マイクロフルイダイザー



細胞破砕やエマルション、リポソームの合成に

高圧ホモジナイザー 乳化 細胞破砕
マイクロフルイダイザー装置外観
  • より小さく、均一な粒度分布をもつ粒子の調製
  • 迅速かつシンプルな操作性
  • 優れたスケールアップ性能
  • コンタミレス
  • cGMP、無菌操作対応可

高圧ホモジナイザー”マイクロフルイダイザー”は、細胞破砕やエマルション、リポソームの合成に最適な装置です。マイクロフルイダイザーは高圧ホモジナイザーに分類される装置ではありますが、他の高圧ホモジナイザーにない特徴を備えた装置です。マイクロフルイダイザーは、スケールアップ性に優れ、ラボユースからパイロットプラント、プロダクションへと一気通貫の導入を可能にします。

また、マイクロフルイダイザーは、通常のラボ、インダストリーモデル以外に、高圧ホモジナイザーでは対応機種の少ない、医薬品向けのcGMPや無菌操作に対応したモデルも提案可能です。

 

例えば、ラボの高圧ホモジナイザーで開発した細胞破砕やエマルション、リポソーム合成技術を短時間で製薬の現場へ届けることが可能になります。

 

他の高圧ホモジナイザーでは難しいスケールアップ性能とcGMPへの対応、それらによる世界中での使用実績がマイクロフルイダイザーの特徴です。


エマルションの合成及び細胞破砕メカニズム

高圧ホモジナイザー 乳化 細胞破砕 原理
マイクロフルイダイザー動作原理

マイクロフルイダイザーの模式図です。

サンプルを取り込み、高圧でインタラクションチャンバーに送り込んで処理します。サンプルはチャンバー内で、短時間に高せん断力を受けて、エマルション、リポソームであれば乳化、細胞の場合は破砕されます。

 

一般的な高圧ホモジナイザーは、流路をバルブで調整する構造なので、圧力が一定になりません。しかしマイクロフルイダイザーはチャンバーで流路を押さえつける構造なので、サンプルの一定の圧力を作用できるという特徴があります。

 

乳化、破砕したサンプルは熱交換器で冷却して回収します。

処理数を重ねることで、シャープな分布を持つ、任意のサイズのエマルションや、細胞破砕体を調製することができます。

エマルション合成及び細胞破砕の原理

インタラクションチャンバーの内部には、細い流路が刻まれています。

この部分では、サンプルに高せん断力が作用して、対象となるサンプルを乳化及び破砕します。

インタラクションチャンバー
インタラクションチャンバー

スケールアップ時には、サンプルの流路が増え、トータル処理能力が増加します。

通常の高圧ホモジナイザーでは、スケールアップを行う時に大型化のみで対応するため、処理圧に局所的なムラが生じます。

 

マイクロフルイダイザーの場合、流路1か所ごとの処理容量、処理時間が一定ですので、スケールアップによる反応パラメーターの変化も小さく済みます。



マイクロフルイダイザーのスケールアップ性能

乳化 エマルション スケールアップ
パス回数とエマルションの粒子径
エマルション 乳化
ラボ機と生産モデルの比較

あるエマルションをマイクロフルイダイザーで乳化しました。当初は2μm程度だった平均粒子径が、再現よく100nm程度まで微細化されています。マイクロフルイダイザーの処理能力は、200mLから11Lへと50倍以上になりましたが、スケールアップを行っても、同じ粒度分布、ばらつきをもつエマルションを調製できます。

 

一般的な高圧ホモジナイザーは、スケールアップを行う時に、試験条件を再設定することになりますが、マイクロフルイダイザーであれば、スケールアップの工程構築のための工数の簡略化に寄与することができます。

医療分野でのマイクロフルイダイザーの強み

一般に高圧ホモジナイザーで薬剤などを処理すると、後工程で粒子径をそろえ、薬剤を滅菌するためにフィルター処理が必要になります。このときにブロードな粒子サイズ分布を持つエマルションやリポソームであれば、フィルター処理において、薬剤成分まで捨てることになってしまいます。マイクロフルイダイザーであれば、フィルター処理においても、高価なエマルションやリポソーム製剤を無駄にすることなく処理が可能です。この特性は、エマルションやリポソーム製剤の製造現場で活用されています。

 

また、cGMPに対応し、無菌操作に対応したモデルのご提案も可能ですので、後工程を簡略化できる場合もございます。他にも、高圧ホモジナイザーと比べて、使用エネルギーや、処理時間の短縮など様々なメリットがございます。


エマルションの調製

DDSなどに用いるオイルinウォーター型エマルションをマイクロフルイダイザーで乳化しました。

 

処理回数を増やすことで、エマルションの粒子サイズが微細化され、粒度分布が(PI値から)シャープになります(右図)。

 

実際の運用では、エマルションの処方、乳化圧、乳化回数により任意の粒子径にサンプルを調製できます。

 

エマルション 乳化
エマルション
エマルション 粒子径 乳化 分布
パス回数と粒子径、分布

リポソーム合成

ある組成のリポソームをマイクロフルイダイザーで調製しました。Pre-Mix溶液は白濁していましたが、5passほどpassすると半透明の溶液に変わっています。これはリポソームのサイズが小さくなり、光の透過度が上がったためです。

 

マイクロフルイダイザーを用いると、わずか数分の処理でリポソームの調製が可能です。


細胞破砕

細胞破砕 高圧ホモジナイザー
大腸菌の破砕

マイクロフルイダイザーで大腸菌を細胞破砕しました。

特に細胞溶解バッファーなどを加えることなく、わずか1回の処理で、95%以上の細胞を破砕することができます。

 

オプションの熱交換器を通すことで、貴重な培養産物にダメージを与えることなく、細胞破砕を進め次の工程に受け渡すことができます。

細胞破砕 高圧ホモジナイザー
酵母の破砕

大腸菌と同じく、よく培養に用いる酵母も、マイクロフルイダイザーを使用すれば、迅速に細胞破砕することができます。

酵母は固い細胞壁を持ち、高圧ホモジナイザーでは、何度も繰り返し破砕処理が必要ですが、10回も細胞破砕すれば、細胞は原型を留めなくなります。

培養産物回収の細胞破砕に長い時間は必要ありません。

 

また、マイクロフルイダイザーによる細胞破砕は、下流側の工程の省力化にもつながります。化学的な薬品処理を伴なわないため、細胞破砕した溶液の粘性は上がらず、細かすぎる細胞片などの発生も抑えられます。これには、ろ過性能の向上などのメリットもあります。


製品紹介


高圧ホモジナイザー
小型モデル マイクロフルイダイザー

コンパクトモデル LM10

  • ラボ用 小型モデル
  • ~23000psiの圧力
  • 細胞破砕、エマルションやリポソームの合成に
  • 外部からの圧縮空気必要
  • 100V 50/60Hz 220V 50/60Hz


ラボユースモデル LM20

  • 油圧モーター搭載 窒素ガス充填式
  • 最少仕込み量14mL~
  • 細胞破砕、エマルションやリポソームの合成に
  • デジタルコントロール
  • 要220V 3相 電源
高圧ホモジナイザー
ラボユースモデル マイクロフルイダイザー


高圧ホモジナイザー 小容量
小容量モデル マイクロフルイダイザー

小容量モデル LV1

  • サンプル量:1回の処理につき1~6mL で可変
  • 均一なエマルションの調製と細胞破砕
  • エマルション、リポソーム、ナノカプセル化
  • 製薬、バイオテクノロジー
  • ミリリットルスケールでマイクロフルイダイザーの乳化、破砕

LV1は、マイクロフルイダイザーの小容量モデルです。

ほぼ全量回収が可能なLV1の構造は、抗体医薬などの、高価で少量のサンプルの処理に最適です。



ラボ~パイロットプラントへ M110P

  • 安定したエマルションの製造
  •  細胞破砕(大腸菌、酵母等、その他植物細胞など)
  •  エマルション、リポソーム、oil/water 系のマイクロ/ナノカプセル化
  •  凝集体の分散
  •  標準的な実験用化学フード内に収まります
  • cGMP対応可

M110Pは、50~数百mL程度のサンプル処理に適したモデルです。 

高圧ホモジナイザー 
ラボ機 マイクロフルイダイザー

エマルション、リポソームの合成、細胞破砕などの操作で、省力化、迅速化し、処理工程を短縮可能です。

オプションのサンプル循環回路を使用することで、単純な操作で期待した粒径にサンプルを調整できます。


高圧ホモジナイザー
パイロットプラントモデル

パイロットプラントスケール M110EH

  • エマルションの製造
  • 細胞破砕(大腸菌、酵母等、その他植物細胞など)
  • リポソーム、oil/water 系のマイクロ/ナノカプセル化
  • 治験薬の製造や、製造検討に
  • cGMP対応可

 

 

M110EHは、数百mL~十数L程度のサンプル処理に適したモデルです。

 

cGMPへの対応など、小スケールのバイオ医薬品製造で必要な要求を満足します。



プロダクションスケール M815

  • 生産スケールのエマルション、リポソームの製造や細胞破砕に
  • ダブルプランジャー搭載
  • cGMP対応可
  • SIP/CIP、無菌操作モデルもございます。

M815は、100Lスケールの生産ラインに適した新型モデルです。

小型機やラボ機の知見を、迅速に生産ラインにスケールアップ可能です。

 

一般的な高圧ホモジナイザーと比べると、簡便、迅速かつ効率の良い生産を実現します。 

高圧ホモジナイザー 
プラント機 マイクロフルイダイザー


原文の資料は、マイクロフルイディクス社マイクロフルイダイザーのWebページにもございます。

一般の高圧ホモジナイザーとは異なる優れた特性をご理解いただけると思います。

 

より大容量に対応したプラントモデル、cGMP対応モデルや、CIPやSIPに対応したモデルもご紹介可能です。

高圧ホモジナイザーのご導入にご興味がありましたら、ぜひマイクロフルイダイザーをご検討ください。

高圧ホモジナイザー以上のパフォーマンスをご提案できます。マイクロフルイダイザーは特にエマルション、リポソームの調製や、細胞破砕に最適なソリューションをご提案可能です。