北大南昌院技術突破|基于摩方高精度3D打印微流控芯片的載藥微球制造工藝
近期，北京大學南昌創新研究院（以下簡稱“北大南昌院”）與重慶摩方精密科技有限公司聯合共建的精密增材制造技術聯合實驗室（以下簡稱“實驗室”），攜手北京某研究院，在基于高精度3D打印微流控芯片技術的載藥微球制備領域取得了重要技術突破。實驗室利用國際領先的精密增材制造技術，研發出了高通量、高均勻度載藥微球制備的微流控芯片，不僅彌補了我國在載藥微球高精度制備領域長期存在的技術短板，更在高通量微流控芯片研發中實現了革命性創新，為微納制造與生物醫學工程的交叉領域開辟了全新的技術路徑。
實驗室依托北京大學、南方科技大學等知名高校的學術資源，在薛亞輝副教授的帶領下，配備了國際一流的精密制造設備和完整的實驗設施體系，構建了從微流控芯片的設計、開發到載藥微球制備和測試的全流程技術解決方案平臺。這一突破性成果為我國在微流控芯片、載藥微球等相關領域的產業升級換代提供了強有力的科技支撐。
高精度3D打印微流控芯片技術的突破與應用
實驗室配備了4臺高精度微小尺度3D打印系統 （圖1），其中包括一臺具有國際領先水平的microArch® S230 3D打印機。該設備具備2μm的超高打印精度，是目前工業級微尺度增材制造設備中精度最高的機型。microArch® S230支持高粘度光敏樹脂及多種功能材料的精密成型，結合專業三維建模軟件，可實現微流控芯片結構的靈活設計與多模式集成，顯著簡化了傳統芯片制備工藝。通過重新建模，芯片結構的優化調整更加高效便捷，既提升了設計靈活性，同時大幅縮短研發周期。依托microArch® S230的優異性能，充分展現了該技術在定制化設計與快速迭代優化方面的優勢，相關成果可成功應用于生物醫學檢測與化學分析等領域。
高通量微流控芯片的模塊化設計與精密制造
實驗室自主設計研發出一款高通量、雙乳化微流控芯片，該芯片采用模塊化架構，由多個集成化微流控單元構成（圖2）。每個微流控單元基于水包油包水（W/O/W）雙乳化模板，可實現單乳化向雙乳化體系的高效轉化，精確制備W/O/W型微球，在藥物遞送系統和生物分析等領域具有重要應用價值。
為滿足不同規模的生產需求，實驗室還創新性地開發了多通道梯度化芯片系列，包括單、12、48、96及204通道等多種規格。其中，單、12通道芯片適用于實驗室小規模探索性研究；48、96通道芯片可滿足中等通量制備需求；204通道芯片則支持高通量規模化生產 （圖3）。這種梯度化的通道設計確保了實驗精度，同時顯著提升了制備效率，為微球的批量化生產搭建了穩固的技術平臺。
3D打印微流控芯片在載藥微球制備中的應用
實驗室采用高精度3D打印技術，成功研制出用于制備載藥微球的高通量微流控芯片，并在PLGA-納曲酮微球和PLGA-醋酸亮丙瑞林微球的制備中取得了突破性進展。其中，PLGA-納曲酮微球作為阿片類藥物依賴及酒精依賴的新型治療制劑，其粒徑均一性（CV＜5%，Span=0.16）、目標載藥量（34.2%）和包封率（85.3%）等關鍵性能指標，均達到行業領先標準（圖4）。相較于傳統微流控制備方法，本技術通過高精密增材制造工藝有效解決了通量受限、粒徑分布不均、生產成本高及制備效率低等技術難題，大大提升了藥物控釋的精準度。該研究成果不僅實現了微流控載藥微球制備技術從實驗室規模向工業化生產的跨越，更為新型藥物遞送系統的開發提供了重要支持。
載藥微球體外釋放性能的評估與優化
實驗室采用體外釋放實驗，對制備的PLGA-納曲酮載藥微球的藥物釋放特性進行了系統評估。試驗在模擬體內環境的條件下開展，并與原研制劑Vivitrol®中納曲酮的釋放行為進行了對比分析（圖5）。實驗結果表明，兩種制劑均在7天內實現了100%的藥物釋放，證實了所制備載藥微球具有良好的釋放特性。此外，基于微流控技術制備的載藥微球還展現出更精確的藥物控釋性能，其粒徑分布均勻性顯著優于傳統制備方法。這一發現不僅為新型藥物遞送系統的開發提供了重要的實驗依據，也為后續的制劑優化和臨床應用奠定了理論基礎。
北京大學南昌創新研究院是在江西省人民政府指導下，由南昌市人民政府和北京大學聯合建設的具有獨立法人資格的南昌市屬事業單位。研究院立足江西省政策優勢、產業優勢，聚焦國家重大科研戰略需求以形成高水平科研成果的孵化和轉化為目標，圍繞航空技術、新材料、先進制造等領域核心技術開展創新和應用研究。研究院依托北京大學人才優勢、科技優勢，匯聚了一批以院士、海內外資深教授為核心的高水平科研隊伍，最終將建成具有國內外影響力的前沿技術創新平臺、創新人才聚集平臺、成果轉化與企業孵化平臺、人才培養與實踐平臺。
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