如何利用超濾技術(shù)對(duì)納米微粒制備流程進(jìn)行分析和優(yōu)化
Overview
了解納米微粒如何改善醫(yī)療領(lǐng)域的藥物遞送，以及如何使用超濾技術(shù)來(lái)對(duì)納米微粒制備流程進(jìn)行分析和優(yōu)化。在過去的一個(gè)世紀(jì)里，新的研究方法通過不斷加快發(fā)現(xiàn)甚至是設(shè)計(jì)新的靶點(diǎn)來(lái)改變著藥物領(lǐng)域。與此同時(shí)，科學(xué)家們也在研究將藥物運(yùn)送并有效遞送至體內(nèi)靶點(diǎn)部位的新方法。納米技術(shù)，尤其是納米微粒的生產(chǎn)，作為一種改進(jìn)傳統(tǒng)藥物遞送方法的手段，受到了廣泛關(guān)注。
John Cashman，賽多利斯
賽多利斯實(shí)驗(yàn)室超濾解決方案全球產(chǎn)品經(jīng)理
藥物遞送中的
納米微粒制備流程與分析
納米微粒的生產(chǎn)通常分為三個(gè)步驟：組裝、純化及濃縮。根據(jù)所涉及應(yīng)用的不同，這些步驟的嚴(yán)格程度也可能會(huì)有所變化。例如，藥物遞送應(yīng)用需要高純度和高效率的納米微粒，以確保治療有效且不會(huì)產(chǎn)生不良的副作用。藥物既可以與納米粒表面偶聯(lián)，也可以封裝在由脂質(zhì)組裝的膜泡中，這個(gè)工藝也被稱為納米微粒的“功能化”。功能化很難達(dá)到100%有效性，為了確保其能成功實(shí)現(xiàn)，就需要進(jìn)行各種分析性及驗(yàn)證性分析。
為了確定給患者服用的藥物數(shù)量并確保劑量正確，其中重要的一項(xiàng)常規(guī)分析就是測(cè)量納米粒的偶聯(lián)或包封效率。這樣，就需要一種分離工藝（比如超濾），以從納米粒結(jié)合藥物中分離出游離藥物，從而確定與納米微粒偶聯(lián)藥物的含量。超濾主要根據(jù)分子的大小，使用具有超細(xì)孔徑的膜來(lái)分離分子。Cashman解釋道：“游離藥物和納米微粒結(jié)合藥物的大小通常存在顯著的差異，超濾就成為了分離這些藥物的有效技術(shù)。只要使用功能化納米微粒的尺寸比其標(biāo)稱膜孔徑大很多的設(shè)備，即可截留納米微粒結(jié)合的藥物，而尺寸較小的游離藥物分子則會(huì)通過膜。”這樣，通過超濾就可將游離藥物（在滲透液樣品中）從功能化納米微粒（在滯留物樣品中）中分離出來(lái)。對(duì)透過液中的藥物濃度與樣品制備開始時(shí)添加的藥物濃度進(jìn)行比較，即可獲得結(jié)合或包封效率測(cè)量值，以百分比表示。
為了確定給患者服用的藥物數(shù)量并確保劑量正確，其中重要的一項(xiàng)常規(guī)分析就是測(cè)量納米粒的偶聯(lián)或包封效率。這樣，就需要一種分離工藝（比如超濾），以從納米粒結(jié)合藥物中分離出游離藥物，從而確定與納米微粒偶聯(lián)藥物的含量。超濾主要根據(jù)分子的大小，使用具有超細(xì)孔徑的膜來(lái)分離分子。Cashman解釋道：“游離藥物和納米微粒結(jié)合藥物的大小通常存在顯著的差異，超濾就成為了分離這些藥物的有效技術(shù)。只要使用功能化納米微粒的尺寸比其標(biāo)稱膜孔徑大很多的設(shè)備，即可截留納米微粒結(jié)合的藥物，而尺寸較小的游離藥物分子則會(huì)通過膜。”這樣，通過超濾就可將游離藥物（在滲透液樣品中）從功能化納米微粒（在滯留物樣品中）中分離出來(lái)。對(duì)透過液中的藥物濃度與樣品制備開始時(shí)添加的藥物濃度進(jìn)行比較，即可獲得結(jié)合或包封效率測(cè)量值，以百分比表示。
納米微粒的可持續(xù)生產(chǎn)：
石墨烯案例研究
石墨烯案例研究
在納米微粒的整個(gè)生產(chǎn)過程中，超濾是一種不可或缺的方法。這對(duì)于難以制備的納米微粒來(lái)說尤其如此，例如石墨烯，這是醫(yī)學(xué)中常用的一種物質(zhì)。雖然最初的合成很簡(jiǎn)單，但所得到的石墨烯具有很強(qiáng)的酸性，并含有多種雜質(zhì)。Cashman分享道：“正是身體內(nèi)靶點(diǎn)部位的酸性環(huán)境（比如腫瘤微環(huán)境）會(huì)觸發(fā)藥物從石墨烯表面釋放出來(lái)。這意味著石墨烯的pH值對(duì)靶向治療的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要，因此，必須在生產(chǎn)后對(duì)石墨烯進(jìn)行徹底洗滌及中和。”
這種洗滌過程通常要完成多個(gè)離心步驟，一周時(shí)間制備出的量也相對(duì)較少，而且需要人工完成相當(dāng)多的工作。除了在樣品容量和可放大性方面受到限制外，離心處理后也會(huì)產(chǎn)生大量含有石墨烯的廢物，這些廢物如未進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚赡軙?huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害。此外，離心也可能導(dǎo)致上清液部分的收率明顯降低，上清液中通常含有較小的石墨烯片，因?yàn)橄鄬?duì)于樣品中較大的石墨烯片，它們的沉降速度較慢。這是離心處理的一個(gè)顯著缺點(diǎn)，因?yàn)檫@些小尺寸的石墨烯片比大石墨烯片更具生物醫(yī)學(xué)相關(guān)性。
這種洗滌過程通常要完成多個(gè)離心步驟，一周時(shí)間制備出的量也相對(duì)較少，而且需要人工完成相當(dāng)多的工作。除了在樣品容量和可放大性方面受到限制外，離心處理后也會(huì)產(chǎn)生大量含有石墨烯的廢物，這些廢物如未進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚赡軙?huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害。此外，離心也可能導(dǎo)致上清液部分的收率明顯降低，上清液中通常含有較小的石墨烯片，因?yàn)橄鄬?duì)于樣品中較大的石墨烯片，它們的沉降速度較慢。這是離心處理的一個(gè)顯著缺點(diǎn)，因?yàn)檫@些小尺寸的石墨烯片比大石墨烯片更具生物醫(yī)學(xué)相關(guān)性。
Vivaflow® TFF膜包
在尋求經(jīng)過改進(jìn)且可持續(xù)的離心替代方案的過程中，賽多利斯與挪威斯塔萬(wàn)格大學(xué)生物工程團(tuán)隊(duì)的Abdelnour Alhourani合作開發(fā)出了一種用于石墨烯洗滌及pH中和的切向流過濾（TFF）方法。進(jìn)行切向流過濾時(shí)，即可通過滲濾連續(xù)洗滌納米微粒。Cashman說道：“與離心法相比，TFF法可節(jié)省95%的時(shí)間，并能減少手動(dòng)操作時(shí)間及石墨烯廢物，同時(shí)保持較高的石墨烯回收率。我們使用Vivaflow®進(jìn)行TFF，這是一種切向流過濾系統(tǒng)，能夠處理多達(dá)5升的初始樣本量，其適用于研究和工藝開發(fā)實(shí)驗(yàn)室。”與離心法不同，這些設(shè)備中的超濾膜可有效截留各種尺寸的石墨烯顆粒。這不僅有助于防止產(chǎn)量降低，還可減少商業(yè)生產(chǎn)階段起始物料的用量。此外，可以使用工藝規(guī)模的系統(tǒng)進(jìn)行TFF，以進(jìn)行數(shù)百升到數(shù)千升的生產(chǎn)。這樣，它就可以克服離心法的容量限制，成為一種有效的可放大技術(shù)。
優(yōu)化納米制備流程的一些建議
Cashman提到：“確保高處理速度及高回收率的關(guān)鍵是為所有目標(biāo)分子選擇正確的膜材料及截留分子量（MWCO）。理想的做法是，應(yīng)為每種納米微粒測(cè)試多種材料和截留分子量。”與石墨烯一樣，有許多案例表明，使用超濾代替?zhèn)鹘y(tǒng)的技術(shù)可以提高處理速度，同時(shí)保持甚至提高產(chǎn)量。這在使用外泌體及其他膜泡形式的納米微粒的情況中更為有益，因?yàn)樗鼈兺ǔＰ枰谏a(chǎn)過程中進(jìn)行濃縮。濃縮這類納米微粒的傳統(tǒng)方法是超速離心，而這種方法需要大量時(shí)間，并且處理大樣本量的能力也十分有限。此外，在高離心力的作用下，施加在樣品上的壓力也會(huì)提高外為體受損，進(jìn)而降低產(chǎn)量的風(fēng)險(xiǎn)。相比之下，超濾則是一種更快、更溫和的可放大技術(shù)。
Cashman分享道：“如果為了在確定納米微粒功能化后的耦合或包封效率時(shí)獲得最佳結(jié)果，最好選擇無(wú)支撐層（如三醋酸纖維素）的裝置，因?yàn)檫@可以最大限度降低游離藥物被吸附的幾率。在診斷成像等一些應(yīng)用中，需要使用試劑來(lái)標(biāo)記納米微粒，那么去除其中未結(jié)合的染料或同位素就變得很重要。與之前用于測(cè)量結(jié)合或包封效率的方法類似，超濾可有效濾除納米微粒中的未結(jié)合的染料。”此外，透析可以與超濾一起使用，以提高未結(jié)合染料的去除效率。
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免費(fèi)下載賽多利斯超濾產(chǎn)品應(yīng)用指南《簡(jiǎn)評(píng)賽多利斯超濾產(chǎn)品在生物納米顆粒和醫(yī)用納米載體制備中的效果》，了解適用于多種納米微粒類型的具體設(shè)備及MWCO建議。
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納米微粒的多樣化未來(lái)
很明顯，納米微粒的潛力才剛剛被大家發(fā)現(xiàn)。除了醫(yī)學(xué)研究，納米微粒還可用于化妝品生產(chǎn)和自清潔表面涂層有關(guān)的應(yīng)用。Cashman總結(jié)道：“納米微粒的許多應(yīng)用也在不斷地變化，我們預(yù)計(jì)，超濾會(huì)繼續(xù)在這些材料的純化和分析樣品制備中發(fā)揮重要的作用。”申請(qǐng)?jiān)囉?/strong>
Vivaspin®超濾離心濃縮管
來(lái)源：德國(guó)賽多利斯集團(tuán)
聯(lián)系電話：實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品與服務(wù)事業(yè)部：400 920 9889 / 生物工藝解決方案事業(yè)部：400 680 1870
E-mail：info.cn@sartorius.com
聯(lián)系電話：實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品與服務(wù)事業(yè)部：400 920 9889 / 生物工藝解決方案事業(yè)部：400 680 1870
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