CN107921381A - 一次性微流控盒 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及配置用于系统中的一次性微流控盒，其用于纳米颗粒的小规模制备，所述纳米颗粒用于科学研究或治疗应用中。该系统能够用来产生各式各样的纳米颗粒，包括但不限于携带各种负荷的脂质和聚合物纳米颗粒。该系统提供简单工作流程，其在某些实施方式中能够用来生产无菌产品。

Description

一次性微流控盒
与相关申请的交叉引用
本申请要求2015年4月28日提交的U.S.专利申请No.62/154043和2016年1月6日提交的U.S.专利申请No.62/275630的益处，通过援引将其全部并入此处。
背景技术
微流控混合器在研究实验室中用作混合小体积流体的装置，以便保存贵重材料和/或制备少(例如单个批次)量产品。合成脂质纳米颗粒是微流控混合器的许多用途中的一种。
随着微流控在研究、开发和生产中的角色不断拓展，使用者将希望微流控混合器具有更低的成本、更容易的制备和简化的操作，同时具有最大化的效能。
发明概要
提供该概要以引入一系列简化形式的概念，其在下文详述中有进一步描述。该概要并不期望鉴定所要求保护主题的关键特征，也不期望用作确定所要求保护主题的范围的辅助手段。
在一个方面，提供微流控盒，其是一次性的并且配置为混合第一溶液与第二溶液以产生混合溶液。在一种实施方式中，微流控盒包括：
(A)载体，其包括第一入口连接器、第二入口连接器和出口开孔；
(B)整体并入载体的第一微流控结构，所述微流控结构包括：
(I)第一入口微通道，其配置为接受来自第一入口连接器的流体；
(II)第二入口微通道，其配置为接受来自第二入口连接器的流体；
(III)第一混合器，其配置为：
接受来自第一入口微通道的第一溶液和来自第二入口微通道的第二溶液；
混合第一溶液和第二溶液以提供混合溶液，和
将混合溶液引入出口微通道；和
(IV)出口微通道，其与出口开孔流体连通。
在又一方面，提供填充了无菌内容物的无菌包装。在一种实施方式中，无菌包装包括根据本文公开的任意实施方式中的微流控盒，其呈无菌状态并且密封在无菌包装内。
在又一方面，提供形成纳米颗粒的方法。在一种实施方式中，方法包括使第一溶液和第二溶液流动通过根据所公开实施方式中任一种的微流控盒和在第一混合器中形成纳米颗粒溶液。
附图描述
本发明的前述方面和许多随之而来的优势将变得更容易被认识到：通过参照下文的详述、与附图结合其被更佳地理解，其中：
图1A-1C说明根据本文公开的实施方式的微流控盒；
图2和3是图1A和1B的微流控盒的部件分解图；
图4A是交错的人字形混合器的示意图，其是在根据本文公开的某些实施方式的微流控盒中并入的类型；
图4B是根据公开的实施方式的环形对Dean涡旋器叉状混合器(DVBM)的示意图。
图4C是根据公开的实施方式的示范性环形DVBM混合器的照片，其混合两种溶液。
图5A说明根据本文公开的实施方式微流控盒，其借助支架连接至溶液储库(注射器)；和
图5B-5H是照片，其描述根据本文公开的实施方式的示范性微流控盒。
发明详述
本公开涉及一次性微流控盒，其配置用于小规模制备纳米颗粒的系统中，所述粒子用于科学研究或治疗应用。该系统能够用来产生各式各样的纳米颗粒，包括但不限于脂质和聚合物纳米颗粒，其携带各种负荷。该系统提供简单工作流程，其在某些实施方式中能够用来生产无菌产品。
微流控盒提供方便的、一次性平台，用于在微流控混合器内组合两个或更多个微流体物流。目前制备的微流控混合器系统包括持久的(非一次性，可重复使用的)金属室，向其中置入微流控"芯片"(例如用于NanoAssemblr，由Precision Nanosystems Inc.ofVancouver，BC制造)。金属室包括连接溶液来源(例如泵或注射器)的入口。对于各种应用，微流控层必须仔细地置于金属室内并密封入口和出口以便产生通过微流控和金属室的液密路径。其它微流控产品包括非一次性、非金属混合器，比如Dolomite(Royston，UK)销售的那些。所公开的微流控盒提供相对这些两部分式系统的益处，后者需要吃力的设置时间—其形式是将微流控层配入金属支架。所公开的实施方式也允许对无菌微流控混合的简化实现，其原因是提供具有无菌流体路径的预灭菌微流控盒的能力。
另外，所描述的系统通过将配件和微流控整合为一个盒来最小化使用者的组装。这种整合允许更可靠的操作(消除使用者组装步骤)，更高的操作压力并最小化内部体积。盒的一次性特性降低交叉污染的风险和通过消除对洗涤的需要减少实验时间。
尤其是，本公开提供制备纳米颗粒的设备，其使得简单、快速和可重现的实验室规模的纳米颗粒制备(0.5-20mL)成为可能，其用于使用一次性盒的应用比如基础研究、颗粒表征、物质筛选以及体外和体内研究。本公开使用微流控，其具有的优势是在制备期间精确控制环境因素，和微流控具有的进一步优势是允许经由平行化来无缝放大。所公开的实施方式配置为通过微流控混合器混合第一溶液和第二溶液。用于该混合过程的许多方法是已知的。相容的微流控混合方法和装置公开于：
(1)U.S.专利申请No.13/464690，其是11/4/2010提交的PCT/CA2010/001766的继续申请，其要求11/4/2009提交的USSN 61/280510的益处；
(2)U.S.专利申请No.14/353,460，其是10/25/2012提交的PCT/CA2012/000991的继续申请，其要求10/25/2011提交的USSN 61/551366的益处；
(3)3/14/2014提交的PCT/US2014/029116(在10/23/2014公开为WO2014172045)，其要求03/15/2013提交的USSN 61/798495的益处；
(4)7/25/2014提交的PCT/US2014/041865(在1/29/2015公开为WO2015013596)，其要求07/26/2013提交的USSN 61/858973的益处；和
(5)PCT/US2014/060961，其要求10/16/2013提交的USSN 61/891,758的益处；和
(6)2015年2月24日提交的U.S.临时专利申请No.62/120179，通过援引将其全部并入本文。
微流控盒
在一个方面，提供微流控盒，其是一次性的和配置为混合第一溶液和第二溶液以产生混合溶液。在一种实施方式中，微流控盒包括：
(A)载体，包括第一入口连接器、第二入口连接器和出口开孔；
(B)整体并入载体的第一微流控结构，所述微流控结构包括：
(I)第一入口微通道，其配置为接受来自第一入口连接器的流体；
(II)第二入口微通道，其配置为接受来自第二入口连接器的流体；
(III)第一混合器，其配置为：
接受来自第一入口微通道的第一溶液和来自第二入口微通道的第二溶液；
混合第一溶液和第二溶液以提供混合溶液，和
将混合溶液引入出口微通道；和
(IV)出口微通道，其与出口开孔流体连通。
现参照附图来描述微流控盒的实施方式，其中相同的编号指出相同的部分。参照图1A，微流控盒100包括载体105，其包括第一入口连接器110、第二入口连接器115和出口开孔120。入口连接器110和115配置为与溶液来源形成液密连接，所述溶液在盒100中混合。
溶液来源(也称为"储库")包括注射器和泵。通过适当构造入口连接器110和115以匹配连接至溶液来源的相对连接器，微流控盒能够与任意溶液来源相容。
所举例说明的入口连接器110和115呈渐狭的连接器形式，但应认识到能够使用任何流体连接器类型，包括Luer-Lok连接器，如图1C所举例说明。在一种实施方式中，入口连接器110和115是Luer接头，其设计用来与ISO 594匹配。入口连接器110和115的尺度可以优化以减少内部体积。在一种实施方式中，入口连接器110和115为入口流体提供从流体容器至微流控结构125的消毒或无菌流体路径。
出口开孔120配置为允许流体从微流控盒100流入出口容器。在微流控盒的一种实施方式中，出口开孔120是喷嘴，其将流体导向下方容器。在一种实施方式中，出口开孔120接头提供达到出口容器的气密密封。上述适合接头的实例是与ISO 594匹配的Luer接头。在一种实施方式中，出口开孔120为出口流提供从微流控盒至出口容器的消毒或无菌流体路径。
虽然图中举例说明渐狭式连接器，应认识到能够使用任何连接类型，只要流体能够通过连接器并进入(或离开)微流控结构125。相应地，在又一实施方式中，入口连接器是垫圈(例如O-环)，其配置以与连至离开盒100的流体来源的连接器(例如泵压头)形成压力密封。在又一实施方式中，垫圈安装在微流控盒100表面中形成的座槽中。在某些实施方式中，出口连接器是垫圈，类似于预先描述入口连接器。
参照图1B，微流控结构125配备在载体105内。在举例说明的实施方式中，微流控结构125呈不同于载体105的芯片形式。微流控结构125包括第一入口微通道130，其配置为接受来自第一入口连接器110的流体(例如第一溶液)；和第二入口微通道135，其配置为接受来自第二入口连接器115的流体(例如第二溶液)。第一混合器140配置为接受流，所述流通过第一运输微通道131来自第一入口微通道130并且通过第二运输微通道136来自第二入口微通道135。第一混合器配置为混合两种流体以形成混合溶液并经由第三运输微通道146和出口微通道145将混合溶液递送至出口开孔120。
第一混合器140是"微流控元件"，其在本文定义为微流控组成部分，其配置为实施超越简单流动溶液的功能，比如混合、加热、过滤、反应等。在本文公开的数种示范性实施方式中，所描述的微流控元件是微流控混合器，其配置为在混合器中混合第一溶液和第二溶液以提供混合溶液。然而，其它微流控装置也与所公开的实施方式匹配。
虽然仅举例说明了单个微流控元件(混合器140)，应认识到多个微流控元件能够并入微流控盒100。在某些实施方式中，这包括第二混合器。还可以加入其它入口连接以便支持额外微流控元件的功能。在一种实施方式中，多个混合器(微流控元件)包括在微流控结构中。
例如，在又一实施方式中(并未举例说明)，包括第三入口连接并且包括第二混合器以实施第一混合器140所产生的混合溶液的稀释，其通过混合经由第三入口连接器提供的稀释溶液来进行。
微流控结构125整体并入载体的105。如本文所用，术语"整体并入"是指微流控结构不能容易地从载体移除。例如，微流控结构整体并入载体的条件是载体是用工具(例如用来松开固定螺钉的螺丝刀)才可以打开的—目的是暴露微流控结构。额外地，微流控结构整体并入载体的条件是载体密封关闭，从而微流控结构能仅通过破开载体除去。作为最后的实例，微流控结构整体并入载体的条件是微流控结构是物理附着的或者是载体的一部分(例如微流控盒是整体构造或已用粘合剂、溶剂焊接或其它技术持久附着)。上述整体构造并不视为并入微流控芯片，原因是微流控结构是载体元件的一部分，其提供除微流控流动之外的功能(例如结构支持)。
在又一实施方式中，整体并入意味着微流控盒不能拆分开来并且再组装在一起。例如，微流控结构不能从载体除去然后替换和密封。
微流控盒100是一次性的。如本文所用术语"一次性"是指组成部分，其相对微流控盒所产生的产品(例如纳米药物)是相对低成本的。另外，一次性微流控盒具有限制的使用寿命，比如仅适于单次使用，如下文描述。一次性材料宽泛地包括塑料，磁体(例如无机材料)和金属。
在一种实施方式中，微流控盒配置用于单次使用。在这方面，微流控盒的构造带来低制备成本和因此允许使用者在使用之后将盒处理掉。在某些实施方式中，盒特性在单次使用之后改变，因此不利于或消除进一步使用盒的可能性。例如，对无菌盒(描述如下)来说，在单次使用之后，该盒不再无菌和因此不可能再用作无菌盒。另外，单次使用的盒消除各混合之间交叉污染风险。在这方面，单次使用的微流控盒含有完全未使用的(未接触流体)从入口连接器至出口的流体路径。现有的芯片/支架技术具有交叉污染风险，原因是各混合之间重复使用入口连接器和出口。如本文所用，术语"芯片"是指独立式的微流控层，其随后整合入含有入口/出口连接的支架中。所公开的微流控盒与这种芯片/支架系统的区别是整体并入微流控结构—其在某些实施方式中是芯片，但是在其它实施方式中不是芯片。
在一种实施方式中，载体包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括第一入口连接器、第二入口连接器和出口开孔，其中第一部分和第二部分结合在一起从而将微流控结构包围在所述第一部分与所述第二部分之间。在本文的某些实施方式中，载体的第一部分可以称为连接部分而第二部分可以称为顶板。某些实施方式可以需要使用额外的组成部分比如螺钉和板以完成在载体第一部分与第二部分之间的偶联。在一种实施方式中，参照图2，第二部分150的作用是向组装物施加夹紧力。在一种实施方式中，第二部分150含有层或结构以在微流控结构上均匀分布夹紧力。
现参照图2和3，以部件分解图举例说明微流控盒的代表性实施方式以便更容易地观察微流控盒是如何组装的。在举例说明的实施方式中载体105分裂为两部分，其中载体105是与第二部分150结合的第一部分，用于密封其间的微流控结构125。两个载体部分105和150通过多个紧固件155(举例说明为螺钉)整体联接。
相应地，在一种实施方式中，载体的第一部分和第二部分通过一个或多个紧固件一起固定。在一种实施方式中，一个或多个紧固件是可移除的。示范性的可移除紧固件是螺钉，螺母和螺栓，夹片，带箍和销钉。
在又一实施方式中，一个或多个紧固件是不可移除的。在所述实施方式中，紧固件可以是钉子或铆钉。在额外的实施方式中，所述紧固件可以并入作为载体的结构。在所述实施方式中，一个部分可以含有销钉或翼片，而第二部分具有接受上述紧固件的凹槽、切口或其它结构。
在又一实施方式中，第一部分和第二部分一起结合。在所述实施方式中，两个部分是一旦联接则不可分离的。在一种实施方式中，第一部分和第二部分用粘合剂一起结合。在一种实施方式中，第一部分和第二部分用焊接一起结合。代表性的适宜焊接方法包括激光焊接，超声焊接和溶剂焊接。
再次参照图2和3，微流控盒还包括垫圈160，其配置以在微流控结构125和第一入口连接器110、第二入口连接器115和出口开孔125之间形成分开的液密密封。如图3中举例说明，垫圈160嵌套在载体105第一部分中的凹槽161中。虽然举例说明的是O-环形式的垫圈，但在某些实施方式中用整合入载体105的凸缘或其它特征来形成所需的密封。
固定机构
在一种实施方式中，微流控盒还包括固定机构，其配置为将微流控盒固定至支架。在一种实施方式中，支架是设备，其配置为相对流体来源(例如注射器)安排微流控盒并且便于它们之间的连接。图5A、5C和5H中举例说明或图示示范性支架，其在下文中进一步详细讨论。
在图2和3中举例说明的实施方式中，固定机构包括多个磁体165，置于载体105内的凹槽中。磁体165吸引支架上的金属或相反磁体以便固定微流控盒100并加以利用。
在又一实施方式中，固定机构包括载体上的载体锁定结构，其配置为与微流控盒的相容支架上的支架锁定结构锁定。上述支架锁定结构可以包括载体中的凹槽，其匹配连接至支架的臂或其它突出部或通过连接至支架的臂或其它突出部固定。上述锁定结构的实例可以是具有匹配凹槽的板片弹簧。
盒材料和构造
载体和微流控结构形成自能够形成所需形状并且具有所需物理特征的材料。材料是一次性的和因此相对成本低。微流控结构的材料能够形成所需的微米尺度的微流控元件，并且然后抵御在微流控结构中混合期间施加的压力。载体的材料是足够刚性的，从而其将保护和支持载体内的微流控结构。
在一种实施方式中，微流控结构形成自不同于载体的材料。在又一实施方式中，微流控结构和载体形成自相同材料。在又一实施方式中，微流控结构和载体是整体形成的。
在一种实施方式中，载体不含金属。在又一实施方式中，载体可以含有一些金属，但是载体的至少90％重量是聚合物。在一种实施方式中，载体不含金属。在又一实施方式中，载体可以含有一些金属，但是载体的至少99％重量是聚合物。
在一种实施方式中，载体包括聚合物，其选自聚丙烯，聚碳酸酯，COC，COP，聚苯乙烯，尼龙，丙烯酸聚合物，HPDE，LPDE和其它聚烯烃。
在一种实施方式中，载体不包括外表面上的金属。所述实施方式预期的是载体内可能存在磁体或其它含金属元件，但并非在外表面上。
在又一实施方式中，第一入口连接器和第二入口连接器形成自聚合物。在某些实施方式中优选的是，入口连接器形成自相对软的聚合物材料，特别是在使用渐狭式连接器或Luer连接器的情况下如此。更软的聚合物将改善入口的次要制造误差和允许形成液密连接。更刚性的聚合物将不允许上述容错特征。在此方面，在一种实施方式中，第一入口连接器包含杨氏模量500MPa至3500MPa的聚合物。在一种实施方式中，第一入口连接器包含杨氏模量2000MPa至3000MPa的聚合物。
在一种实施方式中，第二入口连接器包含杨氏模量500MPa至3500MPa的聚合物。在一种实施方式中，第二入口连接器包含杨氏模量2000MPa至3000MPa的聚合物。
在一种实施方式中，载体形成自杨氏模量500MPa至3500MPa的聚合物。在一种实施方式中，载体包括杨氏模量2000MPa至3000MPa的聚合物。
在一种实施方式中，载体包括选自铝和钢的金属。如上文所述，在某些实施方式中，少量金属能够掺入载体中。在上述情况下，微流控盒仍是一次性的。
在一种实施方式中，微流控结构不可从载体分离。在所述实施方式中，微流控结构连接(例如焊接或附着)至载体的至少一部分。在一种实施方式中，微流控盒是整体构造的，其中载体和微流控结构形成自相同材料。在又一实施方式中，微流控盒由至少两个部分(例如连接部分和顶板)构成，其中微流控结构并入两个部分之一。也即，微流控结构连接(例如结合或焊接)至微流控盒的一部分，其发挥超越提供微流控元件的额外功能。在一种实施方式中，微流控结构连接至顶板。在又一实施方式中，微流控结构和顶板是整体式的和形成自相同材料。在又一实施方式中，微流控结构是与两个部分之一的整体构造。
在一种实施方式中，载体包围微流控结构。如本文所用，术语"包围"是指载体围绕微流控结构表面积中的大部分。最重要的是，载体促进与微流控结构的液密密封并且提供允许操作微流控盒的刚性室。在又一实施方式中，载体完全包围微流控结构，意味着没有微流控结构表面积暴露在载体外侧。所述实施方式举例说明在图1A-3中。
在一种实施方式中，所述第一部分和所述第二部分一起结合从而包围微流控结构。所述实施方式举例说明在图2和3中。
在一种实施方式中，第一部分的至少90％重量是聚合物。在该实施方式中，第一部分包括入口连接器和出口开孔。
在一种实施方式中，第一部分或第二部分包括微流控结构。在所述实施方式中，微流控结构连接至载体的第一部分或第二部分，或者与载体的第一部分或第二部分呈整体。
流体来源
选择流体或溶液储库比如使得直接连接至微流控盒成为可能。在一种实施方式中，流体储库是一次性注射器。在又一实施方式中，流体储库是预填充的注射器。流体和储库均可以是无菌的，以便产生无菌纳米颗粒。系统含有这样的装置，通过其导致流体从储库流动并且以指定的流速通过盒。在系统的一种实施方式中，通过向储库加压使流体流动，导致第一和第二物流进入盒中(通过入口进入微流控结构及其通道)。加压装置的实例包括但不限于线性启动器和惰性气体。在一种实施方式中，各储库独立地加压。在一种实施方式中，两个或更多个储库通过相同来源加压，而有差别的流速通过改变流体通道的尺度来实现。有差别的流动比率可以通过施加至入口物流的跨流体通道有差别的压力降、有差别的通道阻抗或其组合而成为可能。通过改变通道高度、宽度、长度或表面特性的有差别的通道阻抗可以用来实现不同的流速。液流在一个或多个第一物流和一个或多个第二物流中的流体表面张力、粘度和其它表面特性可以使用或考虑以实现不同的流速。容器加压可以用计算机或微控制器控制。
在某些实施方式中，系统还包括用于完全或部分系统吹扫的装置，以最小化废体积。在制备颗粒之后或期间，吹扫可以通过使得气体或液体流动通过接头和微流控结构而实现。可以使用气体比如空气、氮、氩或其它。可以使用液体包括水、含水缓冲剂、乙醇、油或任何其它液体。
微流控混合器
在一种实施方式中，第一混合器包括混合区域，其包括微流控混合器，所述混合器配置为混合第一溶液和第二溶液以提供混合溶液。所述微流控混合器是本领域技术人员一般已知的并且公开于专利文献的示范性混合器通过援引并入本文。
在一种实施方式中，第一混合器是不规则平流混合器。
在一种实施方式中，混合区域包含人字形混合器。
在一种实施方式中，混合区域具有约20微米至约300微米的流体动力学直径。
在一种实施方式中，第一混合器的尺度和配置使得其在小于1000的雷诺数混合第一溶液和第二溶液。
在一种实施方式中，微流控结构还包括串联的多个混合器。
在某些方面，一次性盒含有微流控组成部分，其是快速和可控地混合两个或更多个物流的微流控混合器。该混合过程的许多方法是已知的。在一种实施方式中，混合是不规则平流。公开于专利申请的适宜的微流控混合方法和装置通过援引并入本文。另外，本文进一步详细公开代表性的微流控装置。在某些实施方式中，提供装置以制备本文公开类型的纳米颗粒。微流控装置被并入一次性盒和本文公开的方法。
在一种实施方式中，参照图4，微流控结构包括：
(a)第一入口302，用于接受包含第一溶剂的第一溶液；
(b)第一入口微通道304，与第一入口流体连通，提供包含第一溶剂的第一物流；
(c)第二入口306，用于接受第二溶液，其包含第二溶剂中的脂质颗粒-形成材料；
(d)第二入口微通道308，与第二入口流体连通，提供第二物流，其包含第二溶剂中的脂质颗粒-形成材料；和
(e)第三微通道310，用于接受第一和第二物流，其中第三微通道具有适于流动第一和第二物流的第一区域312和适于混合第一和第二物流的内容物以提供包含混合溶液的第三物流的第二区域314。在微流控盒的一种应用中，混合溶液包含限制尺寸的脂质纳米颗粒。如此形成的脂质纳米颗粒从第二(混合)区域通过微通道316被引导至出口318。
在一种实施方式中，微通道的第二区域包括浅浮槽结构。在某些实施方式中，微通道的第二区域具有主要流动方向和具有至少一个其中限定的沟槽或突起的一个或多个表面，所述沟槽或突起具有的取向与主要流动方向构成角度。在其它实施方式中，第二区域包括微混合器。
在装置和系统中，改变第一和第二物流流速的装置用来快速混合物流由此提供纳米颗粒。
在某些实施方式中，公开装置提供在小于10ms内发生的完全混合。
在某些实施方式中，装置的一个或多个区域被加热。
在一种实施方式中，第一混合器包括混合区域，其包括微流控混合器，所述混合器配置为混合第一溶液和第二溶液以提供纳米颗粒溶液，其形成自第一溶液和第二溶液的混合。
在一种实施方式中，第一混合器是不规则平流混合器。
在一种实施方式中，混合区域包括人字形混合器。
虽然某些图(例如图4A)中举例说明交错的人字形混合器(SHM)，应认识到其它混合构型也是预期的。在一种实施方式中，混合器是Dean涡流搅拌混合器。在又一实施方式中，混合器是Dean涡旋器叉状混合器(DVBM)，其在下文中更详细地讨论。在一种实施方式中，微流控结构包括两种不同类型的不规则平流混合器。在又一实施方式中，所述两种不同类型的不规则平流混合器是SHM和Dean涡流搅拌。在一种实施方式中，微流控结构包括两种不同类型的不规则平流混合器，其中两种不规则平流混合器中至少一种选自SHM和Dean涡流搅拌。
在一种实施方式中，混合区域具有约20微米至约300微米的流体动力学直径。在一种实施方式中，混合区域具有约113微米至约181微米的流体动力学直径。在一种实施方式中，混合区域具有约150微米至约300微米的流体动力学直径。如本文所用，流体动力学直径用通道宽度和高度尺度定义为(2*宽度*高度)/(宽度+高度)。
混合区域还能够用标准宽度和高度测量来定义。在一种实施方式中，混合区域具有约100至约500微米的宽度和约50至约200微米的高度。在一种实施方式中，混合区域具有约200至约400微米的宽度和约100至约150微米的高度。
为了保持层流和保持微流控装置中的溶液行为可预测且方法可重复，系统经设计用来支持在低雷诺数下的流动。在一种实施方式中，第一混合器的尺度和配置使其在小于2000的雷诺数混合第一溶液和第二溶液。在一种实施方式中，第一混合器的尺度和配置使得其在小于1000的雷诺数混合第一溶液和第二溶液。在一种实施方式中，第一混合器的尺度和配置使得其在小于900的雷诺数混合第一溶液和第二溶液。在一种实施方式中，第一混合器的尺度和配置使得其在小于500的雷诺数混合第一溶液和第二溶液。
在一种实施方式中，微流控混合器装置含有一个微混合器。在一种实施方式中，单个混合器微流控装置具有两个区域：第一区域用于接受和流动至少两个物流(例如一个或多个第一物流和一个或多个第二物流)。第一和第二物流的内容物在第二区域的微通道中混合，其中第一和第二区域的微通道具有约20至约500微米的流体动力学直径。在又一实施方式中，微通道的第二区域具有主要流动方向和具有至少一个其中定义的沟槽或突起的一个或多个表面，所述沟槽或突起的取向与主要流动方向形成角度(例如交错人字形混合器)，如US 2004/0262223的描述，通过援引将其全部并入本文。在一种实施方式中，微通道的第二区域包括浅浮槽结构。在某些实施方式中，第二区域各具有1至约50mL/min的流体流速。在优选的实施方式中，微流控装置的混合通道300微米宽和130微米高。在其它实施方式中，第一和第二物流用其它微混合器混合。适宜的微混合器包括微滴混合器，T-混合器，之字混合器，多层混合器，或其它主动混合器。
本文公开的系统和方法的一种功能是在溶液中形成纳米颗粒("产品")。发明人的先前公开涉及产生与本系统相容的纳米颗粒，比如通过援引并入本文的专利申请。已知和未来开发的纳米颗粒方法能够在所公开的系统上进行，其程度是所述方法需要第一溶液与第二溶液的受控组合来形成纳米颗粒产品，如本文所公开。
第一溶液，本文也提为"含水试剂"，在第一溶液储库中提供。在一种实施方式中，第一溶液包含第一溶剂。在一种实施方式中，第一溶液包含活性药物成分。在一种实施方式中，第一溶液包含第一溶剂中的核酸。在又一实施方式中，第一溶液包含缓冲剂。在一种实施方式中，第一溶液基本上由缓冲剂组成。
第二溶液，本文也提及为"溶剂"，在第二溶液储库中提供。在一种实施方式中，第二溶液包含第二溶剂。在一种实施方式中，第二溶液包含第二溶剂中的脂质颗粒-形成材料。在一种实施方式中，第二溶剂是水可混合的溶剂(例如乙醇或乙腈)。在某些实施方式中，第二溶液是包含聚合物纳米颗粒形成试剂的含水缓冲剂。
在一种实施方式中，第一溶液包含第一溶剂中的核酸而第二溶液包含第二溶剂中的脂质颗粒-形成材料。
Dean涡旋器叉状混合器("DVBM")
如上文所述，DVBM可用作所公开的微流控盒中的混合器。本文公开类型的DVBM充当有效的混合器并且其注塑工具能够通过半径R(例如300μm)的端铣刀来生产。所提供的DVBM混合器包括多个环形的混合元件(本文也提及为"环形混合器")。如本文所用，"环形(体)"是指一般圆形的结构，具有两条"腿"通道，其定义在环形混合器入口与出口之间的环形体外周。环形混合器在某些实施方式中是圆形。在其它实施方式中，环形混合器并非完美圆形并且可以具有卵形或不规则的形状。
图4B说明根据公开的实施方式的一对环形DVBM混合器。图4C是根据公开的实施方式的示范性环形DVBM混合器的照片。
在一种实施方式中，DVBM混合器配置为混合至少第一液体和第二液体，所述混合器包括入口通道，其通至串联安排的多个环形混合元件，其中所述多个环形混合元件包括入口通道下游的第一环形混合元件，和经由第一颈区域与第一环形混合元件流体连通的第二环形混合元件，并且其中第一环形混合元件限定在入口通道与第一颈区域之间的第一颈角。
在一种实施方式中，第一颈角是0至180度。
在一种实施方式中，第一颈区域具有0.2mm或更长的长度。
在一种实施方式中，多个混合元件包括流体动力学直径约20微米至约2mm的通道。
在一种实施方式中，混合器的尺度和配置使得其在小于1000的雷诺数混合第一液体和第二液体。
在一种实施方式中，混合器包括并联的两个或更多个混合器，各混合器具有多个环形混合元件。
在一种实施方式中，第一环形混合元件和第二环形混合元件限定混合对，和其中混合器包括多个混合对，和其中各混合对以颈角由颈区域联接。
在一种实施方式中，第一环形混合元件具有第一长度的第一腿和第二长度的第二腿；和其中第二环形混合元件具有第三长度的第一腿和第四长度的第二腿。
在一种实施方式中，第一长度大于第二长度。
在一种实施方式中，第三长度大于第四长度。
在一种实施方式中，第一长度与第二长度的比率约等于第三长度与第四长度的比率。
在一种实施方式中，第一环形混合元件具有第一阻抗的第一腿和第二阻抗的第二腿；和其中第二环形混合元件具有第三阻抗的第一腿和第四阻抗的第二腿。
在一种实施方式中，第一阻抗大于第二阻抗。
在一种实施方式中，第三阻抗大于第四阻抗。
在一种实施方式中，第一阻抗与第二阻抗的比率约等于第三阻抗与第四阻抗的比率。
在一种实施方式中，混合器包括串联的2至20个环形混合元件。
在一种实施方式中，混合器包括串联的1至10对环形混合元件。
在一种实施方式中，环形混合元件具有约0.1mm至约2mm的内径。
也提供用本文公开的微流控盒混合第一液体和第二液体的方法，方法包括使第一液体和第二液体流动通过根据公开的实施方式的DVBM混合器。
无菌
无菌盒是某些施用所必需的并且为使用者提供直接配制无菌纳米颗粒而不需要进一步过滤或处理的方便工作流程。上述工作流程最小化与进一步灭菌步骤有关的物质损失。在一种实施方式中，盒的单独组成部分在组装之前灭菌。代表性灭菌方法包括蒸汽高压釜，干燥加热，化学灭菌(也即氢氧化钠或环氧乙烷)，γ辐射，气体及其组合。在特定的实施方式中，微流控结构、入口接头、出口接头和任何其它流体接触组成部分形成自与γ辐射相容的材料并且通过所述手段灭菌。与γ辐射相容的材料能够被辐射的那些。例如，聚碳酸酯，环状烯烃聚合物，环状烯烃共聚物，聚丙烯，以及高密度聚乙烯和低密度聚乙烯。不能被辐射的材料包括聚酰胺，聚四氟乙烯和任何金属。在又一实施方式中，盒在组装之后灭菌。
在一种实施方式中，盒是可灭菌的。如本文所用，术语"可灭菌"是指盒形成自与已知灭菌方法相容的材料，如前文所述。在一种实施方式中，盒特别地可通过γ辐射灭菌。在又一实施方式中，盒形成自聚合物，其选自聚丙烯，聚碳酸酯，环状烯烃聚合物，环状烯烃共聚物，高密度聚乙烯，低密度聚乙烯，及其组合。在又一实施方式中，盒不包括聚酰胺，聚四氟乙烯，或任何金属。
在一种实施方式中，微流控盒是无菌的。
在一种实施方式中，微流控盒包括无菌流体路径，其从第一入口连接器和第二入口连接器开始、经过微流控结构、和到达出口开孔。上述无菌流体路径允许在无菌环境中混合。因为入口连接器和出口开孔也是无菌的，能够容易地使得无菌连接成为可能。
在又一方面，提供填充了无菌内容物的无菌包装。在一种实施方式中，无菌包装包括根据本文公开的实施方式中任一的微流控盒，其呈无菌状态并且密封在无菌包装内。无菌包装通过含有无菌内容物的外壳限定。外壳在一种实施方式中是袋。通过提供微流控盒，其呈无菌状态并且密封在无菌包装内，最终用户能够容易地用盒施行无菌微流控混合：在无菌环境中打开无菌包装并将其用于混合而不进行任何准备。对于任何无菌的入口连接器或流体路径都并不需要灭菌。
在一种实施方式中，无菌包装还包括第一无菌注射器，其配置为与微流控盒的第一入口连接器偶联。在所述实施方式中，无菌包装是试剂盒，其包括微流控盒和配置与微流控盒使用的无菌注射器。在一种实施方式中，无菌包装还包括第一无菌注射器内的第一溶液。
在一种实施方式中，第一溶液包含第一溶剂中的核酸。在又一实施方式中，第一溶液是配置用于形成脂质纳米颗粒的类型。
在一种实施方式中，无菌包装还包括第二无菌注射器，其配置为与微流控盒的第二入口连接器偶联。
在一种实施方式中，无菌包装还包括第二无菌注射器内的第二溶液。
在一种实施方式中，第二溶液包含第二溶剂中的脂质颗粒-形成材料。上述第二溶液能够与包含第一溶剂中的核酸的第一溶液组合，以经由微流控盒形成脂质纳米颗粒溶液。
在一种实施方式中，无菌包装还包括无菌容器，其配置为经由出口开孔连接器与微流控盒的出口开孔偶联。
在一种实施方式中，无菌内容物是一次性的。
使用微流控盒的方法
在又一方面，提供形成纳米颗粒的方法。在一种实施方式中，方法包括使第一溶液和第二溶液流动通过根据任何公开的实施方式的微流控盒并且在第一混合器中形成纳米颗粒溶液。
用微流控混合器形成纳米颗粒的方法一般是本领域已知的并且这些方法可用于公开的微流控盒，其本质上提供进行已知方法的改善和简化的方式。公开于专利文献的示范性方法通过援引并入本文。下述实例描述用示范性微流控盒产生siRNA脂质纳米颗粒的特定方法。
在一种实施方式中，第一溶液包含第一溶剂中的核酸。
在一种实施方式中，第二溶液包含第二溶剂中的脂质颗粒-形成材料。
在一种实施方式中，微流控盒包括多个混合器和方法还包括使第一溶液和第二溶液流动通过多个混合器以形成纳米颗粒溶液，其中所述多个混合器包括第一混合器。所述实施方式预期引入第三溶液来稀释混合的溶液(例如稳定化第一混合器中形成的脂质纳米颗粒溶液)。第三或随后的混合器的又一代表性用途是将额外组分加入混合溶液，比如已在第一混合器中形成的脂质纳米颗粒的靶向配体。
公开的方法能够通过支持和/或操纵微流控盒的设备得到促进。在此方面，图5A说明微流控系统500的实施方式，其包括盒支架505，其配置为分别促进微流控盒100、特别是入口连接器110和115、和注射器510和515之间的连接，以便混合其中含有的溶液和将混合溶液递送至微流控盒100的出口开孔120。在说明的实施方式中，提供夹具520以支持收集小瓶(未举例说明)从而收集在出口开孔120产生的混合溶液。
支架505包括固定盒100的机构(未举例说明)。所述固定机构公开于本文其它部分和包括盒100内的磁体(参见图2和3部分165)，其配置为产生与支架505部分的磁力吸引，其足以固定盒100。
图5C和5H是描述微流控系统的图片，其包括促进在微流控盒与两个注射器之间的连接的支架。图示支架也包括平台，其配置为操作注射器和促进混合。
使用微流控盒的方法也包括在无菌环境中进行的方法，正如形成某些纳米颗粒(例如纳米药物)时所希望的。相应地，在一种实施方式中，微流控盒具有无菌流体路径。上文对微流控盒描述了所述实施方式和优势。
在一种实施方式中，方法还包括在使第一溶液和第二溶液流动通过微流控盒的步骤之前使流体路径灭菌的步骤。
在一种实施方式中，使流体路径灭菌的步骤包括用辐射使微流控盒灭菌。
在一种实施方式中，使流体路径灭菌的步骤包括在组装微流控盒之前使微流控盒各部分灭菌。
在一种实施方式中，无菌流体路径包括流体路径，其从第一入口连接器和第二入口连接器开始、经过微流控结构、和到达出口开孔。
在一种实施方式中，无菌流体路径还包括含有第一溶液的第一注射器，其与第一入口偶联。
在一种实施方式中，无菌流体路径还包括含有第二溶液的第二注射器，其与第二入口偶联。
在一种实施方式中，无菌流体路径还包含经由出口开孔连接器与微流控盒的出口开孔偶联的无菌容器，和其中方法还包括经由出口微通道和出口开孔将纳米颗粒溶液从混合器递送至无菌容器的步骤。
在一种实施方式中，方法不包括将微流控结构整体并入载体的步骤。微流控盒的优势之一是不需要将微流控芯片组装至载体中。因此，在根据该实施方式进行方法的情况下并不进行微流控盒的组装。
在一种实施方式中，方法还包括在使第一溶液和第二溶液流动通过微流控盒的步骤之前从微流控盒除去无菌包装的步骤。有关使用微流控盒的无菌方法，以及在无菌包装中提供微流控盒的情况下，方法包括在用来将溶液混合之前从无菌包装除去微流控盒的步骤。
定义
微流控
如本文所用，术语"微流控"是指用于操纵(例如流动、混合等)流体样品的系统或装置，其包括至少一个通道微米规模尺度的(即尺度小于1mm)。
治疗物质
如本文所用，术语"治疗物质"定义为物质，其期望提供药理学活性或在疾病的诊断、治愈、缓和、理解(understanding)、治疗或预防中具有直接效果，或在恢复、纠正或修饰生理学功能中具有直接效果。治疗物质包括但不限于小分子药物，核酸，蛋白质，肽，多糖，无机离子和放射性核素。
纳米颗粒
如本文所用，术语"纳米颗粒"定义为包含多于一种组分物质(例如脂质、聚合物等)的均质颗粒，其用来包封治疗物质和具有小于250纳米的最小尺度。纳米颗粒包括但不限于脂质纳米颗粒和聚合物纳米颗粒。
脂质纳米颗粒
在一种实施方式中，脂质纳米颗粒，包含：
(a)核心；和
(b)围绕核心的壳，其中所述壳包含磷脂。
在一种实施方式中，所述核心包含脂质(例如脂肪酸甘油三酯)并且是固体。在又一实施方式中，核心是液体(例如含水)而颗粒是囊泡比如脂质体。在一种实施方式中，围绕核心的壳是单层的。
如上文所述，在一种实施方式中，脂质核心包含脂肪酸甘油三酯。适宜的脂肪酸甘油三酯包括C8-C20脂肪酸甘油三酯。在一种实施方式中，脂肪酸甘油三酯是油酸甘油三酯。
脂质纳米颗粒包括包含磷脂的壳，所述壳围绕核心。适宜的磷脂包括二酰基磷脂酰胆碱，二酰基磷脂酰乙醇胺，神经酰胺，鞘磷脂，二氢鞘磷脂，脑磷脂，和脑苷脂。在一种实施方式中，磷脂是C8-C20脂肪酸二酰基磷脂酰胆碱。代表性的磷脂是1-棕榈酰基-2-油酰基磷脂酰胆碱(POPC)。
在某些实施方式中，磷脂与脂肪酸甘油三酯的比率是20:80(mol：mol)至60:40(mol：mol)。优选，甘油三酯存在的比率大于40％且小于80％。
在某些实施方式中，纳米颗粒还包含固醇。代表性的固醇包括胆固醇。在一种实施方式中，磷脂与胆固醇的比率是55:45(mol：mol)。在代表性的实施方式中，纳米颗粒包括55-100％的POPC和多至10mol％的PEG-脂质。
在其它实施方式中，本公开的脂质纳米颗粒可以包括一种或多种其它脂质，包括磷酸甘油酯，其代表性实例包括磷脂酰胆碱，磷脂酰乙醇胺，磷脂酰丝氨酸，磷脂酰肌醇，磷脂酸，棕榈酰基油酰基磷脂酰胆碱，赖氨酰磷脂酰胆碱(lyosphosphatidylcholine)，溶血磷脂酰乙醇胺，二棕榈酰基磷脂酰胆碱，二油酰基磷脂酰胆碱，二硬脂酰磷脂酰胆碱，和二亚油酰基磷脂酰胆碱。缺少磷的其它化合物比如鞘脂和鞘糖脂类是有用的。三酰基甘油也是有用的。
本公开的代表性纳米颗粒具有约10至约100nm的直径。直径下限是约10至约15nm。
本公开的限制尺寸的脂质纳米颗粒能够包括一种或多种治疗试剂和/或诊断试剂。这些试剂一般包含在颗粒核心内。本公开的纳米颗粒能够包括各式各样的治疗试剂和/或诊断试剂。
适宜的治疗试剂包括化疗药剂(即抗瘤形成剂)，麻醉剂，β-肾上腺素能阻断剂，抗高血压剂，抗抑郁剂，抗惊厥剂，抗催吐剂，抗组胺剂，抗心律失常剂，和抗疟疾剂。
代表性的抗肿瘤剂包括多柔比星，柔红霉素，丝裂霉素，博来霉素，链佐星，长春碱，长春新碱，氮芥，盐酸盐，美法仑，环磷酰胺，三亚乙基硫代磷酰胺，卡莫司汀，洛莫司汀，司莫司汀，氟尿嘧啶，羟基脲，硫鸟嘌呤，阿糖胞苷，氟尿苷，氨烯咪胺，顺铂，丙卡巴肼，长春瑞滨，环丙沙星，诺氟沙星，紫杉醇，多西他赛，依托泊苷，贝沙罗汀，替尼泊苷，维A酸，异维A酸，西罗莫司，氟维司群，戊柔比星，长春地辛，亚叶酸，伊立替康，卡培他滨，吉西他滨，米托蒽醌盐酸盐，奥沙利铂，阿霉素，甲氨蝶呤，卡铂，雌莫司汀，及其药学上可接受的盐。
在又一实施方式中，脂质纳米颗粒是核酸-脂质纳米颗粒。
术语"核酸-脂质纳米颗粒"是指含有核酸的脂质纳米颗粒。脂质纳米颗粒包括一种或多种阳离子脂质，一种或多种第二脂质，和一种或多种核酸。
阳离子脂质。脂质纳米颗粒包括阳离子脂质。如本文所用，术语"阳离子脂质"是指脂质，其是阳离子或者随pH降低至脂质的可离子化基团pK之下变为阳离子(质子化)，但在较高pH值逐渐变得更中性。在pK之下的pH值，脂质然后能够与带负电的核酸(例如寡核苷酸)结合。如本文所用，术语"阳离子脂质"包括在pH降低时带正电荷的两性离子脂质。
术语"阳离子脂质"是指许多脂质种类中的任意种，其在选择性pH比如生理学pH携带净正电荷。所述脂质包括但不限于N,N-二油烯基-N,N-二甲基氯化铵(DODAC)；N-(2,3-二油烯基氧基)丙基)-N,N,N-三甲基氯化铵(DOTMA)；N,N-二硬脂基-N,N-二甲基溴化铵(DDAB)；N-(2,3-二油酰基氧基)丙基)-N,N,N-三甲基氯化铵(DOTAP)；3-(N—(N′,N′-二甲基氨基乙烷)-氨基甲酰基)胆固醇(DC-Chol)和N-(1,2-二肉豆蔻基氧基丙-3-基)-N,N-二甲基-N-羟基乙基溴化铵(DMRIE)。额外地，还存在阳离子脂质的许多商业制剂，其能够用于本公开当中。这些包括例如(可商购的阳离子脂质体，包含DOTMA和1,2-二油酰基-sn-3-磷酸乙醇胺(DOPE)，来自GIBCO/BRL，Grand Island，NY)；(可商购的阳离子脂质体，包含N-(1-(2,3-二油烯基氧基)丙基)-N-(2-(精胺甲酰胺基)乙基)-N,N-二甲基铵三氟乙酸盐(DOSPA)和(DOPE)，来自GIBCO/BRL)；和(可商购的阳离子脂质，包含乙醇中的二(十八烷基)酰胺基甘氨酰基羧基精胺(DOGS)，来自Promega Corp.，Madison，WI)。下述脂质是阳离子和在生理学pH具有正电荷：DODAP，DODMA，DMDMA，1,2-二亚油烯基氧基-N,N-二甲基氨基丙烷(DLinDMA)，1,2-二亚麻烯基氧基-N,N-二甲基氨基丙烷(DLenDMA)。
在一种实施方式中，阳离子脂质是氨基脂质。用于公开的适宜氨基脂质包括描述于WO 2009/096558的那些，通过援引将其全部并入本文。代表性的氨基脂质包括l,2-二亚油烯基氧基-3-(二甲基氨基)乙酰氧基丙烷(DLin-DAC)，1,2-二亚油烯基氧基-3-吗啉代丙烷(DLin-MA)，l,2-二亚油酰基-3-二甲基氨基丙烷(DLinDAP)，l,2-二亚油烯基硫基-3-二甲基氨基丙烷(DLin-S-DMA)，l-亚油酰基-2-亚油烯基氧基-3-二甲基氨基丙烷(DLin-2-DMAP)，l,2-二亚油烯基氧基-3-三甲基氨基丙烷氯化物盐(DLin-TMA·Cl)，l,2-二亚油酰基-3-三甲基氨基丙烷氯化物盐(DLin-放出·Cl)，l,2-二亚油烯基氧基-3-(N-甲基哌嗪子基)丙烷(DLin-MPZ)，3-(N,N-二亚油烯基氨基)-l,2-丙二醇(DLinAP)，3-(N,N-二油烯基氨基)-l,2-丙二醇(DOAP)，l,2-二亚油烯基氧代-3-(2-N,N-二甲基氨基)乙氧基丙烷(DLin-EG-DMA)，和2,2-二亚油烯基-4-二甲基氨基甲基-[l,3]-二氧杂环戊烷(DLin-K-DMA)。
适宜的氨基脂质包括具有下式的那些：
其中R1和R2是相同或不同的并且独立地是任选经取代的C10-C24烷基，任选经取代的C10-C24烯基，任选经取代的C10-C24炔基，或任选经取代的C10-C24酰基；
R3和R4是相同或不同的并且独立地是任选经取代的C1-C6烷基，任选经取代的C2-C6烯基，或任选经取代的C2-C6炔基；或者R3和R4可以连接以形成任选经取代的杂环，其具有4至6个碳原子和1或2个选自氮和氧的杂原子；
R5是不存在或存在并且当存在时是氢或C1-C6烷基；
m、n和p是相同或不同的和独立地是0或1，条件是m、n和p并不同时是0；
q是0、1、2、3或4；和
Y和Z是相同或不同的并且独立地是O，S或NH。
在一种实施方式中，R1和R2各自是亚油烯基，而氨基脂质是二亚油烯基氨基脂质。在一种实施方式中，氨基脂质是二亚油烯基氨基脂质。
代表性的有用二亚油烯基氨基脂质具有下式：
其中n是0、1、2、3或4。
在一种实施方式中，阳离子脂质是DLin-K-DMA。在一种实施方式中，阳离子脂质是DLin-KC2-DMA(上述DLin-K-DMA，其中n是2)。
除了上文特别描述的那些之外，其它适宜的阳离子脂质还包括阳离子脂质，其在约生理学pH携带净正电荷：N,N-二油烯基-N,N-二甲基氯化铵(DODAC)；N-(2,3-二油烯基氧基)丙基-N,N-N-三乙基氯化铵(DOTMA)；N,N-二硬脂基-N,N-二甲基溴化铵(DDAB)；N-(2,3-二油酰基氧基)丙基)-N,N,N-三甲基氯化铵(DOTAP)；1,2-二油烯基氧基-3-三甲基氨基丙烷氯化物盐(DOTAP·Cl)；3β-(N-(N',N'-二甲基氨基乙烷)氨基甲酰基)胆固醇(DC-Chol)，N-(1-(2,3-二油酰基氧基)丙基)-N-2-(精胺甲酰胺基)乙基)-N,N-二甲基铵三氟乙酸盐(DOSPA)，二(十八烷基)酰胺基甘氨酰基羧基精胺(DOGS)，1,2-二油酰基-3-二甲基铵丙烷(DODAP)，N,N-二甲基-2,3-二油酰基氧基)丙胺(DODMA)，和N-(1,2-二肉豆蔻基氧基丙-3-基)-N,N-二甲基-N-羟基乙基溴化铵(DMRIE)。额外地，能够使用阳离子脂质的许多商业制剂，例如LIPOFECTIN(包括DOTMA和DOPE，获自GIBCO/BRL)，和LIPOFECTAMINE(包含DOSPA和DOPE，获自GIBCO/BRL)。
阳离子脂质存在于脂质颗粒中的量是约30至约95摩尔百分比。在一种实施方式中，阳离子脂质存在于脂质颗粒中的量是约30至约70摩尔百分比。在一种实施方式中，阳离子脂质存在于脂质颗粒中的量是约40至约60摩尔百分比。
在一种实施方式中，脂质颗粒包括("由…组成")仅一种或多种阳离子脂质和一种或多种核酸。
第二脂质。在某些实施方式中，脂质纳米颗粒包括一种或多种第二脂质。适宜的第二脂质在形成期间稳定化纳米颗粒的形成。
术语"脂质"是指一类有机化合物，其是脂肪酸的酯并且特征是不溶于水但是可溶于许多有机溶剂。脂质通常分为至少三个类别：(1)"简单脂质"，其包括脂肪和油以及蜡；(2)"化合物脂质"，其包括磷脂和糖脂；和(3)"衍生脂质"比如类固醇。
适宜的稳定化脂质包括中性脂质和阴离子脂质。
中性脂质。术语"中性脂质"是指许多脂质种类中任一种，其在生理学pH以未带电或中性两性离子形式存在。代表性的中性脂质包括二酰基磷脂酰胆碱，二酰基磷脂酰乙醇胺，神经酰胺，鞘磷脂，二氢鞘磷脂，脑磷脂和脑苷脂。
示范性脂质包括，例如二硬脂酰磷脂酰胆碱(DSPC)，二油酰基磷脂酰胆碱(DOPC)，二棕榈酰基磷脂酰胆碱(DPPC)，二油酰基磷脂酰基甘油(DOPG)，二棕榈酰基磷脂酰基甘油(DPPG)，二油酰基-磷脂酰乙醇胺(DOPE)，棕榈酰基油酰基磷脂酰胆碱(POPC)，棕榈酰基油酰基-磷脂酰乙醇胺(POPE)和二油酰基-磷脂酰乙醇胺4-(N-马来酰亚胺基甲基)-环己烷-1-羧酸酯(DOPE-mal)，二棕榈酰基磷脂酰乙醇胺(DPPE)，二肉豆蔻酰磷酸乙醇胺(DMPE)，二硬脂酰-磷脂酰乙醇胺(DSPE)，16-O-一甲基PE，16-O-二甲基PE，18-1-反式PE，1-硬脂酰-2-油酰基-磷脂酰乙醇胺(SOPE)，和1,2-二反油酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺(反式DOPE)。
在一种实施方式中，中性脂质是1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DSPC)。
阴离子脂质。术语"阴离子脂质"是指在生理学pH带负电的任何脂质。这些脂质包括磷脂酰甘油，心磷脂，二酰基磷脂酰丝氨酸，二酰基磷脂酸，N-十二烷酰基磷脂酰乙醇胺，N-琥珀酰磷脂酰乙醇胺，N-戊二酰磷脂酰乙醇胺，赖氨酰基磷脂酰甘油，棕榈酰基油酰基磷脂酰甘油(POPG)，和联接至中性脂质的其它阴离子修饰基团。
其它适宜的脂质包括糖脂(例如一唾液酸神经节苷脂GM1)。其它适宜的第二脂质包括固醇比如胆固醇。
聚乙二醇-脂质。在某些实施方式中，第二脂质是聚乙二醇-脂质。适宜的聚乙二醇-脂质包括PEG-修饰的磷脂酰乙醇胺，PEG-修饰的磷脂酸，PEG-修饰的神经酰胺(例如，PEG-CerC14或PEG-CerC20)，PEG-修饰的二烷基胺，PEG-修饰的二酰基甘油，PEG-修饰的二烷基甘油。代表性的聚乙二醇-脂质包括PEG-c-DOMG，PEG-c-DMA，和PEG-s-DMG。在一种实施方式中，聚乙二醇-脂质是N-[(甲氧基聚(乙二醇)2000)氨基甲酰]-1,2-二肉豆蔻基氧基丙基-3-胺(PEG-c-DMA)。在一种实施方式中，聚乙二醇-脂质是PEG-c-DOMG)。
在某些实施方式中，第二脂质存在于脂质颗粒中的量是约0.5至约10摩尔百分比。在一种实施方式中，第二脂质存在于脂质颗粒中的量是约1至约5摩尔百分比。在一种实施方式中，第二脂质以约1摩尔百分比存在于脂质颗粒中。
核酸。本公开的脂质纳米颗粒可用于核酸的全身或局部递送。如本文描述的，在脂质颗粒形成期间将核酸掺入脂质颗粒。
如本文所用，术语"核酸"意在包括任何寡核苷酸或聚核苷酸。含有多至50个核苷酸的片段一般称为寡核苷酸，而更长片段称为聚核苷酸。在特别的实施方式中，本公开的寡核苷酸的长度是20-50个核苷酸。在本公开的上下文中，术语"聚核苷酸"和"寡核苷酸"是指核苷酸或核苷单体的聚合物或低聚物，其由天然碱、糖类和糖间(骨架)连接组成。术语"聚核苷酸"和"寡核苷酸"也包括包含非天然单体或其部分的聚合物或低聚物，其类似地发挥作用。所述修饰的或取代的寡核苷酸常常较天然形式优选，原因是特性例如增强的细胞摄取和在核酸酶存在下增加的稳定性。寡核苷酸定为脱氧核糖寡核苷酸或核糖寡核苷酸类。脱氧核糖寡核苷酸由称为脱氧核糖的5-碳糖组成，该糖在5'和3'碳共价联接至磷酸酯，形成交替的、未支化的聚合物。核糖寡核苷酸由相似重复结构组成，其中5-碳糖是核糖。在根据本公开的脂质颗粒中存在的核酸包括核酸的任何已知形式。本文所用的核酸能够是单链DNA或RNA，或双链DNA或RNA，或DNA-RNA杂交体。双链DNA的实例包括结构基因，包括控制和终止区域的基因，和自复制系统比如病毒或质粒DNA。双链RNA的实例包括siRNA和其它RNA干扰剂。单链核酸包括反义寡核苷酸，核酶，微小RNA，mRNA，和成三链的寡核苷酸。
在一种实施方式中，聚核酸是反义寡核苷酸。在某些实施方式中，核酸是反义核酸，核酶，tRNA，snRNA，siRNA，shRNA，ncRNA，miRNA，mRNA，lncRNA，sgRNA，预缩合的DNA，或适体。
术语"核酸"也是指核苷酸，脱氧核苷酸，修饰的核苷酸，修饰的脱氧核苷酸，修饰的磷酸酯-糖-骨架寡核苷酸，其它核苷酸，核苷酸类似物，及其组合，并且能够视情况是单链、双链，或含有双链和单链序列的一部分。
术语"核苷酸"，如本文所用，上位地涵盖定义如下的下述术语：核苷酸碱，核苷，核苷酸类似物，和一般核苷酸。
术语"核苷酸碱"，如本文所用,是指取代的或未经取代的母体芳族单环或多环。在某些实施方式中，芳族单环或多环含有至少一个氮原子。在某些实施方式中，核苷酸碱能够与适当互补的核苷酸碱形成Watson-Crick和/或Hoogsteen氢键。示范性核苷酸碱及其类似物包括但不限于嘌呤类比如2-氨基嘌呤，2,6-二氨基嘌呤，腺嘌呤(A)，亚乙烯基腺嘌呤，N6-2-异戊烯基腺嘌呤(6iA)，N6-2-异戊烯基-2-甲硫基腺嘌呤(2ms6iA)，N6-甲基腺嘌呤，鸟嘌呤(G)，异鸟嘌呤，N2-二甲基鸟嘌呤(dmG)，7-甲基鸟嘌呤(7mG)，2-硫嘧啶，6-硫鸟嘌呤(6sG)次黄嘌呤和O6-甲基鸟嘌呤；7-脱氮-嘌呤类比如7-脱氮腺嘌呤(7-脱氮-A)和7-脱氮鸟嘌呤(7-脱氮-G)；嘧啶比如胞嘧啶(C)，5-丙炔基胞嘧啶，异胞嘧啶，胸腺嘧啶(T)，4-硫胸腺嘧啶(4sT)，5,6-二氢胸腺嘧啶，O4-甲基胸腺嘧啶，尿嘧啶(U)，4-硫尿嘧啶(4sU)和5,6-二氢尿嘧啶(二氢尿嘧啶；D)；吲哚比如硝基吲哚和4-甲基吲哚；吡咯比如硝基吡咯；水粉蕈素；碱(Y)；在某些实施方式中，核苷酸碱一般是核苷酸碱。额外的示范性核苷酸碱能够参见Fasman,1989,Practical Handbook of Biochemistry and Molecular Biology,pp.385-394,CRC Press,Boca Raton,Fla.和其中引用的参考文献。一般碱的其它实例能够参见例如Loakes,N.A.R.2001,vol 29:2437-2447和Seela N.A.R.2000,vol 28:3224-3232。
术语"核苷"如本文所用是指化合物，其具有共价连接至戊糖C-1'碳的核苷酸碱。在某些实施方式中，所述连接经由杂芳族环氮。典型的戊糖包括但不限于那些戊糖，其中碳原子中一个或多个各自独立地被一个或多个相同或不同的-R、-OR、-NRR或卤素基团取代，其中各R独立地是氢，(C1-C6)烷基或(C5-C14)芳基。戊糖可以是饱和的或不饱和的。示范性戊糖类及其类似物包括但不限于核糖，2'-脱氧核糖，2'-(C1-C6)烷氧基核糖，2'-(C5-C14)芳氧基核糖，2',3'-二脱氧核糖，2',3'-二脱氢核糖，2'-脱氧-3'-卤代核糖，2'-脱氧-3'-氟核糖，2'-脱氧-3'-氯核糖，2'-脱氧-3'-氨基核糖，2'-脱氧-3'-(C1-C6)烷基核糖，2'-脱氧-3'-(C1-C6)烷氧基核糖和2'-脱氧-3'-(C5-C14)芳氧基核糖。也参见例如2'-O-甲基，4'-.α.-异头核苷酸，1'-.α.-异头核苷酸(Asseline(1991)Nucl.Acids Res.19:4067-74)，2'-4'-和3'-4'-连接的和其它"锁定的"或"LNA"双环糖修饰型(WO 98/22489；WO 98/39352；WO 99/14226)。"LNA"或"锁定的核酸"是构象锁定的DNA类似物，其中核糖环被在2'-氧和3'-或4'-碳之间连接的亚甲基约束。该连接所强加的构象限制常常增加互补序列的结合亲和力和增加所述双螺旋的热稳定性。
糖类包括2'-或3'-位的修饰比如甲氧基，乙氧基，烯丙基氧基，异丙氧基，丁氧基，异丁氧基，甲氧基乙基，烷氧基，苯氧基，叠氮基，氨基，烷基氨基，氟，氯和溴。核苷和核苷酸包括天然D构型异构体(D-形式)，以及L构型异构体(L-形式)(Beigelman,U.S.专利号6,251,666；Chu,U.S.专利号5,753,789；Shudo,EP0540742；Garbesi(1993)Nucl.AcidsRes.21:4159-65；Fujimori(1990)J.Amer.Chem.Soc.112:7435；Urata,(1993)NucleicAcids Symposium Ser.No.29:69-70)。在核碱基是嘌呤的情况下，例如A或G，核糖连接至核碱基的N9-位。在核碱基是嘧啶的情况下，例如C、T或U，戊糖连接至核碱基的N1-位(Kornberg and Baker,(1992)DNA Replication,2nd Ed.,Freeman,San Francisco,Calif.)。
核苷戊糖碳中的一个或多个可以用磷酸酯取代。在某些实施方式中，磷酸酯连接至戊糖3'-或5'-碳。在某些实施方式中，核苷是那些，其中核苷酸碱是嘌呤，7-脱氮嘌呤，嘧啶，一般核苷酸碱，特定核苷酸碱，或其类似物。
术语"核苷酸类似物"如本文所用是指实施方式，其中戊糖和/或核苷酸碱和/或核苷磷酸酯中的一种或多种可以用其各自的类似物替换。在某些实施方式中，示范性戊糖类似物是上文描述的那些。在某些实施方式中，核苷酸类似物具有上文描述的核苷酸碱类似物。在某些实施方式中，示范性磷酸酯类似物包括但不限于烷基膦酸酯，甲基膦酸酯，氨基磷酸酯，磷酸三酯，硫代磷酸酯，二硫代磷酸酯，硒代磷酸酯，二硒代磷酸酯，硫代苯氨基磷酸酯(phosphoroanilothioates)，苯氨基磷酸酯(phosphoroanilidates)，氨基磷酸酯，二羟硼基磷酸酯，和可以包括所结合的平衡离子。其它核酸类似物和碱包括例如嵌入式核酸(INAs，描述于Christensen and Pedersen,2002)，和AEGIS碱(Eragen，U.S.专利号5,432,272)。各种核酸类似物的额外描述还能够参见例如(Beaucage et al.,Tetrahedron 49(10):1925(1993)及其参考文献；Letsinger,J.Org.Chem.35:3800(1970)；Sprinzl etal.,Eur.J.Biochem.81:579(1977)；Letsinger et al.,Nucl.Acids Res.14:3487(1986)；Sawai et al,Chem.Lett.805(1984),Letsinger et al.,J.Am.Chem.Soc.110:4470(1988)；和Pauwels et al.,Chemica Scripta 26:141 91986)),硫代磷酸酯(Mag et al.,Nucleic Acids Res.19:1437(1991)；和U.S.专利号5,644,048.其它核酸类似物包含二硫代磷酸酯(Briu et al.,J.Am.Chem.Soc.111:2321(1989)，O-甲基氨基磷酸酯连接(参见Eckstein,Oligonucleotides and Analogues:A Practical Approach,OxfordUniversity Press)，具有阳离子骨架的那些(Denpcy et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA92:6097(1995)；具有非离子骨架的那些(U.S.专利号5,386,023，5,386,023，5,637,684，5,602,240，5,216,141和4,469,863。Kiedrowshi et al.,Angew.Chem.Intl.Ed.English 30:423(1991)；Letsinger et al.,J.Am.Chem.Soc.110:4470(1988)；Letsinger et al.,Nucleoside&Nucleotide 13:1597(194):第2和3章，ASC Symposium Series 580,"Carbohydrate Modifications in Antisense Research",Ed.Y.S.Sanghui和P.Dan Cook；Mesmaeker et al.,Bioorganic&Medicinal Chem.Lett.4:395(1994)；Jeffs et al.,J.Biomolecular NMR 34:17(1994)；Tetrahedron Lett.37:743(1996))和具有非核糖骨架的那些，包括描述于U.S.专利号5,235,033和5,034,506，和第6和7章,ASC SymposiumSeries 580,"Carbohydrate Modifications in Antisense Research",Ed.Y.S.Sanghuiand P.Dan Cook的那些。含有一种或多种碳环糖类的核酸也包括在核酸定义中(参见Jenkins et al.,Chem.Soc.Rev.(1995)pp169-176)。数种核酸类似物也描述于Rawls,C&ENews，1997年6月2日，第35页。
术语"一般核苷酸碱"或"一般碱"，如本文所用,是指芳族环部分，其可以或可以不含有氮原子。在某些实施方式中，一般碱可以共价连接至戊糖C-1'碳，形成一般核苷酸。在某些实施方式中，一般核苷酸碱并不特异地与又一核苷酸碱成氢键。在某些实施方式中，一般核苷酸碱与核苷酸碱成氢键，所述核苷酸碱多至和包括特别靶标聚核苷酸中的全部核苷酸碱。在某些实施方式中，核苷酸碱可以与相同核酸链上的相邻核苷酸碱通过疏水堆积而相互作用。一般核苷酸包括但不限于脱氧-7-氮杂吲哚三磷酸酯(d7AITP)，脱氧异喹诺酮三磷酸酯(dICSTP)，脱氧丙炔基异喹诺酮三磷酸酯(dPICSTP)，脱氧甲基-7-氮杂吲哚三磷酸酯(dM7AITP)，脱氧ImPy三磷酸酯(dImPyTP)，脱氧PP三磷酸酯(dPPTP)，或脱氧丙炔基-7-氮杂吲哚三磷酸酯(dP7AITP)。所述一般碱的其它实例能够尤其参见公开的U.S.施用No.10/290672和U.S.专利号6,433,134。
如本文所用，术语"聚核苷酸"和"寡核苷酸"可互换地使用，并且意指核苷酸单体的单链和双链聚合物，包括2'-脱氧核苷酸(DNA)和核苷酸(RNA)，其通过核苷酸间磷酸二酯键连接部分例如3'-5'和2'-5'，反向连接例如3'-3'和5'-5'、支化结构、或核苷酸间类似物连接。聚核苷酸具有所结合的平衡离子，比如H+，NH4+，三烷基铵，Mg2+，Na+等。聚核苷酸可以完全由脱氧核苷酸构成，完全由核苷酸构成，或由其嵌合的混合物构成。聚核苷酸可以包含核苷酸间部分(internucleotide)，核碱基和/或糖类似物。聚核苷酸一般尺寸范围是数个单体单元例如3-40个(本领域一般更频繁地称为寡核苷酸)直至数千个单体核苷酸单元。除非另有表示，只要出现聚核苷酸序列，则应理解为核苷酸是从左至右的5'至3'次序并且"A"表示脱氧腺苷，"C"表示脱氧胞嘧啶，"G"表示脱氧鸟苷，和"T"表示胸苷，除非另有注明。
如本文所用，"核碱基"意指那些天然和那些非天然的杂环部分，其一般为运用核酸技术或运用肽核酸技术的人员已知，以由此产生能够序列特异性结合至核酸的聚合物。适宜核碱基的非限制性实例包括：腺嘌呤，胞嘧啶，鸟嘌呤，胸腺嘧啶，尿嘧啶，5-丙炔基-尿嘧啶，2-硫代-5-丙炔基-尿嘧啶，5-甲基胞嘧啶，假异胞嘧啶，2-硫尿嘧啶和2-硫胸腺嘧啶，2-氨基嘌呤，N9-(2-氨基-6-氯嘌呤)，N9-(2,6-二氨基嘌呤)，次黄嘌呤，N9-(7-脱氮-鸟嘌呤)，N9-(7-脱氮-8-氮杂-鸟嘌呤)和N8-(7-脱氮-8-氮杂-腺嘌呤)。适宜核碱基的其它非限制性实例包括Buchardt et al.(WO92/20702或WO92/20703)图2(A)和2(B)说明的那些核碱基。
如本文所用，"核碱基序列"意指任何片段或者两个或更多个片段的聚集体(例如两个或更多个低聚物嵌段的聚集体核碱基序列)，所述片段属于包含含核碱基亚单位的聚合物。适宜聚合物或聚合物片段的非限制性实例包括寡脱氧核苷酸(例如DNA)，寡核苷酸(例如RNA)，肽核酸(PNA)，PNA嵌合体，PNA组合低聚物，核酸类似物和/或核酸模拟物。
如本文所用，"聚核碱基链"意指包含核碱基亚单位的完全单个聚合物链。例如，双链核酸的单个核酸链是聚核碱基链。
如本文所用，"核酸"是含核碱基序列的聚合物，或者具有形成自核苷酸的骨架的聚合物片段，或其类似物。
优选的核酸是DNA和RNA。
如本文所用，核酸还可以是指"肽核酸"或"PNA"，其意指任何低聚物或聚合物片段(例如嵌段低聚物)，包含两个或更多个PNA亚单位(残基)，但并非核酸亚单位(或其类似物)，包括但不限于U.S.专利号5,539,082，5,527,675，5,623,049，5,714,331，5,718,262，5,736,336，5,773,571，5,766,855，5,786,461，5,837,459，5,891,625，5,972,610，5,986,053和6,107,470中作为肽核酸提及或要求保护的任何低聚物或聚合物片段；通过援引将其全部并入本文。术语"肽核酸"或"PNA"也适用于任何低聚物或聚合物片段，其包含核酸模拟物的两个或更多个亚单位，所述核酸模拟物描述于下述公开：Lagriffoul et al.,Bioorganic&Medicinal Chemistry Letters,4:1081-1082(1994)；Petersen et al.,Bioorganic&Medicinal Chemistry Letters,6:793-796(1996)；Diderichsen et al.,Tett.Lett.37:475-478(1996)；Fujii et al.,Bioorg.Med.Chem.Lett.7:637-627(1997)；Jordan et al.,Bioorg.Med.Chem.Lett.7:687-690(1997)；Krotz et al.,Tett.Lett.36:6941-6944(1995)；Lagriffoul et al.,Bioorg.Med.Chem.Lett.4:1081-1082(1994)；Diederichsen,U.,Bioorganic&Medicinal Chemistry Letters,7:1743-1746(1997)；Loweet al.,J.Chem.Soc.Perkin Trans.1,(1997)1:539-546；Lowe et J.Chem.Soc.PerkinTrans.11:547-554(1997)；Lowe et al.,J.Chem.Soc.Perkin Trans.11:555-560(1997)；Howarth et al.,J.Org.Chem.62:5441-5450(1997)；Altmann,K-H et al.,Bioorganic&Medicinal Chemistry Letters,7:1119-1122(1997)；Diederichsen,U.,Bioorganic&Med.Chem.Lett.,8:165-168(1998)；Diederichsen et al.,Angew.Chem.Int.Ed.,37:302-305(1998)；Cantin et al.,Tett.Lett.,38:4211-4214(1997)；Ciapetti et al.,Tetrahedron,53:1167-1176(1997)；Lagriffoule et al.,Chem.Eur.J.,3:912-919(1997)；Kumar et al.,Organic Letters 3(9):1269-1272(2001)；和基于肽的核酸模拟物(PENAMS)，其描述于Shah et al.的公开WO96/04000。
聚合物纳米颗粒
术语"聚合物纳米颗粒"是指含有治疗物质的聚合物纳米颗粒。聚合物纳米颗粒已用广泛的材料开发，所述材料包括但不限于：合成均聚物比如聚乙二醇，聚丙交酯，聚乙醇酸交酯，聚(丙交酯-co-乙交酯)，聚丙烯酸类，聚甲基丙烯酸酯，聚己酸内酯，聚原酸酯，聚酐，聚赖氨酸，聚乙烯亚胺；合成共聚物比如聚(丙交酯-co-乙交酯)，聚(丙交酯)-聚(乙二醇)，聚(丙交酯-co-乙交酯)-聚(乙二醇)，聚(己内酯)-聚(乙二醇)；天然聚合物比如纤维素，壳多糖和藻酸盐/酯，以及聚合物-治疗物质缀合物。
如本文所用，术语"聚合物"是指通常高分子量的化合物，其主要或完全构造自键合在一起的许多类似单元。所述聚合物包括任何各种天然、合成和半合成的聚合物。
术语"天然聚合物"是指衍生自自然的任何数量的聚合物种类。所述聚合物包括但不限于多糖，纤维素，壳多糖和藻酸盐/酯。
术语"合成聚合物"是指自然中不存在的任何数量的合成聚合物种类。所述合成聚合物包括但不限于合成均聚物和合成共聚物。
合成均聚物包括但不限于聚乙二醇，聚丙交酯，聚乙醇酸交酯，聚丙烯酸类，聚甲基丙烯酸酯，聚_-己内酯，聚原酸酯，聚酐，聚赖氨酸，和聚乙烯亚胺。
"合成共聚物"是指任何数量的合成聚合物种类，其构造自两种或更多种合成均聚物亚单位。所述合成共聚物包括但不限于聚(丙交酯-co-乙交酯)，聚(丙交酯)-聚(乙二醇)，聚(丙交酯-co-乙交酯)-聚(乙二醇)，和聚(_-己内酯)-聚(乙二醇)。
术语"半合成聚合物"是指通过天然聚合物的化学或酶处理衍生的任何数量的聚合物。所述聚合物包括但不限于羧甲基纤维素，乙酰化的羧甲基纤维素，环糊精，脱乙酰壳多糖和明胶。
如本文所用，术语"聚合物缀合物"是指共价或非共价地将一种或多种分子种类缀合至聚合物而制备的化合物。所述聚合物缀合物包括但不限于聚合物-治疗物质缀合物。
聚合物-治疗物质缀合物是指聚合物缀合物，其中所缀合的分子种类中的一种或多种是治疗物质。所述聚合物-治疗物质缀合物包括但不限于聚合物-药物缀合物。
"聚合物-药物缀合物"是指任何数量的聚合物种类，其缀合至任何数量的药物种类。所述聚合物药物缀合物包括但不限于乙酰基甲基纤维素-聚乙二醇-多西他赛。
如本文所用，术语"约"指出有关值能够改变(除非另有指定)±五个百分比(+/-5％)并且仍属于所公开的实施方式范围内。
包括下述实施例的意图是举例说明而非限制所描述的实施方式。
实施例
实施例1：用于纳米颗粒制备的一次性微流控盒
在一个方面，完全整合的一次性微流控盒由下述组成：注塑载体；COC微流控混合器结构；激光切割夹具片；三个O-环；三个钕磁体并且用自攻塑料螺钉保持在一起。上述盒在图1A-3和5A-5H中举例说明。
载体(16mm x 67mm x 55mm)注塑自聚丙烯。其由下述组成：两个母Luer滑动连接器(符合ISO594)；出口喷嘴(4mm OD，2mm ID X 4mm)；3个O-环沟槽，位于Luer连接器和出口喷嘴上方(5.3mm OD X 0.9mm)；微流控装置的容器(52mm x 36mm x 1.6mm)和厚度1.8mm和高度7mm的外壁。
夹具(63mm x 51mm x1/8in)激光切割自丙烯酸聚合物。夹具中存在向其中压配钕磁体的3个孔和用于自攻螺钉的6个导向孔。
盒组装如下：将O-环置入3个沟槽中的每一个和将微流控混合器结构放置在顶部。沿盒内侧缘升高的导轨确保盒的定位使得各端口排列在两个入口和出口上，而不分开排列。然后将包括钕磁体的丙烯酸夹具置于顶部并用一系列销钉保持在一起。然后翻转组装物并用6个自攻螺钉固定在一起。
微流控结构的主体由注塑COC制成。
微流控结构的设计类似附图中图示的那些。将两个微流控入口连接至具有方形截面的通道并且移动以在角处相遇以形成单个通道，其进入包括多个转折的蛇形混合区域。单个通道离开混合室并且在出口端口退出装置。
通过微流控盒的流速是1-40mL/min，和流体相遇完成混合的时间(混合速度)是1-3ms。压力估计是100psi。
一次性微流控盒已经证实是实质上与现有芯片/金属支架一样有效的。下表1展示数据，其涉及在现有的金属芯片支架和芯片构型("芯片支架+芯片")上形成siRNA-脂质纳米颗粒，与根据公开的实施方式的一次性微流控(MF)盒比较。比较的是siRNA-脂质纳米颗粒(siRNA-LNP)的纳米颗粒尺寸(nm)；多分散性指数(PDI)；和包封效率。全部数据的流速是12mL/min。
表1：比较siRNA-脂质纳米颗粒的微流控形成。
尺寸(nm) PDI 包封效率(％)
芯片支架+芯片 70.9 0.146 98.1
MF盒 65.3 0.122 97.6
鉴于表1中展示的结果，一次性MF盒具有与现有技术的非一次性金属芯片支架和芯片实质上相似的效能。虽然两种微流控装置的效能相似，但是一次性MF盒提供的增加益处是一次性、可方便地灭菌、并且戏剧化地降低设置复杂性和时间。
虽然已说明和描述示例性实施方式，应认识到能够进行各种变化而不背离本发明的主旨和范围。

Claims (58)

1.要求保护排它所有权或特权的本发明实施方式定义如下：
微流控盒，其是一次性的并且配置以将第一溶液与第二溶液混合从而产生混合溶液，所述微流控盒包括：
(A)载体，包含第一入口连接器、第二入口连接器和出口开孔；
(B)整体并入载体的第一微流控结构，所述微流控结构包括：
(I)第一入口微通道，其配置以接受来自第一入口连接器的流体；
(II)第二入口微通道，其配置以接受来自第二入口连接器的流体；
(III)第一混合器，配置为：
接受来自第一入口微通道的第一溶液和来自第二入口微通道的第二溶液；
混合第一溶液和第二溶液以提供混合溶液，和
将混合溶液引入出口微通道；和
(IV)出口微通道，其与出口开孔流体连通。
2.权利要求1的微流控盒，其中微流控盒配置用于单次使用。
3.权利要求1的微流控盒，还包含配置以将微流控盒固定至支架的固定机构。
4.权利要求3的微流控盒，其中固定机构包括一个或多个磁体。
5.权利要求3的微流控盒，其中固定机构包括载体上的载体锁定结构，其配置以与在微流控盒的相容支架上的支架锁定结构锁定。
6.权利要求1的微流控盒，其中微流控结构形成自不同于载体材料的材料。
7.权利要求1的微流控盒，其中载体的至少90％重量是聚合物。
8.权利要求1的微流控盒，其中载体不包括外表面上的金属。
9.权利要求1的微流控盒，其中载体包括聚合物，其选自聚丙烯，聚碳酸酯，COC，COP，聚苯乙烯，尼龙，丙烯酸聚合物，HPDE，LPDE，和其它聚烯烃。
10.权利要求1的微流控盒，其中第一入口连接器包含杨氏模量500MPa至3500MPa的聚合物。
11.权利要求1的微流控盒，其中第二入口连接器包含杨氏模量500MPa至3500MPa的聚合物。
12.权利要求1的微流控盒，其中载体形成自杨氏模量500MPa至3500MPa的聚合物。
13.权利要求1的微流控盒，其中载体包括选自铝和钢的金属。
14.权利要求1的微流控盒，其中微流控结构是不可从载体分离的。
15.权利要求1的微流控盒，其中载体包围微流控结构。
16.权利要求1的微流控盒，其中载体包括第一部分和第二部分，所述第一部分包括第一入口连接器、第二入口连接器和出口开孔，其中所述第一部分和所述第二部分一起结合从而将微流控结构密封在所述第一部分与所述第二部分之间。
17.权利要求16的微流控盒，其中第一部分和第二部分一起联接从而包围微流控结构。
18.权利要求16的微流控盒，其中第一部分的至少90％重量是聚合物。
19.权利要求16的微流控盒，其中第一部分或第二部分包括微流控结构。
20.权利要求16的微流控盒，其中载体的第一部分和第二部分通过一个或多个紧固件固定在一起。
21.权利要求20的微流控盒，其中所述一个或多个紧固件是可移除的。
22.权利要求20的微流控盒，其中所述一个或多个紧固件是不可移除的。
23.权利要求16的微流控盒，其中第一部分和第二部分结合在一起。
24.权利要求23的微流控盒，其中第一部分和第二部分用粘合剂结合在一起。
25.权利要求23的微流控盒，其中第一部分和第二部分用焊接结合在一起。
26.权利要求1的微流控盒，还包括垫圈，其配置以在微流控结构与第一入口连接器、第二入口连接器和出口开孔中的一个或多个之间形成分开的液密密封。
27.权利要求1的微流控盒，其中第一混合器包括混合区域，所述混合区域包括微流控混合器，其配置以混合第一溶液和第二溶液从而提供混合溶液。
28.权利要求27的微流控盒，其中第一混合器是不规则平流混合器。
29.权利要求27的微流控盒，其中混合区域包含人字形混合器。
30.权利要求27的微流控盒，其中混合区域包含通过Dean涡流搅拌操作的混合器。
31.权利要求27的微流控盒，其中混合区域具有约20微米至约300微米的流体动力学直径。
32.权利要求1的微流控盒，其中第一混合器的尺寸和配置使得其在小于1000的雷诺数混合第一溶液和第二溶液。
33.权利要求1的微流控盒，其中微流控结构还包括串联的多个混合器。
34.权利要求1的微流控盒，其中微流控盒是无菌的。
35.权利要求1的微流控盒，其中微流控盒包括无菌流体路径，其从第一入口连接器和第二入口连接器开始、经过微流控结构、并到达出口开孔。
36.填充了无菌内容物的无菌包装，包含根据前述权利要求中任一项的微流控盒，其呈无菌状态并且密封在无菌包装内。
37.权利要求36的无菌包装，还包括第一无菌注射器，其配置为与微流控盒的第一入口连接器偶联。
38.权利要求37的无菌包装，还包含第一无菌注射器内的第一溶液。
39.权利要求38的无菌包装，其中第一溶液包含第一溶剂中的核酸。
40.权利要求36的无菌包装，还包括第二无菌注射器，其配置为与微流控盒的第二入口连接器偶联。
41.权利要求40的无菌包装，还包含第二无菌注射器内的第二溶液。
42.权利要求41的无菌包装，其中第二溶液包含第二溶剂中的脂质颗粒-形成材料。
43.权利要求36的无菌包装，还包括无菌容器，其配置为经由出口开孔连接器与微流控盒的出口开孔偶联。
44.权利要求36-43的无菌包装，其中无菌内容物是一次性的。
45.形成纳米粒子的方法，包括使第一溶液和第二溶液流动通过根据前述权利要求中任一项的微流控盒和在第一混合器中形成纳米粒子溶液。
46.权利要求45的方法，其中微流控盒包括多个混合器并且所述方法还包括使第一溶液和第二溶液流动通过多个混合器以形成纳米粒子溶液，其中所述多个混合器包括第一混合器。
47.权利要求45的方法，其中第一溶液包含第一溶剂中的核酸。
48.权利要求45的方法，其中第二溶液包含第二溶剂中的脂质颗粒-形成材料。
49.权利要求45的方法，其中微流控盒具有无菌流体路径。
50.权利要求49的方法，还包括在使第一溶液和第二溶液流动经过微流控盒的步骤之前使流体路径灭菌的步骤。
51.权利要求50的方法，其中使流体路径灭菌的步骤包括用辐射使微流控盒灭菌。
52.权利要求50的方法，其中使流体路径灭菌的步骤包括在组装微流控盒之前使微流控盒各部分灭菌。
53.权利要求49的方法，其中无菌流体路径包括从第一入口连接器和第二入口连接器开始、经过微流控结构、并到达出口开孔的流体路径。
54.权利要求53的方法，其中无菌流体路径还包括含有第一溶液的第一注射器，其与第一入口偶联。
55.权利要求53的方法，其中无菌流体路径还包括含有第二溶液的第二注射器，其与第二入口偶联。
56.权利要求53的方法，其中无菌流体路径还包括经由出口开孔连接器与微流控盒的出口开孔偶联的无菌容器，和其中所述方法还包括从混合器经由出口微通道和出口开孔向无菌容器递送纳米粒子溶液的步骤。
57.权利要求45的方法，其中所述方法不包括将微流控结构整体并入载体的步骤。
58.权利要求45的方法，还包括在使第一溶液和第二溶液流动通过微流控盒的步骤之前从无菌包装除去微流控盒的步骤。
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