内部自组装脂质颗粒的简易制备碳纳米管稳定
2016年2月19日
我们报道了碳纳米管在核心中包含自组装纳米结构的脂质颗粒的动力学稳定方面的智能应用。脂质颗粒的制备需要相当低浓度的碳纳米管，允许它们在生物医学应用（如药物输送）中使用。
该方法的总体目标是使用碳纳米管 （CNT） 和脂质自组装制备纳米结构杂化颗粒。该方法介绍了碳纳米管的智能应用之一，其中内部自组装脂质颗粒的稳定纳米结构乳液。这种技术的主要优点是该方案相当简单，并且它结合了 CNT 和脂质纳米结构的元素特性。
CNT 稳定化产生油和水乳液，其中颗粒的大小约为 1 微米或更小，核心包含双连续立方脂质纳米结构。由于 CNT 涂有生物相容性脂质分子，预计其毒性会很低。迄今为止，最近的报告表明，功能化显着降低了 CNT 的毒性、细胞毒性影响，同时提高了生物相容性。
演示该程序的是我实验室的博士后 Yogita Patil-Sen 和 Rappolt 教授实验室的博士后 Amin Sadgehpour。将 200 毫克表面活性剂溶解在 100 毫升超纯水中，搅拌 20 至 30 分钟，制备 0.2% 表面活性剂水溶液。将 500 毫克熔融的 Dimodan U、DU 或 Phytantriol 或 PT 加入玻璃瓶中。
然后加入 9.5 克 0.2%F127 溶液。在探针超声机上，将样品瓶紧紧夹在蒸馏器支架钳口上，使其能够承受超声处理产生的振动。插入连接到细胞超声仪的实心钛合金探针。
调整样品瓶的高度和位置，以确保其侧面和底部不接触探针。在脉冲模式下对混合物进行超声处理 10 分钟，在 35% 功率下，以 1 秒的延迟时间为 1 秒。由于超声处理过程中产生的热量，样品瓶会变得非常热。
因此，在将其从夹子上取下之前，请让它冷却到室温。在进一步使用之前，将乳白色的分散体在室温下储存至少 24 小时。这是为了确保其对分阶段分离的稳定性。
使用探头前后，用丙酮清洁并用纸巾擦干。然后用超纯水冲洗并再次干燥。在两个单独的烧杯中，称取 4 毫克粉末状羟基官能化 CNT 和羧基官能化 CNT，两者均为黑色。
向每个烧杯中加入 500 毫升超纯水。使用超声探针，以 40% 功率以连续脉冲模式对混合物进行超声处理 2 分钟。多壁 CNT 分散体的所得浓度为 8 μg/mL。
用适量的超纯水稀释多壁 CNT 储备液，以获得几种不同浓度的多壁 CNT 分散体。像以前一样对这些分散物进行超声处理。同样，将 3 毫克粉末状单壁 CNT 分散在 500 毫升超纯水中，制成每毫升 6 微克的单壁 CNT 分散储备液。
稀释单壁 CNT 储备液并像以前一样超声处理，以获得各种浓度的单壁 CNT 分散体。称取 500 毫克熔融的 DU 放入玻璃瓶中。然后，向样品瓶中加入 9.5 mL，即每毫升 6 μg 的单壁 CNT 分散液。
使用与制备纯 CNT 分散体相同的参数对 CNT DU 混合物进行超声处理。冷却至室温后，具有保守的内部自组装纳米结构的 CNT 稳定脂质颗粒将准备就绪。以类似的方式，使用 0.4 μg/mL 和 0.2 μg/mL 单壁 CNT 分散体制备脂质颗粒。
在连续脉冲模式下，以 35% 功率对 CNT PT 分散液进行超声处理，时间延长至 15 分钟。将分散体冷却至室温，放置 24 小时后再进行表征。通过目视观察监测分散体的稳定性。
检查分散液是否不稳定，或者分散液中是否形成结块。使用数码相机定期拍照。例如，在第一周每天拍摄分散的照片。
然后每隔一天，持续一周。然后在接下来的两周内每周一次，最后根据要求每月一次。小角 X 射线散射技术用于确定稳定脂质颗粒纳米间结构的晶格类型。
将样品填充到 1 毫米的石英毛细管中，并正确密封。然后将毛细管置于温控样品台中。使用真空泵抽空样品室。
使用由软件控制的微带 X 射线探测器记录 1D 散射图案。获得三个曝光时间为 300 秒的配置文件后，集成这些配置文件并按照文本协议中的说明继续进行分析。使用空间群 PN3M 对所有记录的衍射图谱进行索引，其中可以清楚地注意到 1-1-0、1-1-1、2-0-0、2-1-1、2-2-0 和 2-2-1 反射。
使用超声将高粘度脂质立方相分解成颗粒。原始的单壁或功能化多壁碳纳米管用作稳定剂，以生产具有流体稠度的油水乳液。需要最佳的 CNT 与脂质比率才能获得均匀稳定的乳液。
CNT 太少的乳剂含有脂质块。而 CNT 过量的乳液含有 CNT 脂质块。小角 X 射线散射图样证实，PN3M 立方相（在过量水中也由本体脂质植烷三醇显示）保留在 F127 稳定乳液以及所有 CNT 稳定乳液中。
静态光散射研究表明，F127 稳定的立方体的尺寸分布与 CNT 稳定的立方体的尺寸分布相当，平均粒径位于亚微米范围内。在拉曼光谱中观察到的特征 G 和 G 引原带或 CNT 显示 CNT 稳定的脂质颗粒的蓝移。这证明了脂质分子可能包被 CNT 包被，如此示意图所示。
看完这篇综述后，您应该对如何制备 CNT 脂质杂化颗粒有很好的了解，正如几个简单的步骤所证明的那样。这些纳米结构的脂质颗粒以及关于脂质自组装以及 CNT 表面功能分子的学习，这为探索杂化纳米分子在联合治疗中针对主要疾病铺平了道路。
查看完整文字稿并访问数千部科学视频
概述
本研究提出了一种使用碳纳米管（CNTs）和脂质自组装体制备纳米结构混合粒子的方法。该技术提供了一个简单的协议，用CNTs稳定脂质粒子，实现潜在的生物医学应用，如药物递送。
关键研究组成部分
科学领域
- 纳米技术
- 生物医学工程
- 材料科学
背景
- 碳纳米管因其独特的性质和在各个领域的潜在应用而闻名。
- 脂质自组装体可以形成在药物递送系统中有用的纳米结构。
- 脂质粒子的稳定化可以提高它们在生物医学应用中的有效性。
- 通过功能化降低CNTs的毒性对于安全应用至关重要。
研究目的
- 开发一种使用CNTs创建稳定脂质粒子的方法。
- 探索CNT-脂质混合粒子在药物递送中的潜力。
- 评估用脂质分子包覆的CNTs的生物相容性。
使用的方法
- 制备含低浓度CNTs的脂质粒子。
- 形成含稳定纳米结构的油水乳浊液。
- 表征粒子大小和结构。
- 评估混合粒子的细胞毒性和生物相容性。
主要结果
- 该方法成功生产了大约一个微米或更小的脂质粒子。
- 粒子的核心包含双连续立方脂质纳米结构。
- 用生物相容性脂质功能化CNTs降低了毒性。
- 该技术展示了在药物递送应用中的潜力。
结论
- 该研究突出了CNTs在稳定脂质粒子中的新应用。
- 该方法简单有效，适用于创建纳米结构混合粒子。
- 需要进一步研究以充分探索这些粒子的生物医学应用。
常见问题
Executive Industry Relevance
This method enables the preparation of stable lipid nanoparticles with retained internal cubic nanostructure using low concentrations of carbon nanotubes as stabilizers. The approach reduces CNT toxicity through lipid coating while enhancing biocompatibility, supporting the development of hybrid nanocarriers for combination therapy. It addresses early discovery needs for scalable, reproducible particulate systems with predictive value in formulation screening.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of lipid-CNT interactions for mechanistic de-risking of hybrid nanomaterials.
- Operational Value: Uses low CNT concentrations, minimizing material cost and potential cytotoxicity in screening cascades.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Produces submicron particles with uniform size distribution, enabling reliable compound encapsulation and release profiling.
- Operational Value: Retains the Pn3m cubic phase post-sonication, providing a consistent structural readout for formulation comparison.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports continuity from discovery to preclinical by preserving lipid self-assembly during particle formation.
- Operational Value: Demonstrates stability over months, supporting long-term storage and multi-cycle assay use.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within early discovery to lead identification, providing a stable particulate platform for screening bioactive molecules within lipid nanostructures or on CNT surfaces.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on lipid nanostructure integrity in hybrid systems.
- Screening: Delivers reproducible, submicron emulsions suitable for high-throughput encapsulation studies.
- Analytics: Enables SAXS and Raman readouts to confirm structural retention and surface interactions.
- Translational Research: Supports preclinical advancement by showing reduced CNT toxicity via lipid functionalization.
- Enterprise Reuse: Uses aqueous processing and standard sonication, enabling platform adaptation across lipid and nanotube types.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in nanostructure retention and reduced mechanistic ambiguity in hybrid particles.
- Operational Value: Standardization via probe ultrasonication and scalable dispersion preparation.
- Strategic Value: Enables go/no-go decisions on nanocarrier stability before investing in complex synthesis.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of lipid-CNT systems for combination therapy development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in lipid handling, probe ultrasonication, and nanostructure characterization.
- Needs ultrasonicator, glass vials, and access to SAXS or DLS for validation.
- Demands standardization of CNT dispersion protocols across laboratories.
- Requires adaptation when switching between pristine and functionalized CNTs or lipid types.
- Limited by the need for thermal control during sonication to prevent lipid degradation.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:26
Preparation of Surfactant Stabilized Lipid Particles
3:11
Preparation of Dispersions of Pure CNTs in Water
4:41
Preparation of CNT-stabilized Nanostructured Lipid Particles
6:23
Detection of Lipid Nanostructures Using Small-Angle X-ray Scattering (SAXS)
7:29
Results: Preparation and Characterization of CNT-stabilized Nanostructured Lipid Particles
9:05
Conclusion
