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CFD仿真指导mRNA疫苗的生产

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脂质纳米粒子(LNPs)在药物传递领域的应用日益广泛,尤其在病毒疫苗、癌症治疗、镇痛药和光动力疗法等方面。近年来,LNPs因在mRNA疫苗中的应用而受到广泛关注。mRNA疫苗的传递效率与LNPs的大小和剂量密切相关:较小的LNPs能更有效地穿透组织,但由于传递产量低,需要较高剂量。传统的迭代实验方法虽然能够满足这些要求,但成本高昂且耗时。因此,Veryst Engineering的研究团队提出了一种模拟引导的设计过程,以补充实验工作,节省成本和时间,并有助于找到更创新的解决方案。
          
mRNA疫苗的生产涉及将有机相与水相混合,其中水相含有负电荷的mRNA,而有机相含有用于包裹mRNA的脂质。通过足够的混合和停留时间,这些组分会自发组装成聚集体,即LNPs。生产过程中,混合时间是影响LNPs大小的关键因素,而LNPs的大小直接影响疫苗的效力。较长的混合时间会导致更大的聚集体和更异质的尺寸分布,而较短的混合时间则产生更小的纳米粒子,但产量较低。    
          
研究团队介绍了三种微流体装置设计的混合预测,这些设计在现实世界实验中已被报道可以产生LNPs。这些设计包括蛇形混合器、错位鱼骨混合器和环形混合器。
          
设计1:蛇形混合器
蛇形混合器通过蛇形通道产生的涡旋实现有效的混沌混合,但需要较高的流速。
          
设计2:错位鱼骨混合器
错位鱼骨混合器通过交替方向的鱼骨形凹槽促进流线的膛线化,提供广泛的有效混合。这种类型的混合器在广泛的流速和雷诺数范围内都是有效的,这个模型的预测意味着,一旦制造出来,鱼骨混合器应该能够有效地生产LNPs和mRNA疫苗。    
          
设计3:环形混合器
环形混合器则利用Dean流动在更高的流速和雷诺数下实现混合。
          
通过模拟,研究团队能够测试不同微流体混沌混合器设计的效力,并优化微流体混合过程。模拟有助于调整设计参数,在制造和测试之前优化性能。理想情况下,模拟和设计优化应在制造实验混合器原型之前进行,以增加原型表现良好的可能性,并减少需要构建的原型数量,从而节省时间和成本。
          
总结来说,多物理场模拟技术在提高对LNP形成流动和动力学限制的理解、将关键结果与系统参数相关联、提供有意义的中间和最终数量的定量估计、减少昂贵的实验室实验的数量以及指导设计迭代路径等方面发挥了重要作用。这些模拟技术的应用有望为LNPs和mRNA疫苗的生产带来更高效、成本效益更高的解决方案。    
  

            


来源:CFD饭圈
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首次发布时间:2024-09-08
最近编辑:8天前
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