北大南昌院技术突破|基于摩方高精度3D打印微流控芯片的载药微球制造工艺

     近期，北京大学南昌创新研究院（以下简称“北大南昌院”）与重庆摩方精密科技有限公司联合共建的精密增材制造技术联合实验室（以下简称“实验室”），携手北京某研究院，在基于高精度3D打印微流控芯片技术的载药微球制备领域取得了重要技术突破。实验室利用国际领先的精密增材制造技术，研发出了高通量、高均匀度载药微球制备的微流控芯片，不仅弥补了我国在载药微球高精度制备领域长期存在的技术短板，更在高通量微流控芯片研发中实现了革命性创新，为微纳制造与生物医学工程的交叉领域开辟了全新的技术路径。

    实验室依托北京大学、南方科技大学等知名高校的学术资源，在薛亚辉副教授的带领下，配备了国际一流的精密制造设备和完整的实验设施体系，构建了从微流控芯片的设计、开发到载药微球制备和测试的全流程技术解决方案平台。这一突破性成果为我国在微流控芯片、载药微球等相关领域的产业升级换代提供了强有力的科技支撑。

高精度3D打印微流控芯片技术的突破与应用
    实验室配备了4台高精度微小尺度3D打印系统 （图1），其中包括一台具有国际领先水平的microArch® S230 3D打印机。该设备具备2μm的超高打印精度，是目前工业级微尺度增材制造设备中精度最高的机型。microArch® S230支持高粘度光敏树脂及多种功能材料的精密成型，结合专业三维建模软件，可实现微流控芯片结构的灵活设计与多模式集成，显著简化了传统芯片制备工艺。通过重新建模，芯片结构的优化调整更加高效便捷，既提升了设计灵活性，同时大幅缩短研发周期。依托microArch® S230的优异性能，充分展现了该技术在定制化设计与快速迭代优化方面的优势，相关成果可成功应用于生物医学检测与化学分析等领域。

高通量微流控芯片的模块化设计与精密制造
实验室自主设计研发出一款高通量、双乳化微流控芯片，该芯片采用模块化架构，由多个集成化微流控单元构成（图2）。每个微流控单元基于水包油包水（W/O/W）双乳化模板，可实现单乳化向双乳化体系的高效转化，精确制备W/O/W型微球，在药物递送系统和生物分析等领域具有重要应用价值。

为满足不同规模的生产需求，实验室还创新性地开发了多通道梯度化芯片系列，包括单、12、48、96及204通道等多种规格。其中，单、12通道芯片适用于实验室小规模探索性研究；48、96通道芯片可满足中等通量制备需求；204通道芯片则支持高通量规模化生产 （图3）。这种梯度化的通道设计确保了实验精度，同时显著提升了制备效率，为微球的批量化生产搭建了稳固的技术平台。

3D打印微流控芯片在载药微球制备中的应用
实验室采用高精度3D打印技术，成功研制出用于制备载药微球的高通量微流控芯片，并在PLGA-纳曲酮微球和PLGA-醋酸亮丙瑞林微球的制备中取得了突破性进展。其中，PLGA-纳曲酮微球作为阿片类药物依赖及酒精依赖的新型治疗制剂，其粒径均一性（CV＜5%，Span=0.16）、目标载药量（34.2%）和包封率（85.3%）等关键性能指标，均达到行业领先标准（图4）。相较于传统微流控制备方法，本技术通过高精密增材制造工艺有效解决了通量受限、粒径分布不均、生产成本高及制备效率低等技术难题，大大提升了药物控释的精准度。该研究成果不仅实现了微流控载药微球制备技术从实验室规模向工业化生产的跨越，更为新型药物递送系统的开发提供了重要支持。

载药微球体外释放性能的评估与优化
     实验室采用体外释放实验，对制备的PLGA-纳曲酮载药微球的药物释放特性进行了系统评估。试验在模拟体内环境的条件下开展，并与原研制剂Vivitrol®中纳曲酮的释放行为进行了对比分析（图5）。实验结果表明，两种制剂均在7天内实现了100%的药物释放，证实了所制备载药微球具有良好的释放特性。此外，基于微流控技术制备的载药微球还展现出更精确的药物控释性能，其粒径分布均匀性显著优于传统制备方法。这一发现不仅为新型药物递送系统的开发提供了重要的实验依据，也为后续的制剂优化和临床应用奠定了理论基础。

北京大学南昌创新研究院是在江西省人民政府指导下，由南昌市人民政府和北京大学联合建设的具有独立法人资格的南昌市属事业单位。研究院立足江西省政策优势、产业优势，聚焦国家重大科研战略需求以形成高水平科研成果的孵化和转化为目标，围绕航空技术、新材料、先进制造等领域核心技术开展创新和应用研究。研究院依托北京大学人才优势、科技优势，汇聚了一批以院士、海内外资深教授为核心的高水平科研队伍，最终将建成具有国内外影响力的前沿技术创新平台、创新人才聚集平台、成果转化与企业孵化平台、人才培养与实践平台。