Sunshine 用玻璃 Sunny 芯片做微流控混合,芯片在两次制备之间由仪器自动清洗,接着使用。本文把它和一台一次性卡盒式微流控仪器放在一起,用 4 种 RNA-LNP 配方各制备 3 次。两边的粒径相差 8% 以内,Sunshine 制备的 4 个配方 PDI 都小于 0.1。12 次制备在 Sunshine 上共用 33 分钟,其中手动操作 10 分钟;对照仪器用 60 分钟,全程手动。
微流控混合通过总流速(TFR)、流速比(FRR)和混合器几何结构控制 LNP 的粒径和分布。多数商用微流控平台依赖限次使用的卡盒:每次运行都要装上并丢弃卡盒、注射器、收集管和废液管。配方、流速、载荷和重复数一多,耗材费用和手动时间都随之增加。
Sunshine 的 Sunny 芯片是玻璃材质,设计上就是重复使用的(Figure 1)。仪器内置流路自动清洗,同一块 Sunny 可以在不同配方之间切换,同时减少残留和污染。
从一种混合技术换到另一种,新方法首先要做出同样的颗粒。桥接和可比性研究就是为此而做。本文比较两台仪器制备的颗粒,再比较 12 次制备的用时和废弃物。
A:Sunshine 自动化微流控纳米颗粒制备系统。
B:100X Sunny 的两路进液,一路为乙醇中的脂质混合液,一路为醋酸缓冲液中的 polyA,混合后得到 LNP。
Figure 1. Sunshine(A)与玻璃 Sunny 芯片(B)。
4 种配方均为经 FDA 批准的 RNA-LNP 配方,脂质总浓度均为乙醇中 10 mM(Table 1)。PolyA(Sigma Aldrich)溶于 50 mM 醋酸缓冲液(pH 4),氮磷比(N/P)为 6。
可电离脂质 / 其余组分 / 摩尔比
SM-102:其余组分 DSPC、胆固醇、DMG-PEG 2000;摩尔比 50:10:38.5:1.5
DLin-MC3-DMA
C12-200
ALC-0315:其余组分 DSPC、胆固醇、ALC-0159;摩尔比 46.3:9.4:42.7:1.6
Table 1. 4 种配方的组成。DSPC:1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱。
每个配方在每台仪器上各制备 1 mL,重复 3 次。两台仪器的水相与有机相 FRR 都是 3:1,TFR 按各自的设置:
Sunny 的清洗编进了实验序列,由 Sunshine 的流路自动清洗程序完成。
粒径和 PDI 都用 Stunner 的旋转角度 DLS(RADLS)测定。采集用默认设置:7 个角度,每个角度 5 次采集、每次 1 秒。缓冲液粘度 1.002 cP,折射率 1.334(20 °C)。样品用 PBS 稀释 10 倍,每个测 3 次。流体动力学直径取质量分布中目标峰的值。
4 个配方中,Sunshine 制备的 LNP 粒径与对照仪器相差都在 8% 以内(Figure 2)。Sunshine 的 4 个配方 PDI 都小于 0.1,颗粒为单分散。
这些数值只对应本文的 4 个配方和上述条件。换配方或换混合条件,粒径需要重新测定。粒径还可以继续微调:Sunshine 能在一次运行中改变 TFR 或 FRR,批量完成多个实验。具体做法见《mRNA-LNP 工艺优化:从小体量筛选到连续生产》。
Figure 2. 4 种配方的 polyA-LNP 在 Sunshine(绿色柱)和一次性卡盒式微流控仪器(灰色柱)上的流体动力学直径(柱,左轴)和 PDI(点,右轴)。3 次制备的平均值,误差棒为 1 个标准差。
4 个配方各 3 次,共 12 次制备。Sunshine 的自动流程连同流路清洗共用 33 分钟,其中手动操作 10 分钟。对照仪器用 60 分钟,全部为手动操作(Table 2)。
两边消耗的 LNP 试剂相同。Sunshine 另外只用了约 50 mL 驱动液;对照仪器另外用了 12 个卡盒,用后丢弃。配方多、工艺优化轮次多的实验室,这部分时间和耗材会累积得很快。
Sunshine / 一次性卡盒式仪器
手动时间:Sunshine 10 分钟;一次性卡盒式仪器 60 分钟
总时间:Sunshine 33 分钟;一次性卡盒式仪器 60 分钟
产生的废弃物:Sunshine 约 50 mL 驱动液;一次性卡盒式仪器 12 个一次性卡盒
系统 / 芯片清洗:Sunshine 计入实验时间;一次性卡盒式仪器 不适用
消耗品费用:Sunshine 仅试剂;一次性卡盒式仪器 试剂 + 卡盒
Table 2. 12 次 LNP 制备(4 个配方 × 3 次)在两台仪器上的用时、废弃物和消耗品。
Sunny 在实验之间自动清洗后接着用,所以清洗效果直接关系到下一个配方。清洗后的空白样品里测不测得出残留,见《Sunny Suite 清洗:空白未检出 RNA,脂质 <5 µg/mL》。
工艺在 Sunshine 上定下来以后,可以转到 Sunbather 做 GMP 生产和放大。Sunbather 使用与 Sunshine 相同的 Sunny 芯片,每小时最多产出 1.8 L 颗粒,不设体积上限。三台仪器之间的一致性数据见《Sunny Suite:从配方筛选到 GMP 生产,同一条工艺链》。
选哪种 Sunny 芯片,见《Sunny 芯片选型指南》。本文的粒径和 PDI 由 Stunner 测定;Stunner 测 LNP 粒径、颗粒数和 RNA 含量的方法,见《2 µL 一次测定 LNP 的颗粒数、粒径和 RNA 含量》。
Unchained Labs. Application Note: Embrace reusable microfluidic mixing of LNPs on Sunshine. Rev A, 2026.