Summary
フラッシュ NanoPrecipitation (FNP) は、高分子コア-シェル粒子を生成するスケーラブルなアプローチです。疎水性または親水性の治療薬のカプセル化のための実験室規模製剤を説明します。
Abstract
治療化合物のナノ粒子 (NPs) への定式化は、ユニークな特性を与えることができます。難水溶性薬物の NP 製剤は、バイオアベイラビリティを改善し、体内の薬剤分布を変更できます。ペプチッドまたは蛋白質のような水溶性薬物は、NPs 内のカプセル化にも自然のクリアランス機構からの保護を提供できます。拡張性の高い、高分子の NPs の生産のためのほとんどのテクニックがありません。フラッシュ NanoPrecipitation (FNP) は、使用するプロセス設計狭い粒径分布と 30 〜 400 nm の間の波長可変サイズ NPs を生成する混合ジオメトリです。このプロトコルは、FNP を使用してターゲット サイズのナノ粒子を高分子コア-シェルの実験室規模の生産について説明をします。唯一のマイナーな修正と親水性または疎水性化合物をカプセル化するプロトコルを実装できます。技術は画面製剤にミリグラムのスケールで研究室で容易に用いることができます。鉛ヒットすることができます直接スケール アップ グラムとキログラム スケールに。継続的なプロセスとしてスケール アップには、新しい容器への変換ではなく長くミキシング プロセスの実行時間が含まれます。FNP によって生成される NPs が治療で高負荷、高密度の安定化ポリマー ブラシ、± 6% のサイズの再現性を付いてください。
Introduction
1990 年代後半以来、ナノ材料1,2を用いた臨床試験数の着実な増加があった。金利上昇は、疎水性薬物のバイオアベイラビリティを改善するために、3体で優先ターゲットを有効にするナノ材料の約束を反映しています。高分子ナノ粒子 (ナノ粒子または呼ば NPs ここ) は、材料2のこのクラスの成長割合を表します。NPs は、彼らはサイズ、組成、表面機能化4など高度の特性を持っているので、関心を集めています。難水溶性薬物の管理に適用する、NPs はよく治療上の疎水性コアにカプセル化されて、親水性ポリマー ブラシ成っているシェル コア-シェル構造を持ちます。この構造を生成する単純な方法を採用、両親媒性ジブロック共重合体 (BCP) 粒子のコアの一部を形成する、分解性疎水性ブロックから成ると親水性 poly(ethylene glycol) (PEG) のブロックは、ポリマー ブラシを形成して立体安定4,5を与えます。
シンプルとはエネルギー集中6だから、Nanoprecipitation は高分子ナノ粒子作製手法が一般的です。最も単純な形式で nanoprecipitation には NP コンポーネント攪拌水の余分なボリュームにアセトンのような有機溶媒中でのピペットで追加が含まれます。溶媒不溶性のコア コンポーネントの沈殿物の希薄水溶液に変更。この成長の粒子表面にスタビライザーを組み立てる折りたたまれた疎水性ブロック7,8,9,10の吸着による監督します。均一な粒子径分布は、溶剤と水が急速に均一溶液を形成する混合時に取得されます。混合、核形成と大規模に部品結果のアセンブリより多くの多粒子の人口よりも遅くなります。簡単なテストのためアクセスしやすく、撹拌したバッチのアプローチ結果のばらつきが大きく、矛盾を混合のために、スケール アップ6,11に従順ではないです。マイクロ流体は連続的に実行することができます NP 生産に別の道として浮上しています。この生産手段は最近鼎らによって検討されています。11.一般的なアプローチは、サブミクロン値に溶剤の長さスケールを減らすに焦点を当てた流を使用しています。小さな流れ寸法が均一な粒子11,12のために重要、拡散することにより、antisolvent の混合が発生します。スケール アップのための複数のマイクロ流体チャンバーの並列化は、大量生産の問題です。
マイクロ流路中の制服 nanoprecipitation を支持する急速混合条件は、限られた、乱流の交互製作可能します。フラッシュ NanoPrecipitation (FNP) では、マイクロ流体と可能なより高い体積流量の下でこれらの条件を達成する特別な混合ジオメトリを採用しています。入口ストリーム拡散11,13の長さスケール上に溶剤/反 solvent ラメラを形成、渦の生成につながる乱流の条件の下で混合チャンバを入力します。したがって、核形成と治療上の成長よりも短い時間スケールでの均一混合が達成されます。ミキサーの限られたジオメトリは、乱流エネルギー散逸が発生する全体のシステムを経験する同じプロセスの歴史13地域のストリームをバイパスするを許可しません。混合室で均一に発生する核形成と粒子成長の表面9,14に BCP のアセンブリによって停止まで進行。安定した粒子を含む混合ストリーム可能性がありますオストワルド成長を抑制するための追加の antisolvent で希釈し、粒子15,16,17の熟成します。
閉じ込められた衝突噴流 (CIJ) ミキサーの FNP の最も簡単なミキサー設計と拡張性と継続的なファッション、図 1A13に示すように 2 つのストリームの混合が可能します。図 1B18に示すように、均一な粒子の形成に必要な迅速なミクロ混合を実現しながら最大 4 つの別のストリーム入力を有効にするマルチ入口渦のミキサー (MIVM) が開発されました。FNP は商業スケールの生産に容易に翻訳できる単純な定式化スクリーニングできます。プロセスの継続的な性質のため、バッチ サイズが大きいは、実行時間ではなく、もはや、同じ機器鉄道キログラム規模生産に有効にする簡単な翻訳、新しい血管を必要はありません。
ペプチドおよびタンパク質 ('生物学的製剤') などの親水性の化合物は、プロセスと呼ばれる逆フラッシュ NanoPrecipitation (iFNP) でもカプセル化できます。テクニックには、両親媒性 1 つのブロックは疎水性、他は polyacid19BCP が必要です。最初の手順では、生物学的を含むジメチル ジメチルスルホキシド (DMSO) ストリームとジクロロ メタンやクロロホルムなどの脂溶性溶剤に対して BCP の急速な混合をします。これは、結果、疎水性ブロック ブラシで安定した粒子の形成。ここでは、このようなアーキテクチャの '逆' NP と呼ぶが。イオンでは、その polyacid を含んでいる多価カチオンを使用して架橋。これは文学19,20,21で報告されている手法によって微粒子や PEG 被覆ナノ粒子の形で水溶液環境に粒子を安定させます。
コア-シェルの疎水性または親水性化合物をカプセル化する高分子ナノ粒子の実験室規模の生産のため、このプロトコルを用いることができます。プロトコルのサブセクションでは、両方のミキサーのクラス - CIJ と、MIVM の使用について説明します。読者は小説コア コンポーネントのプロトコルを適応し、再現性をもってストリーム入力の適切なミキサーを使用して目的のサイズのナノ粒子を生成することができるはず。FNP と iFNP を使用して 3 つの例製剤を以下に示します。2 つは CIJ ミキサーを採用し、MIVM15,22が必要です。最初の定式化は、モデルのカプセル化を示して疎水性FNP で化合物。2 番目の定式化を示します、モデルのカプセル化親水性CIJ ミキサーで iFNP による化合物。最終的な定式化は、iFNP、MIVM を使用して蛋白質のカプセル化の例を示します。この 3 番目の定式化のプロトコルは 'μMIVM' と呼ばれる小規模なハンドヘルドの MIVM の使用を説明します。ミキサーのデザインが簡略化された製剤スクリーニングのための許可する小さいが、スケーリングの動作を十分に理解し、ミキサーは、マイクロ流体デバイス22ではないです。プロトコルの最後のセクションには、スクリーニングで識別される鉛配合のスケール アップでいくつかのノートが含まれています。これらの製剤は、学習プロセスのアクセス ポイントを提供し、非分解性ポリ (スチレン) を使用して、その結果-ポリマーをベースします。代替安定剤は、生体適合性商業オプション利用できる14,23,24の数と、文献に記載されています。
Protocol
1. CIJ ミキサーを使用して高分子の NPs の疎水性化合物のカプセル化
- 準備し、装置をきれい。
- 調達および CIJ ミキサーを検証します。
注: は、補足情報については建設セクション 1 を参照してください。CAD ファイルも補足情報として利用できます。 - 各使用する前に必ず CIJ ミキサーにすべての備品、居心地の良いとアウトレット チューブが曲げたりをつねった。
- 発煙のフードで、5 mL ルアーロック注射器を含む各インレット アダプターに溶媒の 2-3 mL を添付します。最近使用したミキサーで任意の化合物をきれいにする溶剤 (例えばアセトン) を選択します。
注: 典型的な選択は、アセトンまたはテトラヒドロ フラン (THF)。のみ使用ポリプロピレン注射器など溶出溶媒の互換性の問題を避けるために。ゴム o リング シール プランジャーとシリンジを使用しないでください。 - 廃棄物コンテナーに CIJ アセンブリを設定します。
注: CIJ の体よりも小さな開口部をもつフラスコ作品同様、このミキサーをサポートし、注射器の操作は簡単。 - 着実に数秒以上混合チャンバーを介してコンテンツを空にするシリンジのプランジャーを押し下げます。注射器を削除します。
注: 注射器することができます保持、FNP 実行の間クリーニングを複数回再利用します。 - N2ストリームを使用して CIJ ミキサー内部を乾燥させます。男性ルアーロック アダプター N2ラインの端には効果的です。
注意: 洗浄溶媒がない場合揮発性 (例えばDMSO)、1.1.6 をステップに進む前にアセトンまたは THF と手順 1.1.3-1.1.5 を繰り返します。実行する整合性の残留溶媒を除去することが重要です。
- 調達および CIJ ミキサーを検証します。
- ターゲット組成の溶媒および antisolvent ストリームを準備します。
- FNP の実行の必要な数を完了するための十分な量で 10 mg/mL で不安定 thf 中での (すなわちビタミン E) 疎水性化合物を溶解します。準備実行ごとに必要なよりも少し。
注: その他の溶剤は、制約の説明で、次の手順で使用できます。THF を採用し、ブチル化ヒドロキシトルエン、水溶解度の低いために、安定剤フリー溶剤がお勧め。(含む過酸化物テスト) 過酸化物の蓄積を避けるために、過酸化物の低レベルが (例えば色素の漂白) 特定の NP アプリケーションと干渉するかもしれないことに注意してください注意を使用します。 - 溶解するまで渦のミキサーにビタミン E ソリューションをミックスします。
注: いくつかの化合物の 1-2 分の風呂超音波は溶存のソリューションを生成するときに助けるかもしれない。NP のすべてのコンポーネントが溶け込んでいる分子が重要です。 - ブロック共重合体の安定剤を溶解 (すなわちポリスチレン-b- poly(ethylene glycol)、PS1.6 k-b-ペグ5 k) ポリマー溶液を形成するステップ 1.2.1 のように約同じ量で 10 mg/mL の thf 中で。
注: その他の溶剤使用できます、ディスカッション セクションで詳細な制限があります。 - 高分子溶液を溶解するまで渦のミキサーでミックスします。必要に応じて、固体溶解で支援するために 1-2 分の超音波浴にソリューションを配置します。
注: 高分子ミセル形式ですることはできません。動的光散乱法 (DLS) は、新しいストリーム構成がこの条件を満たすかどうかを決定するための便利なツールをすることができます。 - 1.5 mL 遠心チューブにビタミン E ソリューションの最初のピペッティング 0.25 mL をビタミン E の安定剤 (50% ビタミン E 荷重) 5 mg/mL を含む溶媒の入力ストリームを作成します。その後、同じ管に高分子溶液 0.25 mL のピペットします。
注: 実行あたり 0.5 mL を超えるボリュームが異なるシリンジ サイズ可能です。10 mL 投入量、上記シリンジ ポンプを使用するは実用的です。 - 必要に応じて 5-10 s. の渦のミキサーでよく混ぜて、CIJ 実行の間の再現性を向上したキャップに付いた液体を回復する 5-10 s 1000 x g でチューブを遠心分離します。
- 2 回目 1.5 mL 遠心チューブに antisolvent ストリームとして 0.525 mL の脱イオン水をピペットします。
注: それは溶媒のストリーム決して antisolvent 存在せず混合室に入ることを保障する余分な antisolvent をした方が良い。溶剤/antisolvent 混合物の塩の溶解度が制限されていない場合によっては、バッファーに格納された水系を使用できます。 - 癒しのお風呂として 20 mL シンチレーション瓶その他の容器に 4 mL の脱イオン水をピペットします。バイアルに小さな電磁攪拌棒を配置します。
注: 焼風呂ボリューム15,17で 10% に最後の溶剤含有量を下げることによってオストワルドが減少します。このボリュームは、プロセスの制約に対応する調整可能性があり、入力ストリームのボリュームを直接スケーリングすることができます。
- FNP の実行の必要な数を完了するための十分な量で 10 mg/mL で不安定 thf 中での (すなわちビタミン E) 疎水性化合物を溶解します。準備実行ごとに必要なよりも少し。
- FNP CIJ ミキサーを使用して NPs を生成します。
- ヒューム フードのオープン焼風呂バイアル洗浄 CIJ ミキサー撹拌プレート上の下の位置。実用的な構成は、以下バイアルと CIJ ミキサーとバイアルに監督アウトレット チューブをサポートするのに 50 mL 試験管ラック ブロックを使用します。向きは、図 1 aを参照してください。
- 焼入バスを介して攪拌開始 75% 前後で電磁攪拌棒は最大速度です。
- 鈍い先端針装備 1 mL ポリプロピレン注射器を使用して、antisolvent チューブからボリューム全体を描画します。
注: は、互換性の問題を避けるためにゴム製 o リングのシールを含む注射器を使用しないでください。大量流入は、適切なサイズのルアーロック注射器を使用します。注射器のコンセントは、注射器の軸を中心としたする必要があります。 またはそれ不安定になります恐慌。 - 慎重に注射器からすべての空気の泡を外し、鈍い先端針、鋭利な容器に廃棄します。
- プランジャーの首相のストリームは、注射器の開口部にだけ来る。CIJ の入口継手のいずれかに注射器を接続します。
- 溶媒の解決のための手順 1.3.3-1.3.5 を繰り返します。
- 急速に、スムーズに、かつ均一に個人の好みに応じてプランジャーのてっぺんに手、手、手のひらまたは親指 1 つのボールを配置することによって同時に注射器を押します。焼風呂バイアルで排水を収集します。
注: 0.5 mL 入力 0.5 未満で落ち込んで必要があります s。 - CIJ ミキサーが注射器が接続されたまま置いておきます。攪拌棒を外し、コア-シェル粒子構造 (図 1) と NP 分散を含むバイアルのキャップします。
- 廃液容器にミキサーを押し、注射器を削除します。ホールド アップ ボリューム (約 0.25 mL) し、流出します。注射器を処分し、次の FNP の試用前に清掃手順 1.1 繰り返します。
注: サンプルの均一性に悪影響を及ぼすように、NPs を含むバイアルには、空にホールド アップ ボリュームを許さない。
- 分析および分散 NP の後処理を実行します。
- DLS を使用して NP サイズを特徴づける、プラスチック キュベットに NP 分散の 100 μ L をピペット、癒し風呂溶媒 (水など) の 900 μ L を追加します。
注: より小さいボリュームは低ボリューム キュヴェットのため使用可能性があります。10 倍希釈で一般的に十分です。 - よくピペッティングを上下することによって穏やかな揺れをミックスします。サンプルを分析計測器固有の指示に従います。
メモ: 代替技術ようなゼータ電位分析や電子顕微鏡として実施が必要です。NP 分散は、アプリケーションによって決定される処理し、ディスカッション セクションで確認できます。
- DLS を使用して NP サイズを特徴づける、プラスチック キュベットに NP 分散の 100 μ L をピペット、癒し風呂溶媒 (水など) の 900 μ L を追加します。
2. CIJ ミキサーを使用して逆の NPs の親水性化合物のカプセル化
- 溶剤、antisolvent を準備し、発煙のフード ソリューションを消します。
- 手順 1.1、THF で第 2 洗浄を完了する洗浄溶剤、1.1.6 の手順でメモに付着した DMSO を使用してのクリーニングおよび準備手順を完了します。
- 親水性化合物の溶解 (すなわち、ブドウ糖同等 (DE) 4-7、平均分子量とマルトデキストリン (MD) 3,275 g/mol、「3 k MD」を =) FNP の必要な数を完了する十分な量で 10 mg/mL の DMSO で実行されます。
注: その他の溶剤使用できます、ディスカッション セクションで説明されている制限があります。 - マルトデキストリン ソリューションを溶解するまで渦のミキサーでミックスします。必要に応じて、固体溶解で支援するために 1-2 分の超音波浴にソリューションを配置します。
- ブロック共重合体の安定剤を作成する (すなわちポリスチレン-b- ポリ (アクリル酸)、PS5 k-b- PAA4.8 k) ステップ ポリマー溶液を形成する 2.1.2 のように約同じボリュームで 11.1 mg/mL の thf 中でソリューションを株式.
注: その他の溶剤、安定剤濃度使用ことができます。DMSO は、代わりに THF 溶媒として容易に使用できます。 - 高分子溶液を溶解するまで渦のミキサーでミックスします。必要に応じて、固体溶解で支援するために 1-2 分の超音波浴にソリューションを配置します。
注: 高分子入力はミセル形式ですることはできません。DLS は、新しいストリーム構成がこの条件を満たすかどうかを決定する使用できます。 - 1.5 mL 遠心管中の順序で、次を組み合わせることにより溶剤ストリーム入力 (0.5 mL) を準備: 0.250 3 k MD ソリューション、0.225 mL 0.025 mL の脱イオン水と高分子溶液の mL。
メモ: このストリームの水分 NP サイズと多分散性の強い影響があります。一般的に 2.5 10 vol % の範囲20で動作することをお勧めします。範囲の上限の値より大きな分子量の化合物のカプセル化を助けるかもしれない。 - 5-10 s の渦のミキサーでよく混ぜます。
- 必要に応じて、CIJ 実行の間の再現性を向上したキャップに付いた液体を回復する 5-10 s 1000 x g でチューブを遠心分離機します。
- 25.0 mg/mL にメタノール中 (CaCl2) 塩化カルシウム二水和物の架橋剤溶液を準備します。
注: 架橋剤は 1:1 電荷比の PAA ブロック内の酸のグループに追加されます。異なる架橋剤を使用する場合、または異なる PAA ブロック サイズまたはポリマー濃度は使用される20,21に濃度を調整してください。 - ピペット 0.5 mL クロロホルムと架橋剤溶液 (0.55 mL 合計) 0.05 mL 遠心チューブに antisolvent ストリームを準備します。
注: 他の許容 antisolvents ブロック共重合体の選択によって定まるし、通常ジクロロ メタンまたはアセトンが含まれます。架橋剤は、架橋形成20ように NP 分散の追加の加齢に伴う、癒し風呂に代わりに追加可能性があります。 - 5-10 s の渦のミキサーでよく混ぜます。
- 必要に応じて、CIJ 実行の間の再現性を向上したキャップに付いた液体を回復する 5-10 s 1000 x g でチューブを遠心分離機します。
- 癒しのお風呂を形成する 20 mL シンチレーション バイアルに (すなわちクロロホルム) antisolvent 4 mL を追加します。バイアルに小さな電磁攪拌棒を配置します。
注意: このボリュームは、プロセスの制約に対応する調整可能性があります。
- 手順 1.3 で説明した NP 形成のためのプロトコルを完了します。
- 分析および分散 NP の後処理を実行します。
- DLS を使用して NP サイズを特徴づける、ガラス キュベットに NP 分散の 100 μ L をピペット、癒し風呂用溶剤の 900 μ L を追加します。
- 上下ピペッティングでよく、キュヴェットの軽い動揺をミックスします。サンプルを分析するソフトウェアの指示に従います。
注: NPs の架橋が質的に DL DL 希釈20として DMSO やジメチルホルムアミド (DMF) のような良い溶剤を使用して評価できます。安定した架橋である粒子は溶媒中での粒子サイズの変更を最小限の自己相関関数を展示いたします。悪い架橋粒子はうねりし、弱い自己相関関数と散乱強度21を展示します。 - 必要に応じて、アンモニア イオンの錯形成を駆動し、架橋粒子のコアを強化するなど、ベースを追加します。
- また、重量測定法により水酸化アンモニウム (通常、30 wt % アンモニア) を利用したメタノール中のアンモニアの 3.48 mg/mL の溶液を準備します。攪拌しながら滴下 (すなわちポリマーの酸のグループに対して 0.6 相当) 50 μ L を追加します。
注: いずれかの濃度を変化させることにより希望する場合と同等を調整ことができます。 またはボリュームが25を追加しました。 - 必要に応じて、年齢、発生する架橋穏やかな攪拌しながら 30 分以上。
- また、重量測定法により水酸化アンモニウム (通常、30 wt % アンモニア) を利用したメタノール中のアンモニアの 3.48 mg/mL の溶液を準備します。攪拌しながら滴下 (すなわちポリマーの酸のグループに対して 0.6 相当) 50 μ L を追加します。
- 前述の文学19,20,21微粒子またはコーティングの NPs を生成する NP 分散するプロセス。
3. 卵白アルブミン、μMIVM を使用して反転、NPs でのカプセル化
- 溶媒と antisolvent ソリューションを準備します。
- 脱イオン水 (「OVA」) の卵白アルブミンの 50 mg/mL の溶液を準備します。
- ボリュームによって 10% の水を含む DMSO で OVA の 5 mg/mL の溶液を生成する DMSO の ml の 0.675 OVA 溶液の希釈 75 μ l 溶液 1.5 mL 遠心管中の 0.75 mL を準備します。よく混ぜ、遠心分離機の前述のように簡潔に。
注: ステップ 2.1.6 水の効果についてを参照してください。前のセクションのように上下合わせて材料のニーズにソリューション ボリュームを拡張できます。 - ブロック共重合体の安定剤を溶解することによりソリューション B の準備 (すなわちポリスチレン-b- ポリ (アクリル酸)、PS5 k-b- PAA4.8 k) 6 mg/mL の DMSO で。よく混ぜ、必要な場合を解消する超音波。1.5 mL 遠心チューブに 0.75 mL のピペットします。
- THF (ソリューション C) 1.5 mL 遠心チューブに 0.75 mL のピペットします。
- シンチレーション バイアルにクロロホルム (ソリューション D) 1.85 mL のピペットします。
- 塩化カルシウム二水和物の架橋剤液をメタノール 60.0 mg/mL を準備します。渦のミキサーを使って混ぜます。
- アンモニア液をメタノール手順 2.3.4 4.17 mg/mL を準備します。
- 焼風呂として 15 mL 遠心チューブにクロロホルムの 5.25 mL を追加します。
- ミキサー アセンブリを準備し、立ちます。
- O リング スパナ レンチ、上のディスク ジオメトリ ディスクを混合、下部レシーバーを収集します。コンポーネントおよびミキサー スタンド用語の概略図は、図 2を参照してください。
注:補足情報(セクション 1) と文学22MIVM 構築に関する詳細を見つけることが。CAD ファイルも補足情報として利用できます。 - それがよく合うし、の摩耗や損傷の兆候がないことを確保する溝に o リングを配置します。
注: 通常の操作は、摩耗または溶媒膨潤 O リングに します。拡大や変形、o リングが表示されている場合は、空気乾燥一晩使用する前にそれを許可します。図形が一晩に復旧しない場合は、o リングの処分します。大量に在庫を維持これは消耗部分です。 - 慎重に混合ディスク上のディスクのペグ穴を合わせ、一緒にプッシュします。2 つの部分が同じ高さに坐るをチェックして o リングがずれないことを確認します。
- 2 つの部分を反転し、下部レシーバーとそれらを手動で作成します。出口管継ぎ手が解かれました、それは、ディスクの完全な締め付けと干渉しないようにことを確認します。
注: 場合は組み立ての際にスレッドのキャッチは慎重に分解し、適用、食品または医薬品-用アンチ ・ シーズ ・ カジリを防止するスレッドに。 - 手動締め付け後スパナ レンチ上のディスクのペグをぴったりとアセンブリを締めます。混合ジオメトリの底面に対してしっかりと収まるようにアウトレット チューブ継手を締めます。上のディスクの注射器付属品、居心地の良いを確認します。
- ミキサー スタンドの上に組み立てられたミキサーを置き、アウトレット チューブが支持板の下まで伸びた。モバイル板のサポートは中断作業スペースの邪魔になりません。
- 必要に応じて、機械停止位置の配置設定を確認するまずアタッチ空ガラス注射器ミキサー入り江。
注: 同じ線形速度で注射器が同時に落ち込んでいるので別のバレルの直径の注射器を使用しての体積流量を変化させています。最初と最後の縦の高さはすべて注射器で同じにする必要があり、プランジャー シャフト22にタップのセットのネジを使用して調整することができます。機械の停止は、ガラス注射器に過度の損傷が発生しないことを確認します。- 必要に応じて、低いですのでモバイル板は機械停止の残りに来る。プレートもすぐに (図 2に見られる) と、空の注射器を連絡する前に残りの部分になるので、これらが並んでいることを確認します。
- 必要に応じて、必要な場合は機械停止と再配置を緩めます。ガラス注射器を取り外してモバイル板が邪魔をリセットします。
注意: プラスチック製の注射器と操作、機械停止の必要はありません。
- 排水を収集するアウトレット チューブ下オープン焼バスを配置します。
- 鈍い先端針を用いて 1 mL ガスタイトな注射器に溶液を描画します。すべての空気の泡を削除し、破棄の針。注射器ルアー フィッティングの最後にソリューションを首相します。ソリューション B および C についてこのプロセスを繰り返します
- 鈍い先端針を使用して 2.5 mL ガスタイトなシリンジにソリューション開発を描画します。すべての空気の泡を削除し、破棄の針。注射器ルアー フィッティングの最後にソリューションを首相します。
注: 初期シリンジのプランジャーの高さが同じになるので、これらのボリュームを選択されています。ボリュームを変更する場合彼らはまだこの高さの要件を満たす必要があります。 - アルファベット順に時計回りでミキサーに 4 つの注射器を組み立てます。最終的な外観と注射器向き模式図 1 bを参照してください。
注: は他とは大きく違う注射器高さがないことを確認、必要に応じてトラブルシューティングします。
- O リング スパナ レンチ、上のディスク ジオメトリ ディスクを混合、下部レシーバーを収集します。コンポーネントおよびミキサー スタンド用語の概略図は、図 2を参照してください。
- ミキサーの操作とクリーニングを実行します。
- モバイル板の両側に軸受箱をグリップします。これは機械の停止に対してピンチ危険ので、住宅の下の顔に指を置かないでください。それは注射器にやっと触れることが均等に休憩できるように、モバイル板をゆっくりと下ろします。
- 着実にかつスムーズに操作を完了することを目指して、プレートを押す約 0.5 - 1 秒これらのストリームのボリューム22。
- 今 NP 分散を含む焼風呂チューブのキャップを取り外して。
- まだ接続されている注射器にミキサーを取るし、廃棄物コンテナーの上に置きます。注射器、コンテナーに排出するホールド アップ ボリュームを許可を削除します。逆さまミキサー アセンブリを押し、スパナ レンチを使用してミキサーを分解します。
- スプレー ボトルを使用すると、溶媒 (アセトンなど) の数ミリリットルでアウトレット チューブをすすいで乾燥空気又は窒素と。
- (例えば、脱イオン水または DMSO) 良溶媒と混合ジオメトリを洗浄し、すすぎアセトン スプレー ボトルから数ミリリットルを使用します。乾燥した空気や窒素ストリーム。
- 脱イオン水のストリームの o リングを洗浄および乾燥しみ。
- アセトン溶媒ボトルまで視覚的にクリーンを使用しての数ミリリットルで徹底的に上のディスクをすすいでください。乾燥空気または窒素ストリーム表面と注射器付属品。
- 溶媒ボトルから (例えば、脱イオン水またはアセトン) 良溶媒のいくつかミリリットルで各シリンジをすすいでください。アセトンの数ミリリットルの最終すすぎを適用し、次に使用する前に乾燥空気します。
- 事後処理と分析を実行します。
- 約 75% で攪拌しながら滴下塩化カルシウム二水和物の架橋剤溶液 50 μ L を追加最大速度。
- 75% 最大速度で 50 μ L のアンモニア溶液を攪拌しながら滴を追加します。少なくとも 30 分のための年齢。
- 2.3.1 と 2.3.2 の手順で説明するように、NP サイズを特徴付けます。
- 前述の文学19,20,21微粒子またはコーティングの NPs を生成する NP 分散するプロセス。
4. 定式化スケール アップのための変更
- 手順 1、2、または 3 の構図、必要な公式サイズの十分な量では、溶媒と antisolvent ソリューションを準備します。
- 必要に応じて、必要な場合、洗浄および NP を形成する前に適切なプロトコルを使用して場所にミキサーを滅菌します。
注: CIP 100、水 (中性) に、CIP 200、水 (中性) を適当な溶剤のシーケンシャル リンスは、過去に採用されています。また、滅菌フィルターは、濾過により最終的な粒子サイズが滅菌を排除のインスタンスでミキサーの入り江に添付できます。 - 適切な量の注射器を気密にソリューションを読み込む側装着ルアーロック アダプターにポリテトラフルオロ エチレン (PTFE) チューブを添付してください。手動で首相の管の端にソリューション。
- シリンジをシリンジ ポンプに、CIJ または必要に応じて、MIVM のいずれかのミキサーの入り江に注射器を取り付けます。
注: また、流量コント ローラー使用できますラボやパイロット スケールでシリンジ ポンプよりも大きいボリューム機能を提供します。正常な動作では、定常流・十分な圧力の降下があり、流れがコンセントで測光すると加圧反応槽が大規模な生産のための最も適切な選択であることを意味するを必要があります。
- シリンジをシリンジ ポンプに、CIJ または必要に応じて、MIVM のいずれかのミキサーの入り江に注射器を取り付けます。
- アウトレット チューブの下に、必要な場合、十分な量の冷却バスを含むコレクション容器を配置します。
- 手動で達成に一致させるための体積流量を設定 (例えば、ストリームごとの 30-60 mL/分について)。
注: CIJ を使用している場合ポンプ流量が同じある必要があります。場合は、MIVM を使用して、異なる入口は流量が異なるを持つことができます。 - 同時にポンプを開始します。(これは「スタートアップ ボリューム」) 小さな瓶で廃棄物として排水の約 5-10 mL を収集し、癒しのお風呂での収集を開始します。
- 特徴付けるし、上記対応する定式化のセクションで説明するよう処理します。
Representative Results
FNP と NP 製剤のスクリーニングは急速な (1-10 mg) 挟まれる材料の少量を必要とします。ビタミン E (ステップ 1) など疎水性化合物をカプセル化する FNP プロトコルは安定した、明確または軽く乳白色 NP 分散の結果します。動的光散乱法 (DLS) 粒子径を特徴付けるための堅牢な手段を提供します。図 3に示すように、プロセスは、再現可能な方法で低分散で NPs を生成します。典型的な分散インデックス (PDI) 0.20 よりも小さいを示す、比較的単分散人口。PDI 自己相関関数から取得して計測器のソフトウェアによく実装されています。それは 2 番目の最初の瞬間の比率 0.1 の値は、一般的に単分散粒子26に取得されます。4 ビタミン E/PS の-b-値は 0.12 ± 0.02 と平均直径 107 ± 7 nm、PEG 製剤レプリケート報道します。注射器のいずれかのむらうつ病またはうつ病速度による典型的な「不発」は、図 3にも報告されます。分散は影響を受けなかったが、サイズがちょっと大きい (135 nm)。このサンプルを含む粒子サイズの新しいメトリックが 113 ± 14 nm です。商工会議所が単一のストリームの種類だけに含まれている期間で起因する失火。同じプロセスの履歴およびミキサー内有機と水溶液中のストリームの相対的なボリューム ストリーム全体を経験することが重要です。安定せず表示される骨材を用いた不透明なソリューションが生成されます。このサンプルの DL の自己相関関数は非単調、図 3嵌め込む式に見られるように、スムーズに崩壊しません。
FNP による粒子サイズ制御、図 4に示されて芯材-ポリスチレンこの場合-と PS -1.8 k bの相対的な量をさまざまな場所-49 152 nm からの粒子サイズで起因したペグ スタビライザー。これらの粒子のサイズが 25%、50% または 75% の質量がポリ芯材をされたコアの総質量濃度と 20 Mg/ml のスタビライザーを含む THF ストリームを生成されました。ナノ粒子の分散が 0.15 未満で常にだった。文献10でパラメーターに及ぼす粒 FNP プロデュースの広範な議論があります。読み込みは、溶媒量の定数を保持していると、コアと安定剤原液の相対的なボリュームを変化によって調整できます。同様に、総質量濃度は 10 mg/mL 以外の値で原液を準備することによって変えることができます。特定の条件下で DLS27によって空ミセル人口を観察することが可能です。測定粒径分布を広げる以外の任意の有害な影響はありません。サイズが類似している場合、これは 2 つの別々 のピークではなく、単一の広いピークとしてマニフェストがあります。
同じ CIJ ミキサーは、プロトコルの手順 2 で例示として iFNP によって親水性化合物をカプセル化するも使用できます。報告された定式化で生成した粒子は約 65 nm 0.08 の低分散。サイズ分布は、図 5 a (破線) で見ることができます。図 5 bに示すように、粒子安定性に PAA カルボン酸残基を発揮、DMSO などの強い溶剤で DLS による架橋の影響。まあ架橋粒子の自己相関関数始めるべき 1 のドロップ値近く大幅 0 粒 (実線) に関連する特徴的な時にです。広範囲に膨潤または溶解粒子架橋は、最小限の自己相関信号 (点線) を表示します。IFNP の失敗した試験は同様の方法でマニフェスト FNP 上記のとおり。表示されている集計を見ることができるまたは貧しい DLS 自己相関関数の形状を観察する可能性があります。以上 2 つの入口のストリームが溶解度や化学の非互換性などのシステム制約のため必要な場合、FNP の iFNP、MIVM を使用できます。そのミキサー スタンド付き MIVM (μMIVM) の小規模版を図 2に示します。CIJ と同様、疎水性または親水性化合物22をカプセル化するこのミキサーを使用できます。ステップ 3 では、iFNP による親水性タンパク質、OVA のカプセル化プロトコルが記述されていた。粒径分布は、図 5 a (実線) で表示されます。サイズは約 125 0.16 の PDI の nm。縮尺が大きいほどシリンジ ポンプ操作のための一般的なプロトコルは、ステップ 4 で提供されます。
図 1: ミキサー アセンブリおよび内部のフロー パターン概略図。付属の注射器で (A) 限られた衝突噴流 (CIJ) ミキサーは焼風呂の上にあります。焼風呂バイアルと撹拌プレート攪拌棒が描かれていません。混合ジオメトリは、商工会議所の中心に影響を与える 2 つのストリームの入口を示す拡張ビューで描かれています。(B) A の複数入口渦のミキサー (μMIVM) は、ガラスの注射器と、焼風呂上スタンドで配置。モバイル板と機械の停止は、画像からトリミングされています。拡大ビューでは、渦室および入口チャネルを模式的に表示されます。(C) A FNP によるコア-シェル NPs の模式図。赤い球に青い折りたたまれたポリマー ブロックと併用治療を表す、NP のコアを構成します。NPs に立体安定を与えるブラシ層を形成して黄色ポリマー ブロックこの図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2: μMIVM 用語およびアセンブリのコンポーネントです。ΜMIVM では、ミキサー スタンド 4 注射器の制服うつ病を有効にする必要があります。この場合、すべてのシリンジのプランジャー ハイツはある均一な混合を確実に制服で必要があります。また、シリンジ ポンプを使用して操作することができます。ミキサー スタンド ラベル付きコンポーネントは、図の左に表示されます。右側は混合ジオメトリ ディスク上の場所で o リングを逆アセンブルしたミキサーです。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3: 粒子サイズのビタミン E のコアを含む高分子ナノ粒子の分布と PS の-bの安定化-ペグします。動的光散乱 (DLS) は、NP の直径分布を示す強度加重サイズ分布を提供します。曲線は、各試験の帳票分析の平均し、同一の最大ピークの高さを生成する再します。(実線) の 4 つの複製を示すメソッドの高再現性 (標準偏差 = 7 nm)。注射器速度など大きい粒子径となる注射器 2 本の不均等なうつ病代表不発 (破線) も含まれています。不発を含む NP サイズの標準偏差は 14 nm。(インセット)PS の-bなし-ペグ スタビライザー、大規模なミクロン スケール集計 (またはビタミン E のような油の場合、水滴) が形成されます。スタビライザー (点線) なしの実行の DLS 自己相関関数は、ナノ粒子の複製 (実線) から代表的な自己相関とともに表示されます。自己相関関数は、コントロールのサンプルは、多人口を示す特徴的な時間スケールの数を示します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 4: コア安定装置に材料の相対比を変化させることを介して FNP による粒子サイズ制御します。PS の-bの安定化ポリスチレン コア 3 つ配合強度加重サイズ分布-ペグが描かれています。Thf 中で総質量濃度が 20 mg/mL と、antisolvent が水。CIJ ミキサーで製剤を調製しました。芯材の質量の割合は、凡例に表示されます。たとえば、25% コア試料には 5 mg/mL ポリスチレンと 15 mg/mL PSbが含まれて-ペグします。25% (実線)、50% (破線)、および 75% (混合の破線) コア荷重の平均的なサイズが 49 nm、96 nm、および 152 nm、それぞれ。PDI のすべての値は 0.15 未満でした。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 5: CIJ ミキサーまたは μMIVM で作られた逆の NPs のキャラクタリゼーション。DLS (A) 曲線の各製剤の帳票分析の平均です。破線は、実線は、μMIVM で行われた OVA 粒子のサイズ分布は CIJ ミキサー、3 k MD 粒子のサイズ分布を示します。(B) 架橋結合の強さは、希釈剤として DMSO を使用して DL によって評価できます。DLS の自己相関関数は、初期の自己相関値によって架橋結合の強さとゼロの値にきれいな転移の観察を示します。破線は、初期の信号が弱いと幅広い減衰時間を示すない架橋剤と粒子の自己相関関数を示しています。実線は、強力な最初の信号と定義された崩壊のタイム スケールを示しています (この例はテトラエチレンペンタミン) で強力な架橋剤添加後自己相関を示しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 6: 過飽和、水に有機溶媒の相対的な混合比の関数としての S.(○) ボスカリド、農薬、(○) ペプチド B、7 残基ペプチドの最高の達成可能な過飽和の (A) の比較。有機のストリームでは、ボスカリド 230 mg/mL と 200 mg/ml、飽和濃度 B ペプチドの濃度で含まれています。各原薬 (API) に依存している最大の過飽和状態がある/溶剤システム。(B) 有機ストリームのボスカリドの濃度が減少する 20 倍、過飽和状態および nanoprecipitation の達成を条件になる限られました。この図は、エルゼビア9から許可を得て転載します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
Discussion
プロトコルのステップ 1 のように、ビタミン E などの疎水性化合物のカプセル化は、広範囲にわたって説明9,14,28をされています。比較的単分散粒子は、混合の時間スケールは集計と粒子の成長のための時間スケールよりも短いので作り出されます。具体的には、混合溶剤/antisolvent 液急速になる同質、核が一様に発生することができます。その後、粒子表面にブロック共重合体のアセンブリは、粒子成長5を停止立体安定化を提供します。商工会議所 (乱流) における均一混合時間は CIJ または、MIVM 入口流量の関数で、本質的に定数13の粒子サイズが乱流混合への移行後に発生する吸気率があります。これは、いくつかのバッチにバッチ プロセスに追加の堅牢性を提供します (すなわち、注射器抑速) 入口流量の変動は図 3から見られるように最終的な NP サイズに大きな影響を与えず許容できます。低速または不均一な入口速度は、失火の例に見られるように、大きな粒子またはより多くの多分布で起因できます。FNP は、逆 NanoPrecipitation のフラッシュによって、親水性化合物ナノ粒子をカプセル化するため拡張されています。これらのナノ粒子が反転し、微粒子を作成または水分散性ナノ粒子25を作成するペグで被覆するために使用します。粒子コア架橋の複雑さがあるが、基になるアセンブリの原則は同じまま。これは、水溶液環境下における粒子の安定化のため必要です。一般的に、イオン間相互作用は基本19の添加による pH 調整によって昇格できますが polyacid ブロックと比較して 1:1 の電荷比で十分です。このプロトコルでは反転フォーム NPs に最初の工程だけが記載されています。
高速混合に加えて FNP または iFNP によって成功した定式化はいくつかの条件が満たされて9,14をすることができますのインスタンスに制限されます。最初に、すべての入力ストリーム混和する必要があります。エマルジョンは、NPs を生成する使用されている、FNP ミキサーで均一ソリューション フェーズが必要です。第二に、コア コンポーネントがあります (CIJ、ボリュームで 50/50 の混合物) のミキサーで溶媒条件でほぼ不溶解性急速な核生成を駆動します。そうでなければ、重要な部分はカプセル化されていないままになります。 または antisolvent で希釈してさらに沈殿させます。MIVM は、アドレス コア材料の溶解度限界に混合室で高い antisolvent コンテンツを有効にできます。プロセス デザイン9をガイドする溶媒組成の関数としての溶解度データから過飽和曲線を生成すると便利は多くの場合。図 6は、2 つの化合物の代表的な曲線を示しています。通常、MIVM を使用して、異なる組成で混合チャンバー条件メリットで低過飽和の状態。高過飽和優先コア コンポーネントの核粒子成長が芯材の組立時間の不一致、スタビライザーが治療上の大きな凝集体起因できます。D'Addio と Prud'homme は、詳細9でこのような過飽和状態曲線の応用を検討しました。最後に、BCP は分子溶媒のストリームで溶解しなければならない、antisolvent ストリームを 1 つのブロックを選択する必要があります。BCP は、十分に駆動力安定剤粒子表面と粒子に立体安定性を付与する溶媒和ブロックのアンカーに折りたたまれたブロックから両方型を提供する両親媒性である必要があります。彼らはこれらの制約を満たしている限り、プロトコルに記載されている以外の溶媒を使用する可能性があります。
手動の注射器操作との練習は、スクリーニングの間に成功率を向上できます。前述のように、均質な乱流の混合条件への移行操作はプロセス28小さい流量の変化が許容されることを意味します。カラムのスケール アップ ポンプ駆動、コンピューター制御のフローにより、さらに大きなメリットを再現可能な入口流量のための一貫性。粒子の後処理中の任意の時点で検査または DLS の分析は付随のほこりや粒子の不安定性に起因することができます大きな凝集体の存在を示します。必要がある場合は、適切なフィルターのポアサイズとストリームをフィルターできます。集計がない場合は、ことがわかった以下 5% 質量が通常失われる公称径が粒子径分布より大きい場合、PEG 被覆ナノ粒子をフィルター処理する場合よりも。集計をフィルターしている場合は、プロセス中に失われた質量の測定が必要です。質量損失の定量化は、2 つの方法のいずれかで実施することができます。特定のボリュームの全固形物質量決定できます熱重量分析によるろ過前後変更の範囲を識別するために (補足情報セクション 2 を参照してください)。また、粒子は回復した (例えば、凍結乾燥によって) することができ、良溶媒に溶解しました。芯物質の濃度はは紫外可視吸光光度法やクロマトグラフィーなどの適切な手法で測定直接できます。
FNP、水性分散液から残留 10 vol % 有機溶媒 (例えばTHF) を削除する必要があります。これは蒸発蒸留14,29、透析30、または接線流ろ過31,32によって行うことができます。提供されている引用文献の処理ステップごとに実用的な考慮事項を説明します。透析、典型的な膜、3.5 kDa または 6-8 kDa カットオフが大きいオプションがあります。この分子量カットオフは、ときにいくつかのバスの変更を使用して 24 時間透析で溶剤を除去に十分です。接した流れのろ過の使用は、膜表面濃度分極による誘導を避けるために注意する必要がある、いくつかのプロセスの開発を伴います。我々 は、膜表面における凝集を排除システム依存値、2-10 vol % 通常以下有機溶媒組成を減らすことを発見しました。熱重量分析に処理後、ナノ粒子の濃度を容易に判定 (補足情報セクション 2 を参照してください)。運搬又は粒子を非常に安定した形で保管することが望ましいです。水性分散液は、ドライアイス/アセトン混合物を使用して迅速に、-80 ° C で保存し、単に固定できます。また、乾燥粉末は凍結乾燥33,34によって得ることができるまたはスプレー乾燥24。頻繁に凍結や乾燥中のナノ粒子凝集を抑える、保護剤の検討を追加する必要があります。糖(スクロース、トレハロース等)、poly(ethylene glycol)、またはシクロデキストリンを検査する有効性の濃度の範囲で DLS35,36,37、サイズを監視することによって 38。処理中に一般的な NP 安定性問題頻繁移動が増加、条件の下でより低いエネルギー状態への転位の結果としてコアで溶解または相分離に関連しています。改善安定性14,16,17,39,40、共同コア材料、代替安定剤または変更された外部溶液組成の使用を助けることができます。 41。
前述のように、MIVM 有効高過飽和度を達成する必要がある場合は、混合室に antisolvent 含量にします。それは 2 つ以上のストリームに種の物理的な分離のための反応性や溶解性の制約がそれを要求するときできます。例24抗生物質らいのゼイン タンパク質安定ナノ粒子の形成であります。アセトン ストリームで疎水性らいを導入します。60% エタノール水溶液ストリームでゼインを導入します。カゼイン、ゼイン、どの錯体は、水様バッファー ストリーム持って来、4 ストリーム、アセトン、エタノールへの水の比率を増加する追加のバッファーです。らいとゼインが一般的な溶媒に可溶ではないので、2 つの溶媒のストリームが必要です。このプロセスは 2 つジェット CIJ ミキサーで達成できなかった。このタンパク質安定製剤も FNP、BCP スタビライザーに限定されないことを示します。スタビライザー42なしヤヌス粒子が生成され、口腔のアプリケーション24低コスト安定剤の範囲が示されています。特に、ヒドロキシプロピルメチル セルロースなど共重合体は、ブロック共重合体の24の代わりに使用することができます。芯材は、テクニックの数によってより疎水性可能です。疎水性イオンのペアリングは、中間の溶解度43,44,45を持っている化合物の広い範囲をカプセル化に適用されています。非常に疎水性プロドラッグがされている生成され、46をカプセル化します。核酸は、カチオン性脂質47との錯形成によってカプセル化されました。重要なは、これらの研究は、FNP が粒子の表面化学の範囲を作り出すことができることを示しています。チェーンの端にターゲット ligand の変更されている BCP の一部を含むさらに、混合の安定剤が使用されています。これにより表面に配位子コンテンツを正確に制御、粒子成分が入力ストリーム構成23,48を反映しているので。同様に、染料、無機ナノ粒子3、8を含むだけでなく、複数のコア コンポーネントを組み込むことが可能です。
フラッシュ NanoPrecipitation は、疎水性や親水性のコアで構成される高分子ナノ粒子に拡張性の高いアプローチです。上記に列挙された条件を満たしている場合一般的に以上コア材の 95% はカプセル粒子の質量分率高で。次に示す 3 つの例は、ベンチ スケール、材料および各入口ストリーム約 0.5 mL の数ミリグラムが必要で実施されました。定式化の最適化のパーティクル条件の急速なスクリーニングが可能になります。バッチ サイズを大きくする鉛配合のスケール アップは、容易にシリンジ ポンプや流量コント ローラーを使用して達成することができます長く、プロセスの実行の問題です。対照的に、一括添加 nanoprecipitation のスケール アップ追加の時点で十分な気を維持し、容器の幾何学49の変更の効果のため会計に十分に文書化の課題に直面します。それは FDA の要件50を満たすために一貫した方法で粒子を製造することが重要なので、これは大きな障壁です。マイクロ流体技術はまた制服、再現性の高いナノ粒子を生成が、ミリグラムの範囲での生産を有効にするだけです。たとえば、Karnikらは、薬剤放出を 0.25 mg/分の生産量研究51報告。さらにスケール アップは通常12ドル高の首都で並列化を伴います。FNP、シリンジ ポンプやミキサーの入り江を結ぶいくつかの付属品 600 mg/分でのナノ粒子の 1 グラムを生成するは簡単です。したがって、FNP はアクセス可能な実験室規模のスクリーニング ツールとして NP 並進作業用にスケーラブルなアプローチを表しています。
Disclosures
著者が明らかに何もありません。
Acknowledgments
この作品は、Optimeos ライフ サイエンス、国立科学財団 (あわせて 1605816)、法案とメリンダ ・ ゲイツ財団 (BMGF, OPP1150755) と、国立科学財団大学院研究奨学金 (DGE-1656466) に与えられるからの資金によって支えられました。K.D.R.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Confined Impinging Jets Mixer | NA | NA | See supplemental information for engineering drawings. Review text for new mixer validation |
| Luer fitting | Idex Health & Science | P-604 | Assemble on CIJ or MIVM mixer inlet with corresponding threads |
| Plug fitting | Idex Health & Science | P-309 | Assemble on CIJ mixer sides (seal access point from drilling) |
| Outlet fitting - CIJ | Idex Health & Science | P-205 | Assemble with ferrule and tubing on CIJ chamber outlet |
| Outlet ferrule - CIJ | Idex Health & Science | P-200 | Assemble with outlet fitting (large end flush with tubing) |
| Outlet tubing - CIJ | Idex Health & Science | 1517 | Use tubing cutter for clean ends. Ensure extra tubing doesn't protrodue into mixing chamber |
| Tetrahydrofuran (THF) | Fisher Scientific | T425-4 | Use stabilizer-free THF to avoid solubility limits of BHT. Peroxides may interfere in some applications. |
| Norm-ject syringe (3 ml) | VWR | 53548-017 | |
| Vitamin E (α-tocopherol) | Sigma-Aldrich | 90669-50G-F | Store cold |
| poly(styrene-b-ethylene glycol), PS1.6k-b-PEG5k | Polymer Source | P13141-SEO | Other block sizes acceptable depending on application |
| poly(styrene)1.8k | Polymer Source | P2275-S | Example hydrophobic core material |
| Scintillation vial | DWK Lifesciences | 74504-20 | |
| Luer-slip plastic syringes, 1ml (100 pk) | National | S7510-1 | |
| Maltodextrin DE 4-7 | Sigma-Aldrich | 419672-100G | |
| poly(styrene-b-acrylic acid), PS5k-b-PAA4.8k | Polymer Source | P5917-SAA | Other block sizes acceptable depending on application |
| Dimethyl Sulfoxide (DMSO) | Fisher Scientific | D159-4 | |
| Calcium chloride dihdyrate | Sigma-Aldrich | 223506-25G | Hygroscopic. |
| Methanol | Fisher Scientific | A452-4 | |
| Ammonium Hydroxide | Fisher Scientific | AC423300250 | |
| Albumin from chicken egg white (Ovalbumin, OVA) | Sigma-Aldrich | A5503-1G | |
| Multi-Inlet Vortex Mixer | NA | NA | See supplemental information for engineering drawings. Review text for new mixer validation |
| Outlet fitting - MIVM | Idex Health & Science | P-942 | Combination with ferrule |
| Outlet tubing - MIVM | NA | NA | Fit to ferrule ID. |
| O-ring (MIVM) | C.E. Conover | MM1.5 35.50 V75 | Order bulk - consumable part. Ensure solvent compatibility if using an alternative source. |
| Mixer stand | NA | NA | See Markwalter & Prud'homme for design.17 |
References
- Bobo, D., Robinson, K. J., Islam, J., Thurecht, K. J., Corrie, S. R. Nanoparticle-Based Medicines: A Review of FDA-Approved Materials and Clinical Trials to Date. Pharmaceutical Research. 33 (10), 2373-2387 (2016).
- D'Mello, S. R., et al. The evolving landscape of drug products containing nanomaterials in the United States. Nature Nanotechnology. 12 (6), 523-529 (2017).
- Gindy, M. E., Prud'homme, R. K. Multifunctional nanoparticles for imaging, delivery and targeting in cancer therapy. Expert Opinion on Drug Delivery. 6 (8), 865-878 (2009).
- Chen, G., Roy, I., Yang, C., Prasad, P. N. Nanochemistry and Nanomedicine for Nanoparticle-based Diagnostics and Therapy. Chemical Reviews. 116 (5), 2826-2885 (2016).
- Johnson, B. K., Prud'homme, R. K. Mechanism for Rapid Self-Assembly of Block Copolymer Nanoparticles. Physical Review Letters. 91 (11), 118302-118302 (2003).
- Schubert, S., Delaney, J. J. T., Schubert, U. S. Nanoprecipitation and nanoformulation of polymers: from history to powerful possibilities beyond poly(lactic acid). Soft Matter. 7 (5), 1581-1588 (2011).
- Lebouille, J. G. J. L., Stepanyan, R., Slot, J. J. M., Cohen Stuart, M. A., Tuinier, R. Nanoprecipitation of polymers in a bad solvent. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. , 225-235 (2013).
- Akbulut, M., et al. Generic method of preparing multifunctional fluorescent nanoparticles using flash nanoPrecipitation. Advanced Functional Materials. 19 (5), 718-725 (2009).
- D'Addio, S. M., Prud'homme, R. K. Controlling drug nanoparticle formation by rapid precipitation. Advanced Drug Delivery Reviews. 63 (6), 417-426 (2011).
- Pagels, R. F., Edelstein, J., Tang, C., Prud'homme, R. K. Controlling and Predicting Nanoparticle Formation by Block Copolymer Directed Rapid Precipitations. Nano Letters. 18 (2), 1139-1144 (2018).
- Ding, S., Anton, N., Vandamme, T. F., Serra, C. A. Microfluidic nanoprecipitation systems for preparing pure drug or polymeric drug loaded nanoparticles: an overview. Expert Opinion on Drug Delivery. 13 (10), 1447-1460 (2016).
- Valencia, P. M., Farokhzad, O. C., Karnik, R., Langer, R. Microfluidic technologies for accelerating the clinical translation of nanoparticles. Nature Nanotechnology. 7 (10), 623-629 (2012).
- Johnson, B. K., Prud'homme, R. K. Chemical processing and micromixing in confined impinging jets. AIChE Journal. 49 (9), 2264-2282 (2003).
- Saad, W. S., Prud'homme, R. K. Principles of nanoparticle formation by flash nanoprecipitation. Nano Today. 11 (2), 212-227 (2016).
- Han, J., et al. A simple confined impingement jets mixer for flash nanoprecipitation. Journal of Pharmaceutical Sciences. 101 (10), 4018-4023 (2012).
- Kumar, V., Wang, L., Riebe, M., Tung, H. H., Prud'homme, R. K. Formulation and stability of itraconazole and odanacatib nanoparticles: Governing physical parameters. Molecular Pharmaceutics. 6 (4), 1118-1124 (2009).
- Liu, Y., Kathan, K., Saad, W., Prud'homme, R. K. Ostwald Ripening of β -Carotene Nanoparticles. Physical Review Letters. 98 (3), 036102-036102 (2007).
- Liu, Y., Cheng, C., Liu, Y., Prud'homme, R. K., Fox, R. O. Mixing in a multi-inlet vortex mixer (MIVM) for flash nano-precipitation. Chemical Engineering Science. 63, 2829-2842 (2008).
- Pagels, R. F., Prud'homme, R. K. Polymeric nanoparticles and microparticles for the delivery of peptides, biologics, and soluble therapeutics. Journal of Controlled Release. 219, 519-535 (2015).
- Pagels, R. F., Prud'homme, R. K. Ch. 11. Control of Amphiphile Self-Assembling at the Molecular Level: Supra-Molecular Assemblies with Tuned Physicochemical Properties for Delivery Applications Vol. 1271 ACS Symposium Series. , American Chemical Society. 249-274 (2017).
- Markwalter, C. E., Prud'homme, R. K. Ch. 12. Control of Amphiphile Self-Assembling at the Molecular Level: Supra-Molecular Assemblies with Tuned Physicochemical Properties for Delivery Applications Vol. 1271 ACS Symposium Series. , American Chemical Society. 275-296 (2017).
- Markwalter, C. E., Prud'homme, R. K. Design of a Small-Scale Multi-Inlet Vortex Mixer for Scalable Nanoparticle Production and Application to the Encapsulation of Biologics by Inverse Flash NanoPrecipitation. Journal of Pharmaceutical Sciences. 107 (9), 2465-2471 (2018).
- Gindy, M. E., Ji, S., Hoye, T. R., Panagiotopoulos, A. Z., Prud'Homme, R. K. Preparation of poly(ethylene glycol) protected nanoparticles with variable bioconjugate ligand density. Biomacromolecules. 9 (10), 2705-2711 (2008).
- Zhang, Y., et al. Design and Solidification of Fast-Releasing Clofazimine Nanoparticles for Treatment of Cryptosporidiosis. Molecular Pharmaceutics. 14 (10), 3480-3488 (2017).
- Pagels, R. F. Polymeric Nanoparticles and Microparticles for the Delivery of Hydrophobic and Hydrophilic Therapeutics. , Princeton University. Doctor of Philosophy thesis (2018).
- Frisken, B. J. Revisiting the method of cumulants for the analysis of dynamic light-scattering data. Applied Optics. 40 (24), 4087-4091 (2001).
- Budijono, S. J., Russ, B., Saad, W., Adamson, D. H., Prud'homme, R. K. Block copolymer surface coverage on nanoparticles. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 360 (1-3), 105-110 (2010).
- Johnson, B. K., Prud'homme, R. K. Flash NanoPrecipitation of Organic Actives and Block Copolymers using a Confined Impinging Jets Mixer. Australia Journal of Chemistry. 56, 1021-1024 (2003).
- Kumar, V., Prud'homme, R. K. Nanoparticle stability: Processing pathways for solvent removal. Chemical Engineering Science. 64 (6), 1358-1361 (2009).
- Shi, L., Shan, J., Ju, Y., Aikens, P., Prud'homme, R. K. Nanoparticles as delivery vehicles for sunscreen agents. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. , 122-129 (2012).
- Dalwadi, G., Benson, H. A. E., Chen, Y. Comparison of Diafiltration and Tangential Flow Filtration for Purification of Nanoparticle Suspensions. Pharmaceutical Research. 22 (12), 2152-2162 (2005).
- Pansare, V. J., Tien, D., Thoniyot, P., Prud'homme, R. K.
- D'Addio, S. M., et al. Novel Method for Concentrating and Drying Polymeric Nanoparticles: Hydrogen Bonding Coacervate Precipitation. Molecular Pharmaceutics. 7 (2), 557-564 (2010).
- Abdelwahed, W., Degobert, G., Stainmesse, S., Fessi, H. Freeze-drying of nanoparticles: Formulation, process and storage considerations. Advanced Drug Delivery Reviews. 58 (15), 1688-1713 (2006).
- Correa, S., et al. Highly Scalable, Closed-Loop Synthesis of Drug-Loaded, Layer-by-Layer Nanoparticles. Advanced Functional Materials. 26 (7), 991-1003 (2016).
- Figueroa, C. Engineering Nanoparticles for Pharmaceutical Applications: Formulation and Freeze-drying Techniques. , Princeton University. Doctor of Philosophy thesis (2014).
- Harada, A., Li, J., Kamachi, M. Preparation and properties of inclusion complexes of polyethylene glycol with alpha-cyclodextrin. Macromolecules. 26 (21), 5698-5703 (1993).
- Troiano, G., Song, Y. -H., Zale, S., Wright, J., Van Geen Hoven, C. Stable Formulations for Lyophilizing Therapeutic Particles. United States patent. , (2013).
- Kumar, V., Adamson, D. H., Prud'homme, R. K. Fluorescent polymeric nanoparticles: Aggregation and phase behavior of pyrene and amphotericin B molecules in nanoparticle cores. Small. 6 (24), 2907-2914 (2010).
- Budijono, S. J., et al. Synthesis of stable block-copolymer-protected NaYF4:Yb3+, Er3+up-converting phosphor nanoparticles. Chemistry of Materials. 22 (2), 311-318 (2010).
- Chen, T., et al. Protected peptide nanoparticles: Experiments and brownian dynamics simulations of the energetics of assembly. Nano Letters. 9 (6), 2218-2222 (2009).
- Sosa, C., et al. Soft Multifaced and Patchy Colloids by Constrained Volume Self-Assembly. Macromolecules. 49 (9), 3580-3585 (2016).
- Pinkerton, N. M., et al. Formation of stable nanocarriers by in situ ion pairing during block-copolymer-directed rapid precipitation. Molecular Pharmaceutics. 10 (1), 319-328 (2013).
- Lu, H. D., Rummaneethorn, P., Ristroph, K. D., Prud'homme, R. K. Hydrophobic Ion Pairing of Peptide Antibiotics for Processing into Controlled Release Nanocarrier Formulations. Molecular Pharmaceutics. 15 (1), 216-225 (2018).
- Lu, H. D., et al. Encapsulation of OZ439 into Nanoparticles for Supersaturated Drug Release in Oral Malaria Therapy. ACS Infectious Diseases. 4 (6), 970-979 (2018).
- Ansell, S. M., et al. Modulating the Therapeutic Activity of Nanoparticle Delivered Paclitaxel by Manipulating the Hydrophobicity of Prodrug Conjugates. Journal of Medicinal Chemistry. 51 (11), 3288-3296 (2008).
- Gindy, M. E., et al. Mechanism of macromolecular structure evolution in self-assembled lipid nanoparticles for siRNA delivery. Langmuir. 30 (16), 4613-4622 (2014).
- D'Addio, S. M., et al. Optimization of cell receptor-specific targeting through multivalent surface decoration of polymeric nanocarriers. Journal of Controlled Release. 168 (1), 41-49 (2013).
- Perry's Chemical Engineers' Handbook. , McGraw-Hill. 19-20 (2007).
- Torrice, M. Does nanomedicine have a delivery problem? ACS Central Science. 2 (7), 434-437 (2016).
- Karnik, R., et al. Microfluidic Platform for Controlled Synthesis of Polymeric Nanoparticles. Nano Letters. 8 (9), 2906-2912 (2008).
