Für Veröffentlichung über ein neuartiges System zur Echtzeitanalyse von Nanopartikeln während ihrer Synthese erhielt das Autorenteam den GMM-Literaturpreis 2025. Übergeben wurde der Preis dem Erstautor Ebrahim Taiedinejad der Arbeit mit dem Titel „Diffusive micromixing combined with dynamic in situ laser scattering allows shedding light on lipid nanoparticle precipitation“ im Rahmen des MikroSystemTechnik Kongresses 2025.

Die Arbeit beschreibt ein neuartiges 3D-Mikrofluidiksystem, dass die kontinuierliche und hocheffiziente Herstellung von Lipidnanopartikeln (LNPs) hinsichtlich Partikelgröße und Polydispersität ermöglicht und erstmals eine in-situ-Echtzeitanalyse ihrer Größe und Größenverteilung direkt im Mikrokanal erlaubt. Der direkte Einblick in den Syntheseprozess war bislang eine der größten Herausforderungen

Die GMM vergibt ihren Literaturpreis jährlich für eine exzellente Veröffentlichung auf den Gebieten der Mikroelektronik, Mikrosystem- und Feinwerktechnik.

Wir gratulieren dem Autorenteam an dieser Stelle noch einmal ganz herzlich.

Pharmazeutische Formulierungen basieren zunehmend auf Arzneimittel-Nanopartikeln oder Träger-Nanopartikeln, die Arzneimittel oder mRNA-Moleküle einkapseln. Die Größe und Monodispersität der Nanopartikel sind essentiell für die Bioverfügbarkeit, Pharmakokinetik und Pharmakologie. Mikrofluidische Mischer versprechen einzigartige Bedingungen für ihre kontinuierliche Herstellung. Eine neuartige mikrofluidische Antisolvent-Fällungsvorrichtung wurde durch Zwei-Photonen-Polymerisation mit einem Mischkanal realisiert, in dem die organische Phase eine Schicht mit einer homogenen Dicke von bis zu 7 μm bildet, die vollständig von der wässrigen Phase umhüllt ist. Die homogene Diffusion durch die Schicht beschleunigt die Vermischung.

Ein optischer Zugang wurde implementiert, um eine dynamische Lichtstreuung in situ zu ermöglichen. Durch die Zentrierung der dünnen Schicht im Querschnitt des Mikrokanals werden zwei wichtige Anforderungen erfüllt. Einerseits erreicht die organische Phase niemals die Kanalwände, wodurch Verschmutzungen und instabile Strömungsverhältnisse vermieden werden. Andererseits werden in der Schicht, die am Maximum des parabolischen Strömungsprofils positioniert ist, die Geschwindigkeiten der Nanopartikel homogenisiert, was eine strömungskompensierte dynamische Lichtstreuung (flowDLS) ermöglicht.

Diese einzigartigen Eigenschaften ermöglichten erstmals eine In-situ-Bestimmung der Partikelgröße. Die Überwachung der Lipid-Nanopartikel-Ausfällung wurde für verschiedene Geschwindigkeiten des Lösungsmittel- und Antilösungsmittelstroms demonstriert. Diese bahnbrechende Innovation ermöglicht nicht nur eine Rückkopplungssteuerung der Nanopartikelproduktion, sondern liefert auch neue Erkenntnisse über die Dynamik der Nanopartikelausfällung.

In Zukunft könnte die Technologie dazu verwendet werden, Nanopartikel innerhalb von nur wenigen Millisekunden nach ihrer Keimbildung zu überwachen. Die Position des Messvolumens oder die Durchflussrate könnte kommissarisch als Vertreter der Zeitachse für ihren Entstehungsprozess dienen. Zusammen mit anderen Werkzeugen wie Simulationen der Molekulardynamik könnten auf diese Weise völlig neue Erkenntnisse über Partikelbildungsprozesse gewonnen werden. Für Pharmaunternehmen eröffnet dies einen Weg zu schnellen Prozessentwicklungen mit minimalen Probenvolumina, was für Prozesse wie die Formulierung von Lipid-Nanopartikeln mit teuren Chemikalien dringend erforderlich ist.

Quelle: https://www.nature.com/articles/s41598-024-73721-0