摘要：传统的共沉淀-交联-溶解技术依赖于手动混合，存在工艺标准化难题。KNAUER公司的研究表明，采用其IJM NanoScaler撞击射流混合设备，并结合如右旋糖酐等添加剂，可以实现蛋白-金属碳酸盐杂化颗粒的自动化、标准化制备，有效减少颗粒聚集，获得尺寸均一的微米级颗粒。

一、 共沉淀-交联-溶解技术与当前挑战

共沉淀-交联-溶解技术（CCD)是一种在温和条件下制备生物聚合物颗粒的方法。该技术首先将目标生物聚合物溶于两种无机盐溶液，混合后形成包裹了生物聚合物的金属碳酸盐杂化颗粒；随后进行交联固定；最后溶解无机模板，得到纯净的生物聚合物颗粒。该技术目前被用于开发作为氧气或药物载体的血红蛋白与白蛋白颗粒。

然而，该技术的核心步骤——共沉淀，通常采用手动混合两种溶液的方式完成。这种方法缺乏标准化，导致颗粒的尺寸、形态和产量难以控制与重复，无法满足基于“良好生产规范”的严谨产品开发、工艺放大及自动化的要求。

图1手动制备共沉淀-交联-溶解技术步骤

二、 自动化共沉淀解决方案：IJM NanoScaler

为应对上述挑战，研究采用KNAUER IJM NanoScaler设备，以其撞击射流混合技术替代传统手动混合，以实现共沉淀步骤的标准化与自动化。

实验方法：将含有10 mg/ml血红蛋白的0.25 M MnCl₂溶液与0.25 M Na₂CO₃溶液通过IJM #5混合腔室以特定流速混合，并立即用0.5 mg/ml人血清白蛋白溶液进行稀释与封闭。系统测试了不同流速（1-12 ml/min）及在碳酸钠溶液中添加不同聚合物（如透明质酸、羟乙基淀粉、右旋糖酐等）的影响。

三、 实验结果：添加剂与流速的优化

初步实验表明，在不使用添加剂的情况下，即使采用IJM混合，也会产生聚集的杂化颗粒。

图3展示了使用KNAUER IJM #5产生的Hb-MnCO₃杂化颗粒的共聚焦激光扫描显微镜图像。其中，MnCl₂-Hb与Na₂CO₃溶液的流速均为2 ml/min，HSA溶液的流速为6 ml/min。图中显示颗粒存在聚集现象。

研究发现，在Na₂CO₃溶液中添加0.2%-4%的生物聚合物添加剂，如右旋糖酐，可显著改善结果。添加剂能增大单颗粒尺寸（可达2.5μm），并有效减少颗粒聚集。

当使用2%右旋糖酐70作为添加剂，并将MnCl₂-Hb与Na₂CO₃溶液的流速提高至10 ml/min，HSA溶液流速为30 ml/min时，可形成尺寸在1-2μm、低聚集度的球形杂化颗粒。

图4展示了使用KNAUER IJM #5混合腔室生成的Hb-MnCO₃杂化颗粒的共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）图像。实验条件为：氯化锰-血红蛋白混合溶液与含右旋糖酐的碳酸钠溶液的流速均为10 ml/min，人血清白蛋白（HSA）溶液的流速为30 ml/min。在用HSA稀释前，右旋糖酐的最终浓度为2%。颗粒尺寸范围在1至2微米之间。

动态光散射分析证实，在此优化条件下生产的杂化颗粒具有狭窄的尺寸分布。

图5所示数据的实验条件为：氯化锰-血红蛋白混合溶液与含右旋糖酐的碳酸钠溶液的流速均为10 ml/min，人血清白蛋白（HSA）溶液的流速为30 ml/min。在用HSA溶液稀释前，右旋糖酐的最终浓度为2%。

四、 结论与应用前景

实验证明，结合KNAUER IJM NanoScaler的自动化混合与合适的添加剂，能够标准化地制备出低聚集度的微米级蛋白-金属碳酸盐杂化颗粒。这解决了CCD技术迈向标准化生产的一个关键瓶颈。

该方法为后续开发基于血红蛋白的氧载体、基于白蛋白的药物载体等产品提供了可扩展、可重复的工艺基础。目前，针对其他聚合物添加剂及不同尺寸混合腔的测试仍在进行中，以进一步优化工艺。

参考文献：Xiong, Y. et al. (2018). Structure and properties of hybrid biopolymer particles fabricated by co-precipitation cross-linking dissolution procedure. J. Colloid Interface Sci.

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