNA，制備的核酸脂質(zhì)納米粒，利用DLS納米粒度儀測量的結(jié)果。從結(jié)果可以看出粒徑分布曲線為單峰且分布非常集中，Z-Average為83.45 nm， PDI為0.032，合成效果非常好。
圖3?核酸脂質(zhì)納米粒的DLS檢測結(jié)果
02
粒徑及PDI評價(jià)脂質(zhì)納米粒制備效果的應(yīng)用舉例
2.1 通過粒徑和PDI評估不同配方的合成效果
使用銘汰MicroFlow S微流控納米藥物制備系統(tǒng)，分別按照Onpattro、Pfizer-BioNtech、Moderna三家經(jīng)典配方以及銘汰FlowOrigin M試劑盒，合成mRNA-LNP，粒徑及PDI的結(jié)果如圖3所示。可以看出四家配方合成的該核酸脂質(zhì)納米粒粒徑均為75 nm左右，PDI均為0.1以下，說明四家配方使用銘汰的微流控納米藥物制備系統(tǒng)均能獲得非常好的合成效果。
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???圖4?不同配方使用MicroFlow S合成mRNA-LNP的結(jié)果對比
2.2通過粒徑和PDI評價(jià)微流控芯片的重復(fù)使用效果
采用相同配方，使用同一個(gè)微流控FlowTech?S芯片，重復(fù)合成12次脂質(zhì)納米粒的粒徑及PDI結(jié)果對比，如圖4所示?？梢钥闯觯?2次合成的脂質(zhì)納米顆粒粒徑均為80nm左右，PDI為0.1以下，說明銘汰微流控芯片重復(fù)使用12次，仍然可以達(dá)到非常好的制備結(jié)果。
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圖5?同一微流控芯片重復(fù)合成12次結(jié)果對比
2.3 通過粒徑和PDI評價(jià)設(shè)備放大合成效果
通過粒徑、PDI，還可以比較不同設(shè)備的合成效果。圖5為使用相同的配方，分別使用銘汰小小試MicroFlow?T、小試MicroFlow?S以及中試MicroFlow?M合成的脂質(zhì)納米粒粒徑和PDI的對比，粒徑均為85 nm左右，PDI均為0.15以下，說明銘汰微流控納米藥物制備系統(tǒng)的系列產(chǎn)品，具有一致性的制備效果。?
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圖6?銘汰微流控設(shè)備放大一致性對比
03小結(jié)
通過對脂質(zhì)納米粒粒徑、PDI的測量及表征，有利于進(jìn)行配方驗(yàn)證、篩選及優(yōu)化，有利于評估微流控納米藥物制備系統(tǒng)的制備效果并選擇適合的微流控納米藥物制備系統(tǒng)。銘汰擁有微流控納米藥物制備系統(tǒng)全產(chǎn)品線，可以為納米藥物研發(fā)生產(chǎn)的各個(gè)階段，提供一站式的解決方案。
應(yīng)用范圍
納米藥物制備系統(tǒng)
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