微流控制备技术在生物医药、化妆品和其他领域的应用
微流控技术 是一种跨学科技术，在生物医药、化妆品和生物农药等领域最近取得了显著进展。它显示出很大的应用潜力，并有望推动相关行业的发展和升级。
什么是微流体制备技术？
微流体制备技术，基于 微流体芯片通道精确控制原材料的流量、体积比、混合顺序和位置。该技术能够设计多样的单分散液滴结构，可以封装活性成分。由于其 对微小液体体积的精确控制微流控制备技术允许设计各种微乳液和单分散递送载体，封装活性成分，从而赋予活性成分稳定性、持续释放和靶向特性 稳定性、持续释放和靶向.
微流控芯片结构类型：微流控芯片的基本结构包括同轴聚焦、流动聚焦、T型、Y型结构，可用于制备单液滴。通过组合和改进这些基本结构，可以创建双重、多重，甚至多室液滴，实现在单个过程中有效递送一个或多个活性成分。
（A）同轴聚焦装置；（B）流动聚焦类型；（C）T型；（D）Y型；（E-G）组合类型；（H-J）改进类型
微流控制备技术的优点
❖高效混合和精确控制
❖实现液滴结构设计，产生均匀的颗粒尺寸
❖连续生产工艺，为工业应用提供强大的可行性
01 生物医药中微流控制备技术的应用
1) 脂质体
用于靶向肿瘤药物输送的载体
脂质体是具有双层结构的球形囊泡，在水中分散磷脂形成。它们的尺寸范围从几纳米到数百微米不等，并且包裹着水相。作为药物载体， 脂质体可以保护药物，增强疗效，降低对身体的毒性，并提高药物的靶向性Doxil是第一款获得FDA批准的纳米药物（1995年推出），显著降低了阿霉素的心脏毒性，而不影响其抗肿瘤活性。
用于靶向肿瘤药物输送的载体
脂质体是具有双层结构的球形囊泡，在水中分散磷脂形成。它们的尺寸范围从几纳米到数百微米不等，并且包裹着水相。作为药物载体， 脂质体可以保护药物，增强疗效，降低对身体的毒性，并提高药物的靶向性Doxil是第一款获得FDA批准的纳米药物（1995年推出），显著降低了阿霉素的心脏毒性，而不影响其抗肿瘤活性。
Development of Functionalized Liposomes
Liposomes prepared via traditional methods often exhibit poor batch-to-batch reproducibility and considerable variation in particle size and properties, limiting many research projects to the lab stage. Microfluidic technology enables liposomes with consistent batch-to-batch quality, controllable particle size and properties, and the ability to carry multiple drugs, particularly advantageous for targeted tumor drug delivery.
The core of microfluidic technology is converging two-phase fluids to form nanoscale particles. By incorporating different drugs into the two phases, dual-drug loading is achievable; adding functionalized phospholipids or ligands attached to phospholipids in the organic phase may allow for the one-step production of multifunctional liposomes.
Liposomes prepared via traditional methods often exhibit poor batch-to-batch reproducibility and considerable variation in particle size and properties, limiting many research projects to the lab stage. Microfluidic technology enables liposomes with consistent batch-to-batch quality, controllable particle size and properties, and the ability to carry multiple drugs, particularly advantageous for targeted tumor drug delivery.
The core of microfluidic technology is converging two-phase fluids to form nanoscale particles. By incorporating different drugs into the two phases, dual-drug loading is achievable; adding functionalized phospholipids or ligands attached to phospholipids in the organic phase may allow for the one-step production of multifunctional liposomes.
2) Lipid Nanoparticle (LNP)
美国食品和药品管理局批准的核酸药物递送系统
脂质纳米颗粒（LNP）技术是大多数授权的mRNA COVID-19疫苗（包括全面和紧急使用授权）的基础。目前，超过90%的临床mRNA药物开发也依赖于LNP递送系统。
美国食品和药品管理局批准的核酸药物递送系统
脂质纳米颗粒（LNP）技术是大多数授权的mRNA COVID-19疫苗（包括全面和紧急使用授权）的基础。目前，超过90%的临床mRNA药物开发也依赖于LNP递送系统。
❖siRNA治疗： Onpattro（patisiran）是首个获批用于治疗hATTR淀粉样变性的siRNA治疗药物。LNP siRNA技术也为治疗其他遗传性和慢性疾病开辟了新途径。
❖mRNA疫苗: 成功开发mRNA COVID-19疫苗凸显了LNP技术在疫苗领域的巨大潜力。 LNP mRNA疫苗能有效刺激免疫应答，有助于控制流行病。
❖mRNA疗法： LNP mRNA系统可用于治疗各种疾病，如心血管疾病、肝纤维化和罕见疾病，同时还能实现基因编辑。
❖mRNA疫苗: 成功开发mRNA COVID-19疫苗凸显了LNP技术在疫苗领域的巨大潜力。 LNP mRNA疫苗能有效刺激免疫应答，有助于控制流行病。
❖mRNA疗法： LNP mRNA系统可用于治疗各种疾病，如心血管疾病、肝纤维化和罕见疾病，同时还能实现基因编辑。
LNP载体制备溶液
为确保递送效果，LNP粒子大小通常需要控制在100纳米以下，并具有均匀的粒子分布。微流控技术为此提供了成熟的解决方案： 通过在微流控芯片中将核酸和脂质分别溶解在水相和有机相中，然后快速混合两相，在单步中形成脂质纳米粒。这不仅实现了均匀的粒子大小分布，还允许通过调整总流量和流速比实现精确的尺寸控制。，脂质纳米粒可以在一个步骤中形成。这不仅实现了均匀的粒子大小分布，还允许通过调整总流速和流速比实现精确的尺寸控制。
为确保递送效果，LNP粒子大小通常需要控制在100纳米以下，并具有均匀的粒子分布。微流控技术为此提供了成熟的解决方案： 通过在微流控芯片中将核酸和脂质分别溶解在水相和有机相中，然后快速混合两相，在单步中形成脂质纳米粒。这不仅实现了均匀的粒子大小分布，还允许通过调整总流量和流速比实现精确的尺寸控制。，脂质纳米粒可以在一个步骤中形成。这不仅实现了均匀的粒子大小分布，还允许通过调整总流速和流速比实现精确的尺寸控制。
3) 疏水基凝胶微球
小分子药物或生长因子的输送载体
疏水基凝胶微球可以保护、传递和局部释放药物（如小分子药物或生长因子）。早期使用疏水基凝胶微球进行药物输送的领域是在整形外科中，以实现生长因子的持续释放，帮助骨骼和软骨修复。疏水基凝胶微球也经常用于肺部药物递送 以维持生长因子的释放有助于骨骼和软骨修复。疏水基凝胶微球也经常用于 肺部药物递送 以及作为载体 微组织内生长因子的输送研究表明，载有白介素-10的水凝胶微球可以促进心脏修复，研究还表明，水凝胶微球可以保护胰岛素免受胃中的降解，使患者可以从注射转为更便利的口服给药。
水凝胶微球制备方法
生产水凝胶微球的常见方法包括整体乳化、微流控乳化、光刻、电喷和机械破碎。 微流控乳化方法 可以有效地控制水凝胶微球的形成过程，产生特定形状的微球。
小分子药物或生长因子的输送载体
疏水基凝胶微球可以保护、传递和局部释放药物（如小分子药物或生长因子）。早期使用疏水基凝胶微球进行药物输送的领域是在整形外科中，以实现生长因子的持续释放，帮助骨骼和软骨修复。疏水基凝胶微球也经常用于肺部药物递送 以维持生长因子的释放有助于骨骼和软骨修复。疏水基凝胶微球也经常用于 肺部药物递送 以及作为载体 微组织内生长因子的输送研究表明，载有白介素-10的水凝胶微球可以促进心脏修复，研究还表明，水凝胶微球可以保护胰岛素免受胃中的降解，使患者可以从注射转为更便利的口服给药。
水凝胶微球制备方法
生产水凝胶微球的常见方法包括整体乳化、微流控乳化、光刻、电喷和机械破碎。 微流控乳化方法 可以有效地控制水凝胶微球的形成过程，产生特定形状的微球。
02 微流控技术在化妆品中的应用
功能性护肤趋势
双乳状结构
多种功效的护肤品，如美白、保湿、抗皱和抗衰老效果，深受消费者青睐。这已成为许多化妆品公司研究和营销的焦点。目前，针对流行护肤品仅依赖单一原材料供应商的情况已越来越少，生产技术的改善成为构建独特品牌优势的关键。
在护肤品中，乳液状护肤品（各种保湿霜/乳霜）占比超过70%， 双重乳化产品 具有更大的应用潜力。例如，像维生素C和白芷酚这样不稳定或氧化的活性成分可以完全封装在内部液滴中，外部液滴在使用前提供保护，以便消费者吸收。这一趋势在许多国际知名产品中明显。此外，具有水/油/水或油/水/油系统的双重乳化液使油溶性和水溶性成分能够共存于单一乳液中，支持配方设计和产品功效。
乳液技术比较
❖第一代 机械搅拌：在乳液尺寸分布和产品稳定性方面存在限制。
❖第二代 高压均质化：具有良好的尺寸分布和稳定性，但需要更多乳化剂来保持有效成分的功效；实现多层乳状结构具有挑战性。
❖第三代 微流控科技：在相同配方下，实现均匀和可控的乳状尺寸（可以实现更小的颗粒尺寸），有效成分封装强度高，并且多层乳状设计简单直接。
微胶囊化化妆品的应用案例
已有几家知名化妆品公司将微流体技术整合到其产品开发和制造中。
❖迪奥 Prestige 玫瑰微米油 - 使用微流体技术封装玫瑰提取物，保持活性，减少乳化剂需求，增强配方的温和性。
❖香奈儿山茶修护霜 (微精华、霜、眼霜)
❖伊丽莎白·雅顿智妍水精粹 + 无暇启动妆前精华 (透明质酸)
功能性护肤趋势
双乳状结构
多种功效的护肤品，如美白、保湿、抗皱和抗衰老效果，深受消费者青睐。这已成为许多化妆品公司研究和营销的焦点。目前，针对流行护肤品仅依赖单一原材料供应商的情况已越来越少，生产技术的改善成为构建独特品牌优势的关键。
在护肤品中，乳液状护肤品（各种保湿霜/乳霜）占比超过70%， 双重乳化产品 具有更大的应用潜力。例如，像维生素C和白芷酚这样不稳定或氧化的活性成分可以完全封装在内部液滴中，外部液滴在使用前提供保护，以便消费者吸收。这一趋势在许多国际知名产品中明显。此外，具有水/油/水或油/水/油系统的双重乳化液使油溶性和水溶性成分能够共存于单一乳液中，支持配方设计和产品功效。
乳液技术比较
❖第一代 机械搅拌：在乳液尺寸分布和产品稳定性方面存在限制。
❖第二代 高压均质化：具有良好的尺寸分布和稳定性，但需要更多乳化剂来保持有效成分的功效；实现多层乳状结构具有挑战性。
❖第三代 微流控科技：在相同配方下，实现均匀和可控的乳状尺寸（可以实现更小的颗粒尺寸），有效成分封装强度高，并且多层乳状设计简单直接。
微胶囊化化妆品的应用案例
已有几家知名化妆品公司将微流体技术整合到其产品开发和制造中。
❖迪奥 Prestige 玫瑰微米油 - 使用微流体技术封装玫瑰提取物，保持活性，减少乳化剂需求，增强配方的温和性。
❖香奈儿山茶修护霜 (微精华、霜、眼霜)
❖伊丽莎白·雅顿智妍水精粹 + 无暇启动妆前精华 (透明质酸)
03 生物杀虫剂中的微流体技术
纳米杀虫剂载体系统有效解决传统杀虫剂存在的问题，如低利用率、生物利用率低和不稳定性。华东理工大学药学院的朱伟平教授和杨阳阳提出了基于微流体的纳米颗粒平台，可持续生产均匀高效的脂质纳米颗粒包裹的dsRNA 纳米杀虫剂，有效控制甜菜夜蛾等害虫。 LNP封装可保护dsRNA免受核酸酶降解，增强dsRNA稳定性和细胞传递，从而提高RNAi的效果。 这种微流控纳米颗粒平台为高质量连续生产RNAi纳米生物杀虫剂提供了新的途径，促进了纳米生物杀虫剂行业的增长。
纳米杀虫剂载体系统有效解决传统杀虫剂存在的问题，如低利用率、生物利用率低和不稳定性。华东理工大学药学院的朱伟平教授和杨阳阳提出了基于微流体的纳米颗粒平台，可持续生产均匀高效的脂质纳米颗粒包裹的dsRNA 纳米杀虫剂，有效控制甜菜夜蛾等害虫。 LNP封装可保护dsRNA免受核酸酶降解，增强dsRNA稳定性和细胞传递，从而提高RNAi的效果。 这种微流控纳米颗粒平台为高质量连续生产RNAi纳米生物杀虫剂提供了新的途径，促进了纳米生物杀虫剂行业的增长。
莫力马图智能微流体合成仪
Morimatsu智能微流体合成器(IMD-L)作为稳定、高效的纳米药物制备平台，提供解决方案 用于实验室配方筛选和优化，支持流速从0.01ml/min到100ml/min，合成体积从1ml到50ml。具有多种便利功能，减少手动错误和实验负担。在需要加热时，Morimatsu独立温度控制装置可用，温度范围为30°C-65°C，可以在注射器内进行。
Morimatsu智能微流体合成器(IMD-L)作为稳定、高效的纳米药物制备平台，提供解决方案 用于实验室配方筛选和优化，支持流速从0.01ml/min到100ml/min，合成体积从1ml到50ml。具有多种便利功能，减少手动错误和实验负担。在需要加热时，Morimatsu独立温度控制装置可用，温度范围为30°C-65°C，可以在注射器内进行。
公式调用
公式类型包括清洁公式、制备公式和废物排放公式。用户可以保存和调用常用公式，轻松启动实验。
在线清洁
调用清洁公式，自动补充清洁液，并完成清洁任务，Morimatsu提供清洁流程指导。
自动采样收集
灵活的设置允许进行预处理和后处理样本废物处理，实现无人值守的批量样品采集，样品体积通过时间或容积设置。
操作状态
实时显示操作状态，注射器剩余容量、进度、时间和容积清晰可见。
数据记录
实时记录操作数据，支持以Excel可导出的数据格式，便于数据分析。
公式类型包括清洁公式、制备公式和废物排放公式。用户可以保存和调用常用公式，轻松启动实验。
在线清洁
调用清洁公式，自动补充清洁液，并完成清洁任务，Morimatsu提供清洁流程指导。
自动采样收集
灵活的设置允许进行预处理和后处理样本废物处理，实现无人值守的批量样品采集，样品体积通过时间或容积设置。
操作状态
实时显示操作状态，注射器剩余容量、进度、时间和容积清晰可见。
数据记录
实时记录操作数据，支持以Excel可导出的数据格式，便于数据分析。
应用示例
对于IMD-L平台上的mRNA-LNP制备，脂质溶液和eGFP mRNA溶液使用1:3的流量比。 结果得到的mRNA-LNP溶液通过0.22微米过滤进行过滤，得到最终的mRNA-LNP产品。
IMD-L在纳米粒子制备方面表现出色，平均粒径为81-86纳米，PDI在三次平行实验中均小于0.1，实现了粒径均一和批量稳定性。 独特的脂质配方实现了超过95%的封装率，并且在冷藏一个月后，粒度分布仍然稳定。
Morimatsu继续探索和拓展微流控技术的创新应用，根据客户需求提供全面的、有针对性的解决方案，支持研究和生产进步。
参考资料
[1] 纪红兵，黄丽云。"微流控技术在纳米微胶囊合成中的应用研究进展。" 华南师范大学学报：自然科学版，2018，50(5):10. DOI: CNKI:SUN.0.2018-05-004。
[2] 金毅，苏明珠，郭静等。“利用微流控流体动力聚焦技术制备脂质体及针对乳腺癌的新策略。”《中国药品工业杂志》，2022年，53（06）：801-810。
[3] 何天夕，梁琼琳，王九，等。"脂质体药物载体的微流控制备。" 化学进展，2018，30(11):1734-1748。
[4] 宗彦，魏拓，程强。"组织特异性mRNA-LNP递送技术的发展策略。" 科学通报，2023，1-10。
[5] 黄X，马Y，马G，夏Y。揭示LNP-mRNA的治疗适用性：化学、配方和临床策略[J]。研究，2024(7): 2639-5274。
[6] Daly AC，Riley L，Segura T，等。生物医药领域的水凝胶微粒[J]。自然材料评论，2020(05):20–43。
[7] "以微流控技术大规模生产乳液和精华化妆品的艾瑟国际."
[8] "MEMS先驱:在化妆品行业中应用微流控芯片."
[9] 金山X，佳欣Z，静仪Y等。用于高效控制二化螟的微流控dsRNA递送纳米平台。《农业与食品化学杂志》，2024年，72卷(22期)：12508-12515。
关于森罗松生命科学
Morimatsu Internationa Holding Co., Ltd.（Morimatsu International,股票代码：2155.HK）的关键业务板块之一Morimatsu LifeSciences，主要包括上海 Morimatsu 药用设备工程有限公司、Morimatsu（苏州）生命科学有限公司、上海 Morimatsu 生物技术有限公司、上海 Mori-Biounion Technology 有限公司、Pharmadule Morimatsu Ab（瑞典）及其子公司，服务于药品、生物制药、化妆品、快速消费品（化妆品、婴幼儿、女性与家居护理、医疗保健、布料与家居清洁、食品、饮料、保健食品）和其他行业，为客户提供“核心设备+增值服务+数字智能综合工厂解决方案与服务”（“MVP解决方案与服务”），专注于核心设备、不锈钢工艺系统、一次性工艺系统、耗材、实验室解决方案、数字化和模块化工厂解决方案与服务。
作为一个多元化的跨国公司，森罗松在中国、日本、瑞典、美国、印度、意大利、新加坡等地设立了子公司或先进制造工厂，并通过其高效专业的全球团队在至今已向40多个国家和地区提供了不同形式的产品和服务。
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