Обзор синтеза наночастиц с помощью микрофлюидных технологий и их применения на основе методов многоштабного моделирования

В последние годы возрос интерес к разработке наночастиц (НЧ) благодаря возможности их широкого применения в биомедицине, в том числе для доставки лекарственных препаратов, визуализации, генной терапии и создания вакцин. Недавно были разработаны вакцины на основе липидных наночастиц с мРНК для профилактики COVID-19, вызываемого SARS-CoV-2. Обычно НЧ подразделяют на две основные категории: органические и неорганические. К органическим НЧ относятся главным образом наночастицы на основе липидов и полимеров, включая липосомы, твёрдые липидные наночастицы, полимерсомы, дендримеры и полимерные мицеллы. Основную часть неорганических НЧ составляют наночастицы золота и серебра, оксида железа, квантовые точки, а также наноматериалы на основе углерода и диоксида кремния. Для получения этих НЧ применяют различные нисходящие и восходящие подходы. Микрофлюидные технологии представляют собой перспективную альтернативу синтезу и имеют преимущества по сравнению с традиционными методами в реакционном объёме. Микрофлюидные методы производства, основанные на смешении, позволяют лучше контролировать размер, морфологию, форму, распределение по размеру и поверхностные свойства синтезируемых НЧ. Эта технология также обеспечивает высокую воспроизводимость процессов, быстрое проведение операций, низкий расход образца и более высокую эффективность инкапсуляции. В настоящем обзоре подробно рассмотрены пассивные и активные методы микрофлюидного смешения для синтеза НЧ и последние достижения в этой области. Кроме того, представлен обзор микрофлюидных устройств, используемых для производства НЧ. Однако, несмотря на значительный прогресс экспериментальных методов, получить полное представление о системе на основе наночастиц только по результатам экспериментов невозможно; поэтому для систематического изучения таких систем применяют многоштабное компьютерное моделирование. В работе также подробно описаны наиболее распространённые методы многоштабного моделирования и достижения в их применении для раскрытия ключевых механизмов синтеза НЧ и взаимодействия НЧ с другими объектами, особенно в биомедицинских и терапевтических системах. В заключение проанализированы проблемы микрофлюидного синтеза и применения НЧ, а также перспективные направления, включая крупномасштабное производство НЧ и разработку гибридных составов и устройств.