微流控流体动力聚焦（HF）是一种用于可控合成脂质纳米颗粒（LNPs）和脂质体的重要技术，与传统批量方法相比，其具有卓越的精度、可重复性和可扩展性。然而，HF入口构型和通道几何形状对纳米颗粒形成过程的具体影响，目前尚未得到充分阐明。
近期，多伦多大学生物医学工程研究所科研团队通过结合实验与计算流体动力学模拟，系统阐明了微流控芯片的入口构型、鞘流角度、通道截面形状以及流速等参数如何共同影响脂质纳米颗粒的尺寸、均一性与包封效率，为基于特定应用需求定制合成平台提供了明确的设计框架。相关研究以“Hydrodynamic focusing to synthesize lipid-based nanoparticles: Computational and experimental analysis of chip design and formulation parameters”为题目，发表于期刊《Journal of Controlled Release》。
本文要点：
1、本研究通过实验与计算流体动力学（CFD）模拟，系统比较了2入口与4入口HF芯片在不同鞘流入口角度（45°、90°、135°）和通道截面形状（方形vs.圆形）下，对纳米颗粒粒径、多分散指数（PDI）及包封率的影响。
2、结果表明，流速与芯片构型存在显著交互作用。低流速下，2入口聚焦因扩散界面更宽而表现更优；高流速下，4入口45°构型能提供更优的纳米颗粒形成控制。圆形通道因流动对称性好、停滞区少，可生成更小更均匀的颗粒。
3、提高脂质浓度可降低PDI并改善包封效率，尤其在siRNA-LNPs中更为明显。包封率受颗粒尺寸影响显著，高流速下颗粒尺寸减小导致包封率下降。
4、细胞摄取实验显示，较小颗粒更易被细胞内化。总体而言，优化HF合成需综合考虑流速、入口构型与配方参数，而非单一变量。本研究为针对特定应用定制微流控纳米颗粒合成平台提供了设计依据。
图1. 基于流体动力聚焦技术合成脂质体与脂质纳米颗粒（LNPs）的微流控芯片设计
图2. 脂质浓度为4 mg/mL时，微通道几何形状与构型对脂质体流体动力学直径（nm）、多分散指数（PDI）及混合性能的影响
图3. 通过实验比较了不同微流控聚焦构型在不同总流速下，对空脂质体和空LNPs 形成的影响
图4. 不同雷诺数（Re）下，各类微流控入口构型的乙醇浓度与流线分布的计算流体动力学模拟
图5. 脂质浓度与流速对2入口90°微流控芯片合成的空脂质体、空LNPs及siRNA负载LNPs尺寸与多分散指数的影响
图6. 微流控几何形状与流速对脂质体及LNPs理化特性的影响
图7. 通过细胞实验研究了不同微流控参数下合成的LNPs被细胞摄取的情况
图8. 不同微流控构型与流速下合成的LNPs的形态表征
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2025.114192
(本文仅供参考学习及传递微流控研究成果，版权归原作者所有，如侵犯权益，请联系删除)
