同轴毛细管微反应器可控制备PLGA微球-北京永康乐业科技发展有限公司

导读：

近日，大连理工大学刘定胜副教授团队提出了一种利用毛细管微反应器结合溶剂蒸发技术，精确制备聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）微球的方法。PLGA因其卓越的生物相容性和可降解性，在药物递送和组织工程等生物医学领域具有广泛应用。通过微流控技术，研究者系统探讨了连续相和分散相流量、聚合物溶液浓度以及反应器几何结构对微球尺寸及其分布的影响。实验结果表明，该方法能够制备出高度均一且直径在10至200微米之间可调的单分散微球。相比传统制备工艺，这种技术提供了更强的空间可控性，有效解决了微球粒径分布过宽的问题，为医疗领域微球材料的定制化生产提供了一种简单且高效的策略。相关研究以“Controllable preparation of poly(lactic-co-glycolic acid) microspheres in capillary microreactors”为题目，发表在期刊《Powder Technology》上。

本文要点：

1. 研究背景与目的

PLGA的应用： PLGA 是一种具有优异生物相容性和可控生物降解性的材料，广泛应用于药物递送、组织工程和免疫治疗等领域。
传统方法的局限： 传统的乳化法制备的微球粒径分布较宽且载药效率不稳定。
研究目的： 本研究旨在利用液滴微流控技术结合溶剂蒸发法，在同轴微反应器中精确制备粒径可控且高度单分散的 PLGA 微球。

2. 实验方法与过程

微反应器构建： 使用不同尺寸的硼硅酸盐玻璃毛细管制备同轴微反应器（一种微流控芯片），结构简单、成本低且透明度高，便于实时观察。
流体组成：

分散相（油相）： PLGA 溶解在二氯甲烷（DCM）中。
连续相（水相）： 含有聚乙烯醇（PVA）的水溶液，PVA 作为表面活性剂可降低界面张力并防止液滴聚并。

两步制备法： 首先在微反应器内生成单分散液滴（滴落模式），然后通过 70 °C 水浴加热 20 分钟使 DCM 溶剂快速蒸发，从而使液滴固化形成微球。

3. 关键影响因素

研究系统地分析了多种实验参数对 PLGA 液滴和微球粒径及其分布的影响：

连续相流量 (Qc)：增加 Qc 会增强粘性剪切力，导致生成的液滴和最终微球的粒径减小。
分散相流量 (Qd)：增加 Qd 会使液滴体积略微增大，但在固定 PLGA 浓度下，由于溶剂蒸发过程中收缩占主导作用，最终微球的粒径变化并不显著。
聚合物浓度 (Cp)：增加 PLGA 浓度对初始液滴尺寸影响较小，但会显著增加最终微球的直径，因为液滴内固含量更高。
微反应器尺寸： 增大收集管的内径会降低流速并减小剪切力，从而显著增加生成的液滴和微球的粒径。

4. 主要结论

单分散性： 该方法成功制备出粒径在 10 至 200 μm 之间的微球，其变异系数（CV）仅为 0.64%–2.89%，显示出极高的均一性。
应用前景： 这种制备策略简单有效，在生物医学应用中具有巨大的潜力。
未来方向： 未来的研究将重点评估基于此工艺参数确定的载药效率和药物释放动力学，并探讨通过并行化放大产能的可能性。

在连续相中加入聚乙烯醇（PVA）的主要作用是什么？

PVA 作为表面活性剂，能降低分散相与连续相之间的界面张力，从而促进 PLGA 液滴的形成。同时，PVA 还有助于稳定收集瓶中的液滴，防止其发生合并，从而提高最终微球的均匀性。

图 1. 微反应器的示意图与实物图。(a) 微反应器示意图。(b) 组装好的微反应器照片。(c) 微通道接合处的放大图。(d) 用于组装微反应器的毛细管图像。

如图1所示，实验中所使用的同轴毛细管微反应器由三种玻璃毛细管组装而成：一根内径 1100 μm 的支撑管，一根拉制成锥形尖端的内管（内径 580 μm），以及一根内径 580 μm 的收集管。在操作过程中，分散相和连续相分别通过内管和支撑管与内管之间的环形空间注入。该装置使用环氧树脂胶粘合，结构简单且具有高光学透明度，便于对微通道内的液滴生成过程进行实时观察。