切向流过滤在纳米药物中的应用

用于特定应用的纳米颗粒在制备时，纯化工作一直是一个不小的挑战。由于制备方法的不同，终产物中可能会存在不同的杂质。这些杂质的存在可能引起生理上的不耐受，且可能影响纳米颗粒系统的理化和释放特性。所以，纳米颗粒的有效纯化对于终产物质量和特性的控制是必需的。

在所有纯化方法中，离心是去除游离药物底物或游离稳定剂最广泛使用的方法，其次是透析，此外，还包括超速离心、直流过滤、超滤离心以及凝胶过滤等方法，但所有这些技术在一定程度上都有一定的缺点。离心和超速离心会形成结团，很难重悬，导致上清液中纳米颗粒的损失。直流过滤和超滤离心的主要问题是纳米颗粒可能会粘在一起或贴到膜表面，降低滤过通量，导致药物损失。

切向流过滤（TFF）是纳米颗粒纯化的一种有效且方便的方法，可去除杂质，如过量的表面活性剂或起始材料，其可获得与传统方法相当或更好的结果，且可简单地规模放大，也更安全。

TFF在纳米药物领域不同的应用：纯化

纯化工艺是TFF在药物递送系统（Drug Delivery Systems，DDS）领域中最多使用的应用。TFF对于从杂质中纯化纳米颗粒悬液是一种非常实用的方法，包括聚合物、脂质、金和银纳米颗粒。Bernocchi等使用1000kD TFF膜包纯化多糖纳米颗粒，去除寡糖、低分子量的试剂和盐。而在Masek等的研究中，使用了50kD的MicroKros中空纤维组件，用于去除过量的脱氧胆酸钠，并一步浓缩PLGA-PEG颗粒。下文将介绍TFF在不同类型纳米载体中的使用。

聚合物纳米颗粒

在药物递送系统纯化中，TFF最早被用于纯化载抗精神病药沙伏赛平的聚乳酸（PLA）纳米颗粒。之后，TFF也被用于纯化聚（乳酸-共-氧乙烯）（PLA-PEO）纳米颗粒，以去除丙酮、游离的聚-（乙烯醇）（PVA）和电解质。TFF纯化后，没有观察到粒径的变化。

Dalwadi等描述了从游离的稳定剂PVA中纯化PLGA纳米颗粒的方法，结果显示，使用300kD膜，在10psi TMP和2.8h的处理时间条件下，91%的PVA可从纳米悬液中有效去除，且不改变纳米颗粒性状。在另一篇文章中，他们描述了从PVA和胆酸钠表面活性剂中纯化PEG修饰的PLGA纳米颗粒的方法。所有纯化的纳米颗粒均显示没有粒径的变化。

2009年，Hirsjarvi等也描述了使用TFF进行的PLA纳米颗粒的纯化。文中，从表面活性剂Poloxamer188中纯化了PLA纳米颗粒，因前者在冻干过程中，会改变纳米系统的理化特性。冻干后，通过电子显微镜等方法进行评估，证实纯化的PLA纳米颗粒，相比未纯化的纳米颗粒，呈现更好的干燥效果。

脂质纳米系统

TFF最早被报导用于脂质纳米系统（脂质纳米囊泡或纳米颗粒）纯化是在2010年。TFF被用作逐层包被工艺中的一种工具，特别被用于从脂质壳聚糖（LC）和聚合电解质（PE）中纯化基于LabrafacWL134的脂质纳米囊泡（LNC）中间体。在这个案例中，TFF作为一种中间体纯化方法，即在每层包被后，去除过量的PE，以防止形成可能破坏下一层表面修饰的PE复合物。纯化后，没有检测到LC，所有纯化的纳米颗粒在平均粒径、多分散系数以及zeta电位值方面显示无差异。

2011年，Mihaila等使用TFF纯化用于基因沉默的载siRNA阳离子脂质纳米颗粒，证实该技术可用于阳离子纳米颗粒的纯化，且无膜干扰。Sakurai等利用TFF和一种商业化流体设备，制备了可放大的聚（乙二醇）嫁接的载siRNA的脂质纳米颗粒，证实在优化的条件下，两者可用于生产具有与传统方法所制备的颗粒相同特性的siRNA脂质纳米颗粒，显示这种方法在脂质体DDS从基础研究到临床研究上都具有优越的潜在应用潜力。

金和银纳米颗粒

TFF技术也可用于金纳米颗粒的纯化和粒径分离。有文章比较了TFF和传统层析、透析以及超速离心方法。这些方法通常效率较低，因为金纳米颗粒和杂质通常具有较为相似的分散性。出于这个原因，TFF被认为是一种非常有潜力的替代纯化方法。实验从游离的巯醇、二硫化物、Au、S、Na、Cl的原子成分以及挥发性成分中纯化巯醇稳定的3nm金纳米颗粒，结果证实，TFF获得的纳米颗粒具有最高级别的纯度。

TFF在纳米药物领域的不同应用：浓缩

纳米规模系统制剂后，通常需要获得不同程度的纳米颗粒浓度。通常，降低浓度只需要简单的稀释即可，但要提高浓度，过程就会复杂得多（如冻干/水化或超速离心），且有可能破坏纳米系统的稳定性。出于这个原因，TFF被认为是纳米系统浓缩的有效工具，可克服稳定性改变的问题。2009年，Ali等使用TFF浓缩了基于氢化可的松羟丙基甲基纤维素的纳米悬液，使用1K膜和20psi的TMP，采用浓缩模式。TFF后，提高到了1mg/mL的药物浓度，没有观察到平均粒径和多分散性的变化。

此外，有实验纯化、分离并浓缩了银纳米颗粒（AgNP）胶体，以用于基于表面增强拉曼光谱（SERS）的生物传感器。使用100kD膜获得浓缩的样品，并与超速离心进行了比较，再一次证实了TFF在纯化和浓缩中更好的效率。

TFF在纳米药物领域的不同应用：粒径分离

TFF的另一个应用是具有高多分散系数的纳米颗粒的粒径筛选和分离。事实上，在纳米系统制备中，可能获得具有不同纳米颗粒群落的多分散的胶体，通常需要对其进行分离。TFF在该领域的第一个应用描述于2005年，其对金纳米颗粒进行了粒径分馏。实验中，选择了MWCO相继降低的膜：70、50、30和10kD。每步过滤后，分析回流液（UV-Vis和TEM）。肉眼检测回流液，可见70kD分馏液为紫色，是大金纳米颗粒存在的典型现象，而10kD的分馏液为棕色，是小纳米颗粒的典型现象。此外，透射电镜（TEM）分析证实，不同回流液的多分散性降低。在另一个AgNP的实验中，相比超速离心，获得的AgNP聚集降低。

TFF在纳米医药领域的不同应用：通过逐层（Layer-by-Layer，LbL）组装制备

TFF的一个有趣应用是纳米颗粒的逐层组装。多层颗粒可通过多种方法获得。颗粒模板顺序浸入互补的分层溶液中、并以离心作为中间体纯化方法，是研究最多、最常使用的组装方法。在过去几年里，对聚合物微囊泡的“单步”制备技术的兴趣在不断增加，其使用界面络合或交联、超声喷涂和盐扩散，这些方法由于应用的颗粒和材料的多样性会存在一些限制，可能还会要求较多的人工干预和手动处理，这使得自动化、规模放大以及稳定且可重复的生产很难实现。相反，基于液流的自动化封闭回路系统看起来是非常精确且高度可控的工艺，人工干预极小，且可使用基于液流的自动化封闭回路系统进行工程设计，以确保可控、可靠且经济的生产。

使用TFF进行纳米囊泡的LbL组装。NP混合材料与聚合物A混合，使用TFF进行成层步骤。在第二步中，成层且纯化的颗粒与另一种聚合物B混合，以形成第二层。根据合适的平均粒径，该顺序可重复多次（T.Musumeci, et al., 2018）。

创建基于液流的系统的一种方法是使用过滤膜，Voigt等之前证实死端过滤系统可用于LbL组装，但是死端过滤不适用于基于连续流的封闭循环系统，因为回流液连续“压”向过滤器，而不是流动的。所以，在高价值产品的高通量分离工艺中，TFF代表了一种良好的替代方法。Bjo rnmalm等开发了一种使用中空纤维TFF在微米和亚微米颗粒模板上进行LbL组装的流体装置。在这种方法中，聚合物与颗粒模板混合，孵育成层，然后使用TFF去除过量的聚合物。然后在纯化的颗粒中加入下一层的材料，下一个孵育阶段后，再用TFF纯化。重复LbL过程，直到在颗粒上“布置”所需的层数。

使用TFF进行LbL组装高度可控，因为颗粒保留在一个自动化的封闭回路系统内。自动化系统具有直接的“现实”优势，包括最小的人工干预、更高的稳健性和可重复性、以及可放大性和高通量。封闭系统可实现无污染的组装条件，这对于许多生物医药应用以及高价值材料的回收和重复使用至关重要，例如定制设计的聚合物或治疗药物。

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参考原文：T.Musumeci, A.Leonardi, A.Bonaccorso, et al., Tangential Flow Filtration Technique: An Overview on Nanomedicine Applications. Pharmaceutical Nanotechnology, 2018, 6:48-60.