ES3047482T3 - Bifurcating mixers and methods of their use and manufacture - Google Patents

Abstract

Se describen mezcladores fluídicos con flujo fluídico bifurcado a través de elementos mezcladores toroidales. Los mezcladores funcionan, al menos parcialmente, mediante vórtice Dean. Por lo tanto, se denominan Mezcladores Bifurcadores Vórtice Dean ("DVBM"). Los DVBM utilizan el vórtice Dean y la bifurcación asimétrica de los canales fluídicos que los conforman para lograr una mezcla microfluídica optimizada. Los mezcladores DVBM descritos pueden incorporarse a cualquier dispositivo fluídico (p. ej., microfluídico) conocido por los expertos en la materia donde se desee mezclar dos o más fluidos. Los mezcladores descritos pueden combinarse con cualquier elemento fluídico conocido por los expertos en la materia, incluyendo jeringas, bombas, entradas, salidas, mezcladores no DVBM, calentadores, ensayos, detectores, etc. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Mezcladores bifurcantes y métodos para su uso y fabricación

[0003] Referencia cruzada a solicitud relacionada

[0004] Esta solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente de EE. UU. N.° 62/275,630 presentada el 6 de enero de 2016.

[0005] Antecedentes

[0006] Los desarrollos recientes han permitido utilizar mezcladores microfluídicos de alto rendimiento para fabricar nanopartículas a caudales relevantes desde el punto de vista industrial (por ejemplo, de 10 a 12 ml/min). Si bien estos mezcladores han tenido una aceptación significativa en el mercado de desarrollo de fármacos, los mezcladores utilizados en la actualidad son difíciles de fabricar y tienen ciertas limitaciones de rendimiento. Al mismo tiempo, existe un mercado para un mezclador que puede funcionar a volúmenes mucho más pequeños (del orden de cien microlitros). El elevado caudal requerido para operar los mezcladores existentes, junto con el volumen perdido, los hacen inadecuados para tal aplicación. Una solución sería miniaturizar las tecnologías existentes, tales como un mezclador escalonado en espiga (SHM), con dimensiones más pequeñas. Sin embargo, un dispositivo de este tipo requeriría características de < 50 gm, lo que sería difícil de fabricar utilizando las herramientas empleadas tradicionalmente para mecanizar herramientas de moldeo por inyección (el método preferido de producción en masa de dispositivos microfluídicos de plástico).

[0007] En vista de las dificultades inherentes a la miniaturización de los mezcladores microfluídicos tradicionales, se necesitan nuevos diseños de mezcladores que permitan una fabricación económica para continuar la expansión comercial del uso de mezcladores microfluídicos.

[0008] Compendio

[0009] Este compendio se proporciona para introducir una selección de conceptos de forma simplificada que se describen con más detalle a continuación en la descripción detallada. Este compendio no pretende identificar las características clave de la materia objeto, ni pretende usarse como una ayuda para determinar el alcance de la materia objeto.

[0010] En ciertas realizaciones en el presente documento se describen nuevas configuraciones de dispositivos microfluídicos que funcionan como mezcladores eficientes. En ciertas realizaciones, estos nuevos mezcladores pueden fabricarse usando herramientas de moldeo por inyección, lo que permite la fabricación económica y eficiente de los dispositivos.

[0011] En un aspecto, se proporciona un mezclador que funciona mediante formación de vórtice de Dean para mezclar al menos un primer líquido y un segundo líquido, comprendiendo el mezclador un canal de entrada que conduce a una pluralidad de elementos de mezcla toroidales dispuestos en serie, en donde la pluralidad de elementos de mezcla toroidales incluye un primer elemento de mezcla toroidal aguas abajo del canal de entrada y un segundo elemento de mezcla toroidal en comunicación de fluido con el primer elemento de mezcla toroidal a través de una primera región de cuello, y en donde el primer elemento de mezcla toroidal define un primer ángulo de cuello entre el canal de entrada y la primera región de cuello.

[0012] En otro aspecto, se proporcionan métodos de utilización de los mezcladores descritos en el presente documento. En una realización, el método incluye mezclar un primer líquido con un segundo líquido haciendo fluir (por ejemplo, impulsando o empujando) un primer líquido y un segundo líquido a través de un mezclador como se describe en el presente documento para producir una solución mezclada.

[0013] En otro aspecto, se proporcionan métodos de fabricación de los mezcladores. En una realización, se proporciona un método que incluye formar un molde maestro usando una fresa de extremo, en donde el molde maestro está configurado para formar mezcladores DVBM de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento.

[0014] La invención está definida en las reivindicaciones adjuntas.

[0015] Por ejemplo, el documento KR 20100060476 A describe un mezclador según el preámbulo de la reivindicación Descripción de los dibujos

[0016] Los aspectos anteriores y muchas de las ventajas inherentes de esta invención se apreciarán más fácilmente cuando se entiendan mejor haciendo referencia a la siguiente descripción detallada, cuando se consideran junto con los dibujos adjuntos, en donde:

[0017] La figura 1 es una micrografía de mezcladores bifurcantes de vórtice de Dean (“DVBM”) a modo de ejemplo que mezcla dos líquidos de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento.

[0018] Las figuras 2 a 4 son ilustraciones esquemáticas de partes de mezcladores DVBM de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento.

[0019] La figura 5 es una ilustración de un mezclador DVBM a modo de ejemplo de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento.

[0020] La figura 6 es una ilustración esquemática de una parte de un mezclador DVBM de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento.

[0021] La figura 7 ilustra gráficamente el tiempo de mezcla medido en un DVBM a modo de ejemplo en varios ángulos de cuello.

[0022] La figura 8 ilustra gráficamente el tiempo de mezcla medido de mezcladores DVBM a modo de ejemplo y comparativos.

[0023] La figura 9 ilustra gráficamente la comparación del tamaño de partícula y el índice de polidispersidad (“PDI”) para un mezclador escalonado en espiga y dos mezcladores DVBM a modo de ejemplo.

[0024] La figura 10 es una micrografía de un mezclador DVBM antes de la mezcla. Esta imagen sirve como “plantilla” para el análisis de imágenes.

[0025] La figura 11 es una micrografía de un mezclador DVBM en funcionamiento, en donde se mezclan un líquido transparente y uno azul para formar un líquido amarillo en el extremo derecho de la imagen (es decir, se ha completado la mezcla).

[0026] La figura 12 es una micrografía que muestra los círculos detectados usando la transformada circular de Hough. Las figuras 13A-13C son imágenes procesadas de plantillas y datos de mezcladores.

[0027] La figura 14 es una imagen de plantilla con una máscara aplicada.

[0028] La figura 15 es una imagen de datos (mezcla) con una máscara aplicada.

[0029] La figura 16 es una imagen de datos (mezcla) con píxeles contados en blanco.

[0030] La figura 17 ilustra gráficamente el tamaño y las características del PDI de los liposomas producidos por el DVBM representativo de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento.

[0031] La figura 18 ilustra gráficamente el tamaño y las características del PDI de una partícula terapéutica encapsulada en emulsión producida por un DVBM representativo de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento, y una comparación con una partícula de emulsión que no contiene agentes terapéuticos de composición por lo demás similar.

[0032] La figura 19 ilustra gráficamente el tamaño y las características del PDI de los liposomas producidos por el DVBM representativo de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento.

[0033] Descripción detallada

[0034] Cuando el fluido fluye a través de un canal curvo, el fluido hacia el centro del canal es empujado hacia fuera debido a la fuerza centrípeta y a la mayor velocidad del fluido en este lugar (causada por las condiciones límite de no deslizamiento). La acción de estas fuerzas produce la rotación del fluido perpendicular al canal en una forma conocida como vórtice de Dean.

[0035] En el presente documento se describen mezcladores fluídicos que tienen un flujo fluídico bifurcado a través de elementos de mezcla toroidales. Los mezcladores funcionan, al menos parcialmente, mediante formación de vórtice de Dean. En consecuencia, los mezcladores se denominan mezcladores bifurcantes de vórtice de Dean (“DVBM”). Los DVBM utilizan la formación de vórtice de Dean y la bifurcación asimétrica de los canales fluídicos que forman los mezcladores para lograr el objetivo de una mezcla microfluídica optimizada. Los mezcladores DVBM descritos se pueden incorporar en cualquier dispositivo fluídico (por ejemplo, microfluídico) conocido por los expertos en la materia en el que se desee mezclar dos o más fluidos. Los mezcladores descritos se pueden combinar con cualquier elemento fluídico conocido por los expertos en la materia, incluyendo jeringas, bombas, entradas, salidas, mezcladores sin DVBM, calentadores, ensayos, detectores y similares.

[0037] Los mezcladores DVBM proporcionados incluyen una pluralidad de elementos de mezcla toroidales (también denominados en esta invención “mezcladores toroidales”). Tal como se usa en esta invención, “toroide” se refiere a una estructura generalmente circular que tiene dos canales en forma de “rama” que definen una circunferencia del toroide entre una entrada y una salida del mezclador toroidal. Los mezcladores toroidales son circulares en ciertas realizaciones. En otras realizaciones, los mezcladores toroidales no son perfectamente circulares y, en cambio, pueden tener una forma ovalada o no regular.

[0039] En un aspecto, se proporciona un mezclador que funciona mediante la formación de vórtice de Dean para mezclar al menos un primer líquido y un segundo líquido, comprendiendo el mezclador un canal de entrada que conduce a una pluralidad de elementos de mezcla toroidales dispuestos en serie, en donde la pluralidad de elementos de mezcla toroidales incluye un primer elemento de mezcla toroidal aguas abajo del canal de entrada y un segundo elemento de mezcla toroidal en comunicación de fluido con el primer elemento de mezcla toroidal a través de una primera región de cuello, y en donde el primer elemento de mezcla toroidal define un primer ángulo de cuello entre el canal de entrada y la primera región de cuello.

[0041] En el DVBM, dos (o más) fluidos entran en el mezclador, por ejemplo, a través de un canal de entrada, desde dos (o más) entradas separadas, cada una de las cuales introduce uno de los dos (o más) fluidos para que sean mezclados. Los dos fluidos fluyen y se combinan inicialmente en una región, pero luego encuentran una bifurcación en la trayectoria del flujo en dos canales curvos de diferentes longitudes. Estos dos canales curvos se denominan en el presente documento “ramas” de un mezclador toroidal. Las diferentes longitudes tienen diferentes impedancias (la impedancia se define en el presente documento como presión/caudal (por ejemplo, (PSI*min) /ml). En una realización, la relación de impedancia en la primera rama en comparación con la segunda rama es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 10:1. Este desequilibrio hace que entre más líquido en una rama que en la otra. El desequilibrio de la impedancia da como resultado una relación de volumen en las dos ramas, relación que es muy similar a la relación de impedancia. Por consiguiente, en una realización, la relación entre el flujo volumétrico en la primera rama en comparación con la segunda rama es de aproximadamente 1:1 a aproximadamente 10:1. La impedancia (o impedancia por longitud * viscosidad) es bastante independiente del funcionamiento del dispositivo.

[0043] Si la sección transversal de las ramas es la misma, entonces se logra una impedancia diferente con una longitud diferente y se produce una mezcla. Si hay una impedancia real de 1:1, los volúmenes se dividen en partes iguales entre las dos ramas, pero la mezcla se sigue produciendo mediante la formación de vórtice de Dean; sin embargo, en tal situación, los beneficios de la bifurcación no se aprovechan al máximo.

[0045] En la figura 1 se representa un DVBM a modo de ejemplo que tiene una serie de cuatro mezcladores toroidales.

[0046] En una realización, los canales (por ejemplo, las ramas) del mezclador tienen un área de sección transversal latitudinal aproximadamente uniforme (por ejemplo, altura y anchura). Los canales se pueden definir usando medidas estándar de anchura y altura. En una realización, los canales tienen una anchura de aproximadamente 100 a aproximadamente 500 micras y una altura de aproximadamente 50 a aproximadamente 200 micras. En una realización, los canales tienen una anchura de aproximadamente 200 a aproximadamente 400 micras y una altura de aproximadamente 100 a aproximadamente 150 micras. En una realización, los canales tienen una anchura de aproximadamente 100 micras a aproximadamente 1 mm y una altura de aproximadamente 100 micras a aproximadamente 1 mm. En una realización, los canales tienen una anchura de aproximadamente 100 micras a aproximadamente 2 mm y una altura de aproximadamente 100 micras a aproximadamente 2 mm.

[0047] En otra realización, las áreas del canal varían dentro de un toroide individual o dentro de un par de toroides. El diámetro hidrodinámico se usa a menudo para caracterizar las dimensiones de los canales microfluídicos. Como se usa en el presente documento, el diámetro hidrodinámico se define usando las dimensiones de anchura y altura del canal tal como (2* anchura* altura)/(anchura altura). En una realización, los canales del mezclador tienen un diámetro hidrodinámico de aproximadamente 20 micras a aproximadamente 2 mm. En una realización, los canales del mezclador tienen un diámetro hidrodinámico de aproximadamente 20 micras a aproximadamente 1 mm. En una realización, los canales del mezclador tienen un diámetro hidrodinámico de aproximadamente 20 micras a aproximadamente 300 micras. En una realización, los canales del mezclador tienen un diámetro hidrodinámico de aproximadamente 113 micras a aproximadamente 181 micras. En una realización, los canales del mezclador tienen un diámetro hidrodinámico de aproximadamente 150 micras a aproximadamente 300 micras. En una realización, los canales del mezclador tienen un diámetro hidrodinámico de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 2 mm. En una realización, los canales del mezclador tienen un diámetro hidrodinámico de aproximadamente 500 micras a aproximadamente 2 mm.

[0048] En una realización, el mezclador es un mezclador microfluídico, en donde las ramas de los elementos mezcladores toroidales tienen dimensiones microfluídicas.

[0050] Para mantener el flujo laminar y mantener el comportamiento de las soluciones en los dispositivos microfluídicos predecibles y los procedimientos repetibles, los sistemas están diseñados para soportar el flujo a números de Reynolds bajos. En una realización, el primer mezclador está dimensionado y configurado para mezclar la primera solución y la segunda solución con un número de Reynolds inferior a 2000. En una realización, el primer mezclador está dimensionado y configurado para mezclar la primera solución y la segunda solución con un número de Reynolds inferior a 1000. En una realización, el primer mezclador está dimensionado y configurado para mezclar la primera solución y la segunda solución con un número de Reynolds inferior a 900. En una realización, el primer mezclador está dimensionado y configurado para mezclar la primera solución y la segunda solución con un número de Reynolds inferior a 500.

[0052] Haciendo referencia a la figura 2 y a la figura 3, se proporcionan dispositivos ilustrativos para explicar mejor las realizaciones descritas en el presente documento. La figura 2 ilustra esquemáticamente la diferencia de impedancia obtenida al cambiar la longitud del canal en un DVBM. En este caso, hay cuatro longitudes de trayectoria diferentes: L a para la trayectoria A, Lb para la trayectoria B, Lc para la trayectoria C y Ld para la trayectoria D. La relación de impedancia del primer toroide será, por lo tanto, Lb: La y Lc: Ld. La figura 3 ilustra esquemáticamente la diferencia de impedancia obtenida al cambiar la anchura del canal en un DVBM. En este caso, hay cuatro anchuras de canal diferentes: wa para la trayectoria A, wb para la trayectoria B, wc para la trayectoria C y wd para la trayectoria D. La relación de impedancia del primer par de toroides será, por lo tanto, (aproximadamente) wa:wb y wc:wd

[0054] Los mezcladores ilustrados incluyen dos elementos de mezcla toroidales, cada uno definido por cuatro “ramas” (A-D) a través de las cuales el fluido fluirá a lo largo de las cuatro “trayectorias” (A-D) para el fluido creado por las ramas. El desequilibrio de impedancia resultante de las trayectorias creadas en los dispositivos hace que pase más fluido por la trayectoria A (en la rama A) que por la trayectoria B (en la rama B). Estos canales curvos están diseñados para inducir la formación de vórtice de Dean. Al salir de estos canales curvos, el fluido se vuelve a recombinar y es dividido por una segunda bifurcación. Sin embargo, como antes, esta división conduce a dos canales de impedancias diferentes; esta vez, la relación de sus impedancias se ha invertido. En la figura 2, la trayectoria C (a través de la rama C) tendría menos impedancia que la trayectoria D (a través de la rama D) e igual a la de la trayectoria A. Del mismo modo, la trayectoria D y la trayectoria B coincidirían. Como resultado, la trayectoria C contendrá fluidos tanto de la trayectoria A como de la trayectoria B. Cuando este patrón de bifurcaciones que conduce a impedancias alternas se repite durante varios ciclos, los dos fluidos se “amasan” juntos (por ejemplo, como lo ilustran visualmente los cambios de color en la FIGURA 1), lo que da lugar a un aumento del área de contacto entre los dos y, por lo tanto, a una disminución del tiempo de mezcla. Este amasado es el mismo mecanismo utilizado por un mezclador escalonado en espiga (SHM), pero se consigue utilizando estructuras planas más simples.

[0056] Como se ilustra en la figura 2, las longitudes de las dos ramas de un elemento mezclador toroidal se combinan para totalizar la circunferencia del toroide definida a través de una línea central de la anchura de los canales de las dos ramas. Los dos puntos en los que se juntan las ramas (por ejemplo, el inicio y el final de la trayectoria de flujo del elemento de mezcla toroidal) están definidos por el lugar donde una línea central a través de la entrada, la salida o el cuello se junta con el toroide. Véase la FIGURA 2, donde las líneas de “flujo combinado” se juntan con las “trayectorias”.

[0058] La pérdida de presión en una longitud determinada de un canal viene dada por la ecuación:

[0061]

[0064] en donde

[0066] R<h>: resistencia hidráulica

[0067] y

[0068] Q: caudal volumétrico

[0070] para un canal de anchura w y altura h (donde h < w)

[0073]

[0074] donde g es la viscosidad del fluido y L es la longitud del canal. A partir de esta expresión, queda claro que la relación de impedancia se puede obtener variando cualquiera de L (figura 2) o w (figura 3) si h se mantiene constante.

[0076] El término “radio interior” (R) se define como el radio del interior de la característica toroidal. La figura 4 ilustra esquemáticamente el radio interior (R) de un elemento mezclador toroidal.

[0078] El radio exterior de un toroide se define como el radio interior más la anchura del canal de la rama a través del cual se mide el radio. Como se indica en otra parte del presente documento, en ciertas realizaciones las dos ramas de un toroide tienen la misma anchura; en otras realizaciones, las dos ramas tienen anchuras diferentes. Por lo tanto, un solo toroide puede tener un radio que difiere dependiendo de la ubicación de la medición. En tales realizaciones, el radio exterior puede ser definido por el promedio de los radios exteriores alrededor del toroide. El radio más grande de un toroide de radio variable se define como la mitad de la longitud de una línea que une los puntos más alejados en lados opuestos del centro del toroide.

[0080] En una realización, el mezclador incluye una pluralidad de elementos de mezcla toroidales ("toroides"). En una realización, la pluralidad de toroides tienen todos aproximadamente el mismo radio. En una realización, no todos los toroides tienen aproximadamente el mismo radio. En una realización, el mezclador incluye uno o más pares de toroides. En una realización, los dos toroides de los pares de toroides tienen aproximadamente los mismos radios. En otra realización, los dos toroides tienen radios diferentes. En una realización, el mezclador incluye un primer par y un segundo par. En una realización, los radios de los toroides del primer par son aproximadamente los mismos que los radios de los toroides del segundo par. En una realización, los radios de los toroides del primer par no son aproximadamente los mismos que los radios de los toroides del segundo par.

[0081] Los mezcladores descritos en el presente documento incluyen dos o más toroides para mezclar adecuadamente los dos o más líquidos que se mueven a través de los mezcladores. En ciertas realizaciones, el mezclador incluye una estructura fundamental que consiste en dos toroides unidos juntos como un par (por ejemplo, como se ilustra en la figura 5). Los dos toroides están unidos por un cuello que forma un ángulo de cuello. En una realización, el mezclador incluye de 1 a 10 pares de toroides (es decir, de 2 a 20 toroides), en donde los pares se definen como teniendo aproximadamente las mismas características (aunque los dos toroides de cada par pueden ser diferentes), en términos de impedancia, estructura y capacidad de mezcla. En una realización, el mezclador incluye de 2 a 8 pares de toroides. En una realización, el mezclador incluye de 2 a 6 pares de toroides.

[0083] En otra realización, tanto si los toroides están dispuestos en pares como si no, el mezclador incluye de 2 a 20 toroides.

[0085] La figura 5 es un mezclador representativo que incluye una serie de pares de toroides que se repiten, 8 toroides en total en 4 pares. En cada par, el primer toroide tiene “ramas” de longitud a y b, en el segundo toroide las ramas tienen longitud c y d. En una realización, las longitudes a y c son iguales y b y d son iguales. En otra realización, la relación de a:b es igual a c:d. El mezclador de la figura 5 es un ejemplo de un mezclador con anchura de canal, radios toroidales, ángulo de cuello (120 grados) y longitud de cuello uniformes.

[0087] Las longitudes de las ramas de los toroides pueden ser iguales o diferentes entre pares de toroides. Haciendo referencia a la figura 2 y a la figura 6, las dos ramas de al menos un toroide son diferentes, para producir un ángulo de cuello. En una realización, las ramas del primer toroide en un mezclador son de 0,1 mm a 2 mm. En otra realización, todas las ramas de los toroides del mezclador están dentro de este intervalo.

[0089] En su forma más simple, un mezclador que utiliza la formación de vórtice de Dean incluye una serie de toroides sin ningún “cuello” entre los toroides. Sin embargo, este concepto simplificado daría como resultado una característica afilada de “filo de navaja” donde los dos toroides se juntan. No sería posible mecanizar un molde para tal característica usando técnicas de mecanizado estándar. Los dos medios más sencillos para superar esto serían introducir un radio en esta característica (donde el radio sería el mismo que el de la fresa de extremo utilizada) o crear una región de canal, o “cuello”, entre los toroides. Como muestran las mediciones de la velocidad de mezcla (véase la sección Ejemplos de pruebas y resultados de dispositivos más adelante), ambas modificaciones dan como resultado un rendimiento de mezcla reducido. Es probable que esta pérdida de rendimiento se deba a la pérdida del cambio repentino de dirección que el fluido se ve obligado a realizar para entrar en el siguiente toroide. Para superar esta pérdida de rendimiento, el DVBM utiliza un “cuello” angulado entre los toroides.

[0091] El ángulo de cuello se define como el ángulo más corto formado en relación con el centro de cada toroide definido por las líneas que pasan por el centro del canal de entrada y el canal de salida de cada toroide. La figura 6 ilustra esquemáticamente la medición del ángulo de cuello en las realizaciones descritas.

[0092] Cada par de toroides está estructurado según el ángulo de cuello entre ellos. En los toroides adyacentes a un canal de entrada o salida (es decir, el toroide al principio o al final de una pluralidad de toroides), el ángulo de cuello es el ángulo definido asumiendo que el canal de entrada o salida es el cuello de ese toroide.

[0094] En una realización, el ángulo de cuello es aproximadamente el mismo para cada toroide del dispositivo. En otra realización, hay una pluralidad de ángulos de cuello, de modo que no todos los toroides tienen el mismo ángulo de cuello.

[0096] En una realización, el ángulo de cuello es de 0 a 180 grados. En otra realización, el ángulo de cuello es de 90 a 180 grados. En otra realización, el ángulo de cuello es de 90 a 150 grados. En otra realización, el ángulo de cuello es de 100 a 140 grados. De acuerdo con la invención, el ángulo de cuello es de 110 a 130 grados. En otra realización, el ángulo de cuello es de aproximadamente 120 grados.

[0098] Haciendo referencia a la figura 6, la longitud de cuello se define como la distancia entre los puntos de los toroides adyacentes donde cambia la dirección de la curva.

[0100] En una realización, la longitud de cuello es al menos el doble del radio de curvatura de la fresa de extremo usada para fabricar el mezclador. En una realización, el cuello tiene una longitud de al menos 0,05 mm. En una realización, el cuello tiene una longitud de al menos 1 mm. En una realización, el cuello tiene una longitud de al menos 0.2 mm. En una realización, el cuello tiene una longitud de al menos 0.25 mm. En una realización, el cuello tiene una longitud de al menos 0.3 mm. En una realización, el cuello tiene una longitud de 0,05 mm a 2 mm. En una realización, el cuello tiene una longitud de 0,2 mm a 2 mm.

[0102] Con respecto a los materiales usados para formar los mezcladores, se puede usar cualquier material conocido o desarrollado en el futuro que se pueda utilizar para formar dispositivos fluídicos. En una realización, el mezclador comprende un polímero seleccionado del grupo formado por polipropileno, policarbonato, COC, COP, PDMS, poliestireno, nylon, acrílico, HDPE, LDPE, otras poliolefinas y combinaciones de los mismos. También se pueden usar materiales no poliméricos para fabricar los mezcladores, incluidos los vidrios inorgánicos, tales como los vidrios tradicionales a base de sílice, metales y cerámicas.

[0104] En ciertas realizaciones, se incluye una pluralidad de mezcladores en el mismo “chip” (es decir, un único sustrato que contiene múltiples mezcladores). En tales realizaciones, se considera que un mezclador DVBM es una pluralidad de elementos de mezcla toroidales en serie que comienzan y terminan con un canal de entrada y salida, respectivamente. Por lo tanto, un chip con múltiples mezcladores incluye una realización con múltiples mezcladores DVBM (cada uno de los cuales comprende una pluralidad de elementos de mezcla toroidales) dispuestos en configuración paralela o en serie. En otra realización, la pluralidad de mezcladores incluye uno o más mezcladores DVBM y un mezclador no DVBM (por ejemplo, un SHM). Al combinar los tipos de mezcladores, las potencias de cada tipo de mezclador se pueden utilizar en un solo dispositivo.

[0106] Métodos de utilización

[0108] En otro aspecto, se proporcionan métodos de utilización de los mezcladores descritos en el presente documento. En una realización, el método incluye mezclar un primer líquido con un segundo líquido haciendo fluir (por ejemplo, impulsando o empujando) un primer líquido y un segundo líquido a través de un mezclador, como se describe en el presente documento, para producir una solución mezclada. Dichos métodos se describen en detalle en otra parte del presente documento en el contexto de la definición de los dispositivos DVBM y su rendimiento. Los mezcladores descritos se pueden usar para cualquier aplicación de mezcla conocida por los expertos en la materia en la que se mezclan dos o más vapores de líquidos a volúmenes relativamente bajos (por ejemplo, a nivel microfluídico).

[0110] En una realización, el mezclador está incorporado en un dispositivo más grande que incluye una pluralidad de mezcladores (que incluyen DVBM), y el método comprende además hacer fluir el primer líquido y el segundo líquido a través de la pluralidad de mezcladores para formar la solución mezclada. Esta realización se refiere a la paralelización de los mezcladores para producir mayores volúmenes de mezcla en un solo dispositivo.

[0111] En una realización, la primera solución comprende un primer disolvente. En una realización, el primer disolvente es una solución acuosa. En una realización, la solución acuosa es un tampón de pH definido.

[0113] En una realización, el primer líquido comprende una o más macromoléculas en un primer disolvente.

[0115] En una realización, la macromolécula es un ácido nucleico. En otra realización, la macromolécula es una proteína. En una realización adicional, la macromolécula es un polipéptido.

[0117] En una realización, el primer líquido comprende uno o más compuestos de bajo peso molecular en un primer disolvente.

[0118] En una realización, el segundo líquido comprende materiales formadores de partículas lipídicas en un segundo disolvente.

[0119] En una realización, el segundo líquido comprende materiales formadores de partículas lipídicas en un segundo disolvente.

[0120] En una realización, el segundo líquido comprende materiales formadores de partículas lipídicas en un segundo disolvente.

[0121] En una realización, el segundo líquido comprende materiales formadores de partículas lipídicas en un segundo disolvente.

[0122] En una realización, el segundo líquido comprende materiales formadores de partículas poliméricas y una o más macromoléculas en un segundo disolvente.

[0123] En una realización, el segundo líquido comprende materiales formadores de partículas poliméricas y uno o más compuestos de bajo peso molecular en un segundo disolvente.

[0124] En una realización, la solución mezclada incluye partículas producidas mezclando el primer líquido y el segundo líquido. En una realización, las partículas se seleccionan del grupo formado por nanopartículas lipídicas y nanopartículas poliméricas.

[0125] Métodos de fabricación

[0126] En otro aspecto, se proporcionan métodos de fabricación de los mezcladores. En una realización, se proporciona un método que incluye formar un molde maestro usando una fresa de extremo, en donde el molde maestro está configurado para formar mezcladores DVBM de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento. Si bien en ciertas realizaciones se usa una fresa de extremo para fabricar el maestro, en otras realizaciones el maestro se forma usando técnicas que incluyen la litografía o la electroformación. En tales realizaciones, R es el tamaño mínimo de característica que permite una técnica particular.

[0127] En el caso de que el dispositivo es producido mediante moldeo por inyección y el inserto de moldeo por inyección se es producido mediante fresado, el radio interior (R) del elemento de mezcla toroidal es mayor o igual que el radio de la fresa de extremo utilizada para producir el molde para formar el mezclador. Para la producción en masa, ya sea que se lleve a cabo mediante estampado, fundición, moldeo o cualquier otra técnica de replicación, es necesario fabricar una matriz (por ejemplo, un molde). Una matriz de este tipo se fabrica más fácilmente usando una fresadora de precisión. Durante el fresado, una herramienta de corte giratoria de alta velocidad, conocida como fresa de extremo, hace pasar una pieza de material macizo (tal como una placa de acero) para eliminar ciertas secciones y formar las características deseadas. Por lo tanto, el radio de la fresa de extremo define el radio mínimo de cualquier característica que se vaya a formar. Las matrices también pueden producirse mediante otras técnicas, como la litografía, la electroformación u otras, en cuyo caso la resolución de la técnica elegida definirá el radio interior mínimo del toroide. En una realización, el radio interior del mezclador es de 0,1 mm a 2 mm. En una realización, el radio interior del mezclador es de 0,1 mm a 1 mm.

[0128] Definiciones

[0129] Microfluídico

[0130] Tal como se usa en el presente documento, el término “microfluídico” se refiere a un sistema o dispositivo para manipular (por ejemplo, hacer fluir, mezclar, etc.) una muestra de fluido que incluye al menos un canal que tiene dimensiones a escala micrométrica (es decir, dimensiones menores que 1 mm).

[0131] Material terapéutico

[0132] Tal como se usa en el presente documento, el término “material terapéutico” se define como una sustancia destinada a proporcionar actividad farmacológica o a tener de otro modo un efecto directo en el diagnóstico, la cura, la mitigación, la comprensión, el tratamiento o la prevención de una enfermedad, o a tener un efecto directo en el restablecimiento, corrección o modificación de las funciones fisiológicas. El material terapéutico incluye, pero no se limita a, fármacos de moléculas pequeñas, ácidos nucleicos, proteínas, péptidos, polisacáridos, iones inorgánicos y radionúclidos.

[0133] Nanopartículas

[0135] Tal como se usa en el presente documento, el término “nanopartículas” se define como una partícula homogénea que comprende más de un material componente (por ejemplo, lípido, polímero, etc.) que se usa para encapsular un material terapéutico y posee una dimensión más pequeña que es inferior a 250 nanómetros. Las nanopartículas incluyen, pero no se limitan a, nanopartículas lipídicas y nanopartículas poliméricas. En una realización, los dispositivos están configurados para formar nanopartículas lipídicas. En una realización, los dispositivos están configurados para formar nanopartículas poliméricas. En una realización, se proporcionan métodos para formar nanopartículas lipídicas. En una realización, se proporcionan métodos para formar nanopartículas poliméricas.

[0137] Nanopartículas lipídicas

[0139] En una realización, las nanopartículas lipídicas comprenden:

[0141] (a) un núcleo; y

[0142] (b) una cubierta que rodea al núcleo, en donde la cubierta comprende un fosfolípido.

[0144] En una realización, el núcleo comprende un lípido (por ejemplo, un triglicérido de ácido graso) y es sólido. En otra realización, el núcleo es líquido (por ejemplo, acuoso) y la partícula es una vesícula, tal como un liposoma. En una realización, la cubierta que rodea el núcleo es una monocapa.

[0146] Como se indicó anteriormente, en una realización, el núcleo lipídico comprende un triglicérido de ácido graso. Los triglicéridos de ácidos grasos adecuados incluyen triglicéridos de ácidos grasos C8-C20. En una realización, el triglicérido de ácido graso es un triglicérido de ácido oleico.

[0148] La nanopartícula lipídica incluye una cubierta que comprende un fosfolípido que rodea el núcleo. Los fosfolípidos adecuados incluyen diacilfosfatidilcolinas, diacilfosfatidiletanolaminas, ceramidas, esfingomielinas, dihidroesfingomielinas, cefalinas y cerebrosidos. En una realización, el fosfolípido es una diacilfosfatidilcolina de ácido graso C8-C20. Un fosfolípido representativo es la 1 -palmitoil-2-oleoilfosfatidilcolina (POPC).

[0150] En ciertas realizaciones, la proporción de fosfolípidos respecto de triglicéridos de ácidos grasos es de 20:80 (mol:mol) a 60:40 (mol:mol). Preferiblemente, el triglicérido está presente en una proporción superior al 40% e inferior al 80%.

[0152] En ciertas realizaciones, la nanopartícula comprende además un esterol. Los esteroles representativos incluyen el colesterol. En una realización, la relación entre fosfolípidos y colesterol es de 55:45 (mol:mol). En realizaciones representativas, la nanopartícula incluye del 55 al 100% de POPC y hasta un 10% en moles de lípido PEG.

[0154] En otras realizaciones, las nanopartículas lipídicas de la divulgación pueden incluir uno o más de otros lípidos que incluyen fosfoglicéridos, cuyos ejemplos representativos incluyen fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilinositol, ácido fosfatídico, palmitoiloleoilfosfatidilcolina, lisofosfatidilcolina, lisofosfatidiletanolamina, dipalmitoilfosfatidilcolinadilcolina, dioleoilfosfatidilcolina, diestearoilfosfatidilcolina y dilinoleoilfosfatidilcolina. Son útiles otros compuestos que carecen de fósforo, tales como las familias de esfingolípidos y glucoesfingolípidos. Los triacilgliceroles también son útiles.

[0156] Las nanopartículas representativas de la descripción tienen un diámetro de aproximadamente 10 a aproximadamente 100 nm. El límite de diámetro inferior es de aproximadamente 10 a aproximadamente 15 nm.

[0157] Las nanopartículas lipídicas de tamaño límite de la descripción pueden incluir uno o más compuestos de peso molecular bajo que se utilizan como agentes terapéuticos y/o de diagnóstico. Estos agentes están contenidos normalmente dentro del núcleo de la partícula. Las nanopartículas de la descripción pueden incluir una amplia variedad de agentes terapéuticos y/o de diagnóstico.

[0159] Los agentes terapéuticos adecuados incluyen agentes quimioterapéuticos (es decir, agentes antineoplásicos), agentes anestésicos, bloqueadores beta-adrenérgicos, agentes antihipertensivos, agentes antidepresivos, agentes anticonvulsivos, agentes antieméticos, agentes antihistamínicos, agentes antiarrítmicos y agentes antipalúdicos.

[0161] Los agentes antineoplásicos representativos incluyen doxorrubicina, daunorrubicina, mitomicina, bleomicina, estreptozocina, vinblastina, vincristina, mecloretamina, clorhidrato, melfalán, ciclofosfamida, trietilenetiofosforamida, carmaustina, lomustina, semustina, fluorouracilo, hidroxiurea, tioguanina, tarabina, floxuridina, decarbazina, cisplatino, procarbazina, vinorelbina, ciprofloxación, norfloxacino, paclitaxel, docetaxel, etopósido, bexaroteno, tenipósido, tretinoína, isotretinoína, sirolimus, fulvestrant, valrubicina, vindesina, leucovorina, tecán, capecitabina, gemcitabina, clorhidrato de mitoxantrona, oxaliplatino, adriamicina, metotrexato, carboplatino, estramustina y sales farmacéuticamente aceptables de los mismos.

[0163] En otra realización, las nanopartículas lipídicas son nanopartículas lipídicas de ácido nucleico.

[0165] El término “nanopartículas de ácido nucleico-lípido” se refiere a nanopartículas de lípidos que contienen un ácido nucleico. Las nanopartículas lipídicas incluyen uno o más lípidos catiónicos, uno o más segundos lípidos y uno o más ácidos nucleicos.

[0167] Lípido catiónico.

[0169] Las nanopartículas lipídicas incluyen un lípido catiónico. Tal como se usa en el presente documento, el término “lípido catiónico” se refiere a un lípido que es catiónico o se vuelve catiónico (protonado) cuando el pH disminuye por debajo del pK del grupo ionizable del lípido, pero que es progresivamente más neutro en valores de pH más altos. En valores de pH por debajo del pK, el lípido puede entonces asociarse con ácidos nucleicos cargados negativamente (por ejemplo, oligonucleótidos). Tal como se usa en el presente documento, el término “lípido catiónico” incluye los lípidos zwitteriónicos que adoptan una carga positiva al disminuir el pH.

[0171] El término “lípido catiónico” se refiere a cualquiera de una serie de especies de lípidos que portan una carga neta positiva a un pH selectivo, tal como el pH fisiológico. Dichos lípidos incluyen, entre otros, N,N-dioleil-N,N-dimetilamonio clorudo (DODAC); N-(2,3-dioleiloxi)propil)-N,N,N-trimetilamonio cloruro (DOTMA); N,N-diestearil-N,N-dimetilamonio bromuro (DDAB); N-(2,3-dioleoiloxi)propil)-N,N,N-trimetilamonio cloruro (DOTAP); 3-(N-(N',N'-dimetilaminoetano)-carbamoil)colesterol (DC-Chol) y N-(1,2-dimiristiloxiprop-3-il)-N,N-dimetil-N-hidroxietilamonio bromuro (DMRIE). Además, están disponibles diversos preparados comerciales de lípidos catiónicos que pueden usarse en la presente divulgación. Estos incluyen, por ejemplo, LIPOFECTIN® (liposomas catiónicos disponibles comercialmente que comprenden DOTMA y 1,2-dioleoil-sn-3-fosfoetanolamina (DOPE), de GIBCO/BRL, Grand Island, NY); LIPOFECTAMINE® (liposomas catiónicos disponibles comercialmente que comprenden N-(1-(2,3-dioleiloxi)propil)-N-(2-(esperminacarboxamido)etil)-N,N-dimetilamonio trifluoroacetato (dOs PA) y (Do PE), de GIBCO/BRL); y TRANSFECTAM® (lípidos catiónicos disponibles comercialmente que comprenden dioctadecilamidoglicil carboxiespermina (DOGS) en etanol de Promega Corp., Madison, WI). Los siguientes lípidos son catiónicos y tienen una carga positiva en un pH inferior al fisiológico: DODAP, DODMA, DMDMA, 1,2-dilinoleiloxi-N, N-dimetilaminopropano (DLinDMA), 1.2- dilinoleniloxi-N, N-dimetilaminopropano (DlendMA).

[0173] En una realización, el lípido catiónico es un aminolípido. Los aminolípidos adecuados útiles en la divulgación incluyen los descritos en el documento WO2009/096558. Los aminolípidos representativos incluyen 1,2-dilinoleioxi-3- (dimetilamino) acetoxipropano (DLin-DAC), 1,2-dilinoleioxi-3-morfolinopropano (DLin-MA), 1,2-dilinoleoil-3-dimetilaminopropano (DLinDAP), 1,2-dilinoleiltio-3-dimetilaminopropano (DLin-S-DMA), 1-linoleoiloxi-2-linoleiloxi-3-dimetilaminopropano (DLin-2-DMAP), sal de cloruro de 1,2-dilinoleiloxi-3-trimetilaminopropano (DLin-TMACl), sal de cloruro de 1,2-dilinoleoil-3-trimetilaminopropano (DLin-TAPCl), 1.2- dilinoleiloxi-3- (N-Metilpiperazino) propano (DLin-MPZ), 3-(N,N-dilinoleilamino)-1,2-propanodiol (DLinAP), 3-(N,N-dioleilamino)-1,2-propanodio (DOAP), 1,2-dilinoleiloxo-3- (2-N, N-dimetilamino) etoxipropano (DLin-EG-DMA), 2,2-dilinoleil-4-dimetilaminometil-[1,3] -dioxolano (DLin-K-DMA).

[0175] Los aminolípidos adecuados incluyen los que tienen la fórmula:

[0178]

[0181] donde R<1>y R<2>son iguales o diferentes e independientemente alquilo C<10>-C<24>opcionalmente sustituido, alquenilo C<10>-C<24>opcionalmente sustituido, alquinilo C<10>-C<24>opcionalmente sustituido, o acilo C<10>-C<24>opcionalmente sustituido;

[0183] R<3>y R<4>son iguales o diferentes e independientemente alquilo C<1>-C<6>opcionalmente sustituido, alquenilo C<2>-C<6>opcionalmente sustituido, o alquinilo C<2>-C<6>opcionalmente sustituido o R<3>y R<4>pueden unirse para formar un anillo heterocíclico opcionalmente sustituido de 4 a 6 átomos de carbono y 1 o 2 heteroátomos elegidos entre nitrógeno y oxígeno;

[0185] R5 está ausente o presente y cuando está presente es hidrógeno o alquilo C<1>-C<6>;

[0186] m, n y p son iguales o diferentes e independientemente 0 o 1 con la condición de que m, n y p no sean simultáneamente 0;

[0187] q es 0, 1,2, 3 o 4; e

[0188] Y y Z son iguales o diferentes e independientemente O, S o NH.

[0190] En una realización, R<1>y R<2>son cada uno linoleílo, y el aminolípido es un aminolípido de dilinoleílo. En una realización, el aminolípido es un aminolípido de dilinoleílo.

[0192] Un aminolípido de dilinoleílo útil representativo tiene la fórmula:

[0195]

[0198] donde n es 0, 1, 2, 3 o 4.

[0200] En una realización, el lípido catiónico es un DLin-K-DMA. En una realización, el lípido catiónico es Dlin-KC2-DMA (Dlin-K-DMA anterior, en donde n es 2).

[0202] Otros lípidos catiónicos adecuados incluyen los lípidos catiónicos, que tienen una carga neta positiva aproximadamente a un pH fisiológico, además de los descritos específicamente anteriormente, N, N-dioleil-N, N-dimetilamonio cloruro (DODAC); N- (2,3-dioleiloxi) propil-N, N-N-trietilamonio cloruro (DOTMA); N, N-diestearil-N, N-dimetilamonio bromuro (DDAB); N- (2,3-dioleoiloxi) propil) -N, N, N-trimetilamonio clorudo (DOTAP); sal de cloruro de 1,2-dioleiloxi-3-trimetilaminopropano (Do Ta P-CI); 3p- (N- (N', N'-dimetilaminoetano) carbamoil) colesterol (DC-Col), N- (1- (2,3-dioleoiloxi) propil) -N-2 - trifluoracetato de (esperminacarboxamido) etil) -N, N-dimetilamonio (DOSPA), dioctadecilamidoglicilcarboxispermina (DOGS), 1,2-dioleoil-3-dimetilamonio propano (DODAP), N, N-dimetil-2,3-dioleoiloxi) propilamina (<d>O<d>MA) y N- (1,2-dimiristilamina) loxiprop-3-il) -N, N-dimetil-N-hidroxietil amonio bromuro (DMRIE). Además, se pueden usar diversos preparados comerciales de lípidos catiónicos, tales como, por ejemplo, LIPOFECTINA (que incluye DOTMA y DOPE, disponibles en GIBCO/BRL) y LIPOFECTAMINA (que comprende DOSPA y DOPE, disponible en GIb Co /BRL).

[0204] El lípido catiónico está presente en la partícula lipídica en una cantidad de aproximadamente 30 a aproximadamente 95 por ciento en moles. En una realización, el lípido catiónico está presente en la partícula lipídica en una cantidad de aproximadamente 30 a aproximadamente 70 por ciento en moles. En una realización, el lípido catiónico está presente en la partícula lipídica en una cantidad de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 por ciento en moles.

[0206] En una realización, la partícula lipídica incluye (“consiste en”) solo uno o más lípidos catiónicos y uno o más ácidos nucleicos.

[0208] Segundos lípidos. En ciertas realizaciones, las nanopartículas lipídicas incluyen uno o más segundos lípidos. Los segundos lípidos adecuados estabilizan la formación de nanopartículas durante su formación.

[0210] El término “lípido” hace referencia a un grupo de compuestos orgánicos que son ásteres de ácidos grasos y que se caracterizan por ser insolubles en agua pero solubles en muchos disolventes orgánicos. Los lípidos suelen dividirse en al menos tres clases: (1) “lípidos simples”, que incluyen grasas y aceites, así como ceras; (2) “lípidos compuestos”, que incluyen fosfolípidos y glucolípidos; y (3) “lípidos derivados”, tales como los esteroides.

[0212] Lípidos estabilizantes adecuados incluyen lípidos neutros y lípidos aniónicos.

[0213] Lípido neutro.

[0215] El término “lípido neutro” se refiere a cualquiera de una serie de especies de lípidos que existen en forma zwitteriónica neutra o sin carga en pH fisiológico. Lípidos neutros representativos incluyen diacilfosfatidilcolinas, diacilfosfatidiletanolaminas, ceramidas, esfingomielinas, dihidroesfingomielinas, cefalinas y cerebrósidos.

[0216] Lípidos a modo de ejemplo incluyen, por ejemplo, distearoilfosfatidilcolina (DSPC), dioleoilfosfatidilcolina (DOPC), dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC), dioleoilfosfatidilglicerol (DOPG), dipalmitoilfosfatidilglicerol (DPPG), dioleoilfosfatidiletanolamina (DOPE), palmitoiloleoilfosfatidilcolina (POPC), palmitoiloleoilfosfatidiletanolamina (POPE) y 4-(N-maleimidometil)-ciclohexano-1-carboxilato de dioleoilfosfatidiletanolamina (DOPE-mal), dipalmitoilfosfatidiletanolamina (DPPE), dimiristoilfosfoetanolamina (DMPE), distearoilfosfatidiletanolamina (DSPE), 16-O-monometil PE, 16-0-dimetil PE, 18-1-trans PE, 1-estearoil-2-oleoil-fosfatidiletanolamina (SOPE) y 1,2-dielaidoil-sn-glicero-3-fosfoetanolamina (transDOPE).

[0218] En una realización, el lípido neutro es 1,2-diestearoil-sn-glicero-3-fosfocolina (DSPC).

[0220] Lípido aniónico.

[0222] El término “lípido aniónico” se refiere a cualquier lípido que esté cargado negativamente en un pH fisiológico. Estos lípidos incluyen fosfatidilglicerol, cardiolipina, diacilfosfatidilserina, ácido diacilfosfatídico, N-dodecanoilfosfatidiletanolaminas, N-succinilfosfatidiletanolaminas, N-glutarilfosfatidiletanolaminas, lisilfosfatidilgliceroles, palmitoiloleilfosfatidilgliceroles hatidilglicerol (POPG) y otros grupos modificadores aniónicos unidos a lípidos neutros.

[0224] Otros lípidos adecuados incluyen glucolípidos (por ejemplo, el monosialogangliósido GM1). Otros segundos lípidos adecuados incluyen esteroles, tales como el colesterol.

[0226] Polietilenglicol-lípidos. En ciertas realizaciones, el segundo lípido es un lípido de polietilenglicol. Lípidos de polietilenglicol adecuados incluyen fosfatidiletanolamina modificada con PEG, ácido fosfatídico modificado con PEG, ceramidas modificadas con PEG (por ejemplo, PEG-CerC14 o PEG-CerC20), dialquilaminas modificadas con PEG, diacilgliceroles modificados con PEG, dialquilgliceroles modificados con PEG. Lípidos de polietilenglicol representativos incluyen PEG-c-DOMG, PEG-c-DMA y PEG-S-DMG. En una realización, el lípido de polietilenglicol es N- [(metoxi poli (etilenglicol)2000) carbamil] -1,2-dimiristiloxpropil-3-amina (PEG-c-DMA). En una realización, el lípido de polietilenglicol es PEG-c-DOMG).

[0228] En ciertas realizaciones, el segundo lípido está presente en la partícula lipídica en una cantidad de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 10 por ciento en moles. En una realización, el segundo lípido está presente en la partícula lipídica en una cantidad de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 por ciento en moles. En una realización, el segundo lípido está presente en la partícula lipídica en una cantidad de aproximadamente 1 por ciento en moles.

[0230] Ácidos Nucleicos.

[0232] Las nanopartículas lipídicas de la presente divulgación son útiles para la administración sistémica o local de ácidos nucleicos. Como se describe en este documento, el ácido nucleico se incorpora a la partícula lipídica durante su formación.

[0234] Tal como se usa en esta invención, el término “ácido nucleico” pretende incluir cualquier oligonucleótido o polinucleótido. Fragmentos que contienen hasta 50 nucleótidos se denominan generalmente oligonucleótidos, y los fragmentos más largos se denominan polinucleótidos. En realizaciones particulares, los oligonucleótidos de la presente divulgación tienen una longitud de 20 a 50 nucleótidos. En el contexto de esta divulgación, los términos “polinucleótido” y “oligonucleótido” se refieren a un polímero u oligómero de monómeros de nucleótidos o nucleósidos que consiste en bases naturales, azúcares y enlaces entre azúcares (cadena principal). Los términos “polinucleótido” y “oligonucleótido” también incluyen polímeros u oligómeros que comprenden monómeros de origen no natural, o porciones de los mismos, que funcionan de manera similar. Dichos oligonucleótidos modificados o sustituidos con frecuencia son preferidos a las formas nativas debido a propiedades tales como, por ejemplo, una mayor absorción celular y una mayor estabilidad en presencia de nucleasas. Los oligonucleótidos se clasifican como desoxirribooligonucleótidos o ribooligonucleótidos. Un desoxirribooligonucleótido consiste en un azúcar de 5 carbonos llamado desoxirrbosa unido covalentemente al fosfato en los carbonos 5' y 3' de este azúcar para formar un polímero alterno no ramificado. Un ribooligonucleótido consiste en una estructura repetitiva similar en donde el azúcar de 5 carbonos es ribosa. El ácido nucleico que está presente en una partícula lipídica según esta divulgación incluye cualquier forma de ácido nucleico conocida. Los ácidos nucleicos usados en esta invención pueden ser ADN o ARN monocatenario, o ADN o ARN bicatenario, o híbridos de ADN-ARN. Ejemplos de ADN bicatenario incluyen genes estructurales, genes que incluyen regiones de control y terminación, y los sistemas de autorreplicación, tales como el ADN viral o plasmídico. Ejemplos de ARN bicatenario incluyen siARN y otros reactivos de interferencia de ARN. Los ácidos nucleicos monocatenarios incluyen oligonucleótidos no codificantes, ribozimas, microARN, ARNm y oligonucleótidos formadores de triplex.

[0236] En una realización, el ácido polinucleico es un oligonucleótido no codificante. En ciertas realizaciones, el ácido nucleico es un ácido nucleico no codificante, una ribozima, tARN, snARN, snoARN, siARN, shARN, saARN, tARN, nARN, piARN,ncARN, miARN, mARN, lncARN, sgARN, tracrARN, ADN precondensado, a So , o un aptámero.

[0238] El término “ácidos nucleicos” también se refiere a ribonucleótidos, desoxinucleótidos, ribonucleótidos modificados, desoxirribonucleótidos modificados, oligonucleótidos de cadena principal de azúcar y fosfato modificados, otros nucleótidos, análogos de nucleótidos y combinaciones de los mismos, y pueden ser monocatenarios, bicatenarios o contener porciones de secuencias tanto bicatenarias como monocatenarias, según sea apropiado.

[0240] El término “nucleótido”, tal como se usa en esta invención, abarca genéricamente los siguientes términos, que se definen a continuación: base nucleotídica, nucleósido, análogo de nucleótido y nucleótido universal.

[0242] El término “base nucleotídica”, tal como se usa en esta invención, se refiere a un anillo o anillos aromáticos originales sustituidos o no sustituidos. En algunas realizaciones, el anillo o anillos aromáticos contienen al menos un átomo de nitrógeno. En algunas realizaciones, la base nucleotídica es capaz de formar enlaces de hidrógeno de Watson-Crick y/o Hoogsteen con una base nucleotídica adecuadamente complementaria. Los ejemplos de bases nucleotídicas y análogos de las mismas incluyen, pero no se limitan a, purinas tales como 2-aminopurina, 2,6-diaminopurina, adenina (A), etenoadenina, N6-2-isopenteniladenina (6iA), N6-2-isopentenil-2-metiltioadenina (2ms6iA), N6-metiladenina, guanina (G), isoguanina, N2-didiMetilguanina (dmG), 7-metilguanina (7 mG), 2-tiopirimidina, 6-tioguanina (6sG), hipoxantina y O6-metilguanina; 7-deazapurinas como 7-deazaadenina (7-deaza-A) y 7-deazaguanina (7-deaza-G); pirimidinas como citosina (C), 5-propinilcitosina, isocitosina, timina (T), 4- tiotimina (4sT), 5,6-dihidrotimina, O4-metiltimina, uracilo (U), 4-tiouracilo (4sU) y 5,6-dihidrouracilo (dihidrouracilo; D); indoles como el nitroindol y el 4-metilindol; pirroles como el nitropirrol; nebularina; base (Y); En algunas realizaciones, las bases nucleotídicas son bases nucleotídicas universales. Se pueden encontrar ejemplos adicionales de bases nucleotídicas en Fasman, 1989, Practical Handbook of Biochemistry and Molecular Biology, págs. 385-394, CRC Press, Boca Raton, F.la., y en las referencias citadas allí. Otros ejemplos de bases universales se pueden encontrar, por ejemplo, en Loakes, N. A. R. 2001, vol.

[0243] 29:2437-2447 y Seela N. A. R. 2000, vol. 28:3224-3232.

[0245] El término “nucleósido”, tal como se usa en este documento, se refiere a un compuesto que tiene una base nucleotídica unida covalentemente al carbono C-1' de un azúcar pentosa. En algunas realizaciones, el enlace es a través de un anillo heteroaromático de nitrógeno. Azúcares pentosa típicos incluyen, pero no se limitan a, aquellas pentosas en las que uno o más de los átomos de carbono están sustituidos independientemente por uno o más de los mismos o diferentes grupos -R, -OR, -NRR o halógeno, donde cada R es independientemente hidrógeno, alquilo (C1-C6) o arilo (C5-C14). El azúcar pentosa puede ser saturado o no saturado. Ejemplos de azúcares pentosa y análogos de los mismos incluyen, pero no se limitan a, ribosa, 2'-desoxirribosa, 2'- (C1-C6) alcoxirribosa, 2'- (C5-C14) ariloxirribosa, 2',3'-didesoxirribosa, 2',3'-dideshidroribosa, 2'-desoxi-3'-haloribosa, 2',3'-dideshidroribosa desoxi-3'-fluororibosa, 2'-desoxi-3'-clororibosa, 2'-desoxi-3'-aminoribosa, 2'-desoxi-3'-(C1-C6) alquilribosa, 2'-desoxi-3'- (C1-C6) alcoxirribosa y 2'-desoxi-3'- (C5-C14) ariloxirribosa. Véase también, por ejemplo, 2'-O-methyl, 4'-.alfa.-nucleótidos anoméricos, 1'-.alfa.-nucleótidos anoméricos (Asseline (1991) Nucl. Acids Res. 19:4067-74), 2'-4'- y 3'-4'-enlazados y otras modificaciones de "bloqueados" o "LNA", de azucar bicíclica (WO 98/22489; WO 98/39352; WO 99/14226). "LNA" o "áciso nucleico bloqueado" es un análugo de ADN que está bloqueado conformacionalmente de manera que el anillo de ribosa está limitado por un enlace de metileno entre el oxígeno 2' y el carbono 3' o 4'. La restricción de conformación impuesta por el enlace a menudo aumenta la afinidad de unión por secuencias complementarias y aumenta la estabilidad térmica de dichos dúplex.

[0247] Los azúcares incluyen modificaciones en la posición 2' o 3', tales como metoxi, etoxi, aliloxi, isopropoxi, butoxi, isobutoxi, metoxietilo, alcoxi, fenoxi, azido, amino, alquilamino, fluoro, cloro y bromo. Nucleósidos y nucleótidos incluyen el isómero configuracional D natural (forma D), así como el isómero configuracional L (forma L) (Beigelman, Pat. EE. UU. N26,251,666; Chu, Pat. EE. UU. N25,753,789; Shudo, EP0540742; Garbesi (1993) Nucl. Acids Res. 21:4159-65; Fujimori (1990) J. Amer. Chem. Soc. 112:7435; Urata, (1993) Nucleic Acids Symposium Ser. N° 29:69-70). Cuando la nucleobase es purina, por ejemplo, A o G, el azúcar ribosa se une a la posición N9 de la nucleobase. Cuando la nucleobase es pirimidina, por ejemplo, C, T o U, el azúcar pentosa se une a la posición N1 de la nucleobase (Kornberg y Baker, (1992) DNA Replication, 2nd Ed., Freeman, San Francisco, Calif.).

[0249] Uno o más de los carbonos de pentosa de un nucleósido pueden sustituirse con un éster de fosfato. En algunas realizaciones, el éster de fosfato está unido al carbono 3' o 5' de la pentosa. En algunas realizaciones, los nucleósidos son aquellos en los que la base nucleotídica es una purina, una 7-desazapurina, una pirimidina, una base nucleotídica universal, una base nucleotídica específica o un análogo de los mismos.

[0250] El término “análogo nucleotídico”, tal como se usa en esta divulgación, se refiere a realizaciones en las que el azúcar pentosa y/o la base nucleotídica y/o uno o más de los ésteres de fosfato de un nucleósido pueden reemplazarse por su análogo respectivo. En algunas realizaciones, los ejemplos de análogos de azúcar pentosa son los descritos anteriormente. En algunas realizaciones, los análogos de nucleótidos tienen un análogo de base nucleotídica como se describió anteriormente. En algunas realizaciones, los ejemplos de análogos de ésteres de fosfato incluyen, pero no se limitan a, alquilfosfonatos, metilfosfonatos, fosforamidatos, fosfotriésteres, fosforotioatos, fosforoditioatos, fosforoselenoatos, fosforodiselenoatos, fosforoanilotioatos, fosforoanilidatos, fosforoamidatos, boronofosfatos y pueden incluir contraiones asociados. Otros análogos y bases de ácidos nucleicos incluyen, por ejemplo, ácidos nucleicos intercalantes (INA, como se describe en Christensen y Pedersen, 2002) y bases AEGIS (Eragen, Pat. EE. UU. N° 5,432,272). También se pueden encontrar descripciones adicionales de diversos análogos de ácidos nucleicos, por ejemplo, en (Beaucage et al.., Tetrahedron 49 (10) :1925 (1993) y referencias en los mismos; Letsinger, J. Org. Chem. 35:3800 (1970); Sprinzl et al., Eur. J. Biochem. 81:579 (1977); Letsinger et al.., Nucl. Acids Res. 14:3487 (1986); Sawai et al., Chem. Lett. 805 (1984), Letsinger et al.., J. Am. Chem. Soc. 110:4470 (1988); y Pauwels et al.., Chemica Scripta 26:141 91.986)), phosphorothioate (Mag et al.., Nucleic Acids Res. 19:1437 (1991); y Pat. EE. UU. N° 5,644,048. Otros análogos nucleicos comprenden fosforoditioatos (Briu et al.., J. Am. Chem. Soc. 111:2321 (1989), enlaces O-metilfosforoamidita (véase Eckstein, Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach, Oxford University Press), aquellos con cadena principal positiva (Denpcy et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92:6097 (1995); cadenas principales no iónicas (Pat. EE. UU. Nos. 5,386,023, 5,386,023, 5,637,684, 5,602,240, 5,216,141, y 4,469,863. Kiedrowshi et al., Angew. Chem. Intl. Ed. Inglés 30:423 (1991); Letsinger et al., J. Am. Chem. Soc. 110:4470 (1988); Letsinger et al., Nucleoside & Nucleotide 13:1597 (194): Capítulos 2 y 3, serie 580 de simposios de la ASC, “Carbohydrate Modifications in Antisense Research”, Ed. Y. S. Sanghui y P. Dan Cook; Mesmaeker et al., Bioorganic & Medicinal Chem. Lett. 4:395 (1994); Jeffs et al., J. Biomolecular NMR 34:17 (1994); Tetrahedron Lett. 37:743 (1996)) y cadenas principales sin ribosa, incluidas las descritas en la patente de EE. UU. Nos. 5,235,033 y 5,034,506, y Capítulos 6 y 7, ASC Symposium Series 580, "Carbohydrate Modifications in Antisense Research", Ed. Y. S. Sanghui y P. Dan Cook. Los ácidos nucleicos que contienen uno o más azúcares carbocíclicos también se incluyen en la definición de ácidos nucleicos (véase Jenkins et al., Chem. Soc. Rev. (1995) pp169-176). También se describen varios análogos de ácidos nucleicos en Rawls, C & E News, 2 de junio de 1997, página 35.

[0252] La expresión “base nucleotídica universal” o “base universal”, tal como se usa en esta divulgación, se refiere a un resto anular aromático, que puede contener o no átomos de nitrógeno. En algunas realizaciones, una base universal puede unirse covalentemente al carbono C-1' de un azúcar pentosa para formar un nucleótido universal. En algunas realizaciones, una base nucleotídica universal no se une por hidrógeno específicamente con otra base nucleotídica. En algunas realizaciones, una base nucleotídica universal se une por hidrógeno a una base nucleotídica, hasta y que incluye todas las bases nucleótidas en un polinucleótido objetivo particular. En algunas realizaciones, una base nucleotídica puede interactuar con bases nucleotídicas adyacentes en la misma cadena de ácido nucleico mediante apilamiento hidrófobo. Nucleótidos universales incluyen, pero no se limitan a, desoxi-7-azaindol trifosfato (d7AITP), desoxiisocarboestirilo trifosfato (dICSTP), desoxipropinilisocarboestirilo trifosfato (dPICSTP), desoximetil-7-azaindol trifosfato (dM7AITP), desoxiimpy trifosfato (dIMPyTP), desoxiyPP trifosfato (dPPTP) o desoxipropinil-7-azaindol trifosfato (dP7AITP). Otros ejemplos de tales bases universales se pueden encontrar, entre otros, en la Solicitud de EE. UU. N° 10/290672, y en la Patente de EE. UU. N° 6,433,134.

[0254] Como se utiliza en el presente documento, los términos "polinucleótido" y "oligonicleeótido" se utilizan indistintamente y significan polímeros monocatenarios y bicatenarios, que incluyen 2'-desoxirribonucleótidos (ADN) y ribonucleótidos (ARN) unidos por enlaces fosfodiéster internucleotídicos, por ejemplo, 3'-5' y 2'-5', enlaces invertidos, por ejemplo, 3'-3' y 5'-5', estructuras ramificadas o análogos de internucleótidos. Los polinucleótidos tienen contraiones asociados, tales como H+, NH4+, trialquilamonio, Mg2+, Na+ y similares. Un polinucleótido puede estar compuesto completamente por desoxirribonucleótidos, completamente por ribonucleótidos o mezclas quiméricas de los mismos. Los polinucleótidos pueden estar compuestos por análogos de internucleótidos, nucleobases y/o análogos de azúcares. Los polinucleótidos normalmente varían en tamaño desde unas pocas unidades monoméricas, por ejemplo, de 3 a 40 cuando se denominan más comúnmente en la técnica oligonucleótidos, hasta varios miles de unidades de nucleótidos monoméricas. A menos que se indique lo contrario, siempre que se represente una secuencia de polinucleótidos, se entenderá que los nucleótidos están en un orden de 5' a 3' de izquierda a derecha y que “A” indica desoxiadenosina, “C” indica desoxicitosina, “G” indica desoxiguanosina y “T” indica timidina, a menos que se indique lo contrario. Como se usa en este documento, “nucleobase” significa aquellos restos heterocíclicos de origen natural y no natural comúnmente conocidos por quienes utilizan la tecnología de ácidos nucleicos o utilizan la tecnología de ácidos nucleicos peptídicos para generar polímeros que se pueden unir específicamente en secuencia a ácidos nucléicos. Ejemplos no limitativos de nucleobases adecuadas incluyen: adenina, citosina, guanina, timina, uracilo, 5-propinil-uracilo, 2-tio-5-propinil-uracilo, 5-metilcitosina, pseudoisocitosina, 2-tiouracilo y 2-tiotimina, 2-aminopurina, N9- (2-amino-6-cloropurina), N9- (2,6-diaminopurina), hipoxantina, N9- (7-deazaguanina), N9- (7-deaza-8-aza-guanina) y N8- (7-deaza-8-aza-adenina). Otros ejemplos no limitativos de nucleobases adecuadas incluyen las nucleobases ilustradas en las FIGURAS 2 (A) y 2 (B) de Buchardt et al. (WO92/20702 o WO92/20703).

[0256] Como se usa en este documento, “secuencia de nucleobases” significa cualquier segmento, o agregado de dos o más segmentos (por ejemplo, la secuencia de nucleobases agregada de dos o más bloques oligoméricos), de un polímero que comprende subunidades que contienen nucleobases. Ejemplos no limitativos de polímeros o segmentos poliméricos adecuados incluyen oligodesoxinucleótidos (por ejemplo, ADN), oligorribonucleótidos (por ejemplo, ARN), ácidos nucleicos peptídicos (PNA), quimeras de PNA, oligómeros de combinación de PNA, análogos de ácidos nucleicos y/o imitadores de ácidos nucleicos.

[0258] Como se usa en este documento, “cadena de polinucleobases” significa una cadena polimérica única completa que comprende subunidades de nucleobases. Por ejemplo, una cadena de ácido nucleico única de un ácido nucleico bicatenario es una cadena de polinucleobases.

[0260] Como se usa en esta invención, el “ácido nucleico” es un polímero que contiene una secuencia de nucleobases, o un segmento polimérico, que tiene una cadena principal formada por nucleótidos o análogos de los mismos.

[0261] Los ácidos nucleicos preferidos son el ADN y el ARN.

[0263] Como se usa en este documento, los ácidos nucleicos también pueden referirse a “ácido nucleico peptídico” o “PNA” significa cualquier segmento oligomérico o polímero (por ejemplo, oligómero de bloque) que comprende dos o más subunidades de PNA (residuos), pero no subunidades de ácido nucleico (o análogos de las mismas), que incluyen, pero no se limitan a, cualquiera de los segmentos oligomérico o polímérico referidos o reivindicados como áciso nucleicos peptídicos en la Patente de EE.UU Nos. 5,539,082, 5,527,675, 5,623,049, 5,714,331, 5,718,262, 5,736,336, 5,773,571, 5,766,855, 5,786,461, 5,837,459, 5,891,625, 5,972,610, 5,986,053 y 6,107,470. El término “ácido nucleico peptídico” o “PNA” también se aplicará a cualquier segmento oligomérico o polimérico que comprenda dos o más subunidades de los imitadores de ácidos nucleicos descritos en las siguientes publicaciones: Lagriffoul y col., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 4: 1081­ 1082 (1994); Petersen et al., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 6: 793-796 (1996); Diderichsen et al., Tett. Lett. 37: 475-478 (1996); Fujii et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 7: 637-627 (1997); Jordan et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 7: 687-690 (1997); Krotz et al., Tett. Lett. 36: 6941-6944 (1995); Lagriffoul et al., Bioorg. Med. Chem. Lett. 4: 1081-1082 (1994); Diederichsen, U., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 7: 1743-1746 (1997); Lowe et al., J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, (1997) 1: 539-546; Lowe et J. Chem. Soc. Perkin Trans. 11: 547-554 (1997); Lowe et al., J. Chem. Soc. Perkin Trans. 11:555-560 (1997); Howarth et al., J. Org. Chem. 62: 5441-5450 (1997); Altmann, K-H et al., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 7: 1119-1122 (1997); Diederichsen, U., Bioorganic & Med. Chem. Lett., 8: 165-168 (1998); Diederichsen et al., Angew. Chem. Int. Ed., 37: 302-305 (1998); Cantin et al., Tett. Lett., 38: 4211-4214 (1997); Ciapetti et al., Tetrahedron, 53: 1167­ 1176 (1997); Lagriffoule et al., Chem. Eur. J., 3: 912-919 (1997); Kumar et al., Organic Letters 3(9): 1269-1272 (2001); y Peptide-Based Nucleic Acid Mimics (PENAMS) de Shahet al. como descrito en el documento WO96/04000.

[0265] Nanopartículas poliméricas

[0267] El término “nanopartículas poliméricas” se refiere a las nanopartículas poliméricas que contienen un material terapéutico. Las nanopartículas poliméricas se han desarrollado utilizando una amplia gama de materiales que incluyen, pero no se limitan a: homopolímeros sintéticos tales como polietilenglicol, polilactida, poliglicólida, poli (lactida-coglicólida), poliacrilatos, polimetacrilatos, policaprolactona, poliortoésteres, polianhídridos, polilisina, polietilenimina; copolímeros sintéticos tales como poli (lactida-coglicólido), poli (lactida) -poli (etilenglicol), poli (lactida-co-glicólido) -poli (etilenglicol), poli (caprolactona) -poli (etilenglicol); polímeros naturales como celulosa, quitina y alginato, así como conjugados de materiales poliméricos y terapéuticos.

[0269] Tal como se usa en este documento, el término “polímero” se refiere a compuestos normalmente de alto peso molecular formados principal o completamente a partir de un gran número de unidades similares unidas entre sí. Dichos polímeros incluyen cualquiera de los numerosos polímeros naturales, sintéticos y semisintéticos.

[0270] El término “polímero natural” se refiere a cualquier número de especies de polímeros derivadas de la naturaleza. Dichos polímeros incluyen, pero no se limitan a, los polisacáridos, la celulosa, la quitina y el alginato.

[0272] El término “polímero sintético” se refiere a cualquier número de especies de polímeros sintéticos que no se encuentran en la naturaleza. Dichos polímeros sintéticos incluyen, pero no se limitan a, homopolímeros sintéticos y copolímeros sintéticos.

[0274] Los homopolímeros sintéticos incluyen, pero no se limitan a, polietilenglicol, polilactida, poliglicólido, poliacrilatos, polimetacrilatos, policaprolactona, poliortoésteres, polianhídridos, polilisina y polietilenimina.

[0275] “Copolímero sintético” se refiere a cualquier número de especies de polímeros sintéticos formadas por dos o más subunidades de homopolímeros sintéticos. Dichos copolímeros sintéticos incluyen, pero no se limitan a, poli (lactida-co-glicólido), poli (lactida) -poli (etilenglicol), poli (lactida-co-glicólido) -poli (etilenglicol) y poli (caprolactona) -poli (etilenglicol).

[0277] El término “polímero semisintético” se refiere a cualquier número de polímeros derivados del tratamiento químico o enzimático de polímeros naturales. Dichos polímeros incluyen, pero no se limitan a, carboximetilcelulosa, carboximetilcelulosa acetilada, ciclodextrina, quitosano y gelatina.

[0279] Tal como se usa en este documento, el término “conjugado polimérico” se refiere a un compuesto preparado mediante la conjugación covalente o no covalente de una o más especies moleculares con un polímero. Dichos conjugados poliméricos incluyen, pero no se limitan a, conjugados de material polimérico-terapéutico.

[0281] El conjugado de material polimérico-terapéutico se refiere a un conjugado de polímero en donde una o más de las especies moleculares conjugadas es un material terapéutico. Dichos conjugados de material poliméricoterapéutico incluyen, entre otros, conjugados de polímero-fármaco.

[0283] “Conjugado polímero-fármaco” se refiere a cualquier número de especies poliméricas conjugadas con cualquier número de especies de fármaco. Dichos conjugados de fármacos poliméricos incluyen, pero no se limitan a, acetilmetilcelulosa-polietilenglicol-docetaxol.

[0285] Tal como se usa en esta invención, el término “aproximadamente” indica que el valor asociado puede modificarse, a menos que se indique lo contrario, en más o menos un cinco por ciento (+/-5%) y permanecer dentro del alcance de las realizaciones descritas.

[0287] Los métodos y dispositivos de mezcla microfluídica compatibles se describen en la siguiente referencia. Los mezcladores descritos en el presente documento se pueden incorporar en cualquiera de los dispositivos de mezcla descritos en estas referencias o se pueden usar para mezclar cualquiera de las composiciones descritas en estas referencias:

[0289] (1) Solicitud de Patente de EE. UU. N° 13/464690, que es una continuación de PCT/CA2010/001766, presentada el 4 de noviembre de 2010, que reivindica el beneficio del documento USSN 61/280510, presentado el 4 de noviembre de 2009;

[0291] (2) Solicitud de Patente de EE. UU. N° 14/353,460, que es una continuación del documento pCt /CA2012/000991, presentada el 25 de octubre de 2012, que reivindica el beneficio del documento USSN 61/551,366, presentado el 25 de octubre de 2011;

[0293] (3) El documento PCT/US2014/029116, presentado el 14 de marzo de 2014 (publicado como WO 2014/172045, el 23 de octubre de 2014), que reclama el beneficio del documento USSN 61/798,495, presentado el 15 de marzo de 2013;

[0295] (4) El documento PCT/US2014/041865, presentado el 25 de julio de 2014 (publicado como WO 2015/013596, el 29 de enero de 2015), que reclama el beneficio del documento USSN 61/858,973, presentado el 26 de julio de 2013; y

[0297] (5) El documento PCT/US2014/060961, que reclama el beneficio del documento USSN 61/891,758, presentado el 16 de octubre de 2013; y

[0299] (6) Solicitud de patente provisional de EE.UU. N° 62/120,179, presentada el 24 de febrero de 2015; y

[0300] (7) Solicitud de patente provisional de EE. UU. N° 62/154,043, presentada el 28 de abril de 2015.

[0302] El siguiente ejemplo se incluye con el propósito de ilustrar, no de limitar, las realizaciones descritas.

[0304] Ejemplos

[0306] Ejemplo 1: Pruebas y resultados de dispositivos DVBM

[0308] Se fabricaron dispositivos con dos entradas de fluido y una salida para las pruebas. Se probaron cuatro conceptos diferentes. Los cuatro diseños se resumen en la Tabla 1 siquiente. En el caso de los mezcladores tipo 1 -3, el desequilibrio de impedancia se crea al modificar la anchura de los dos lados de los toroides (FIGURA 3). El DVBM logra el desequilibrio de impedancia cambiando la longitud de trayectoria a través de los toroides. Todos los dispositivos de prueba tenían anchuras de canal de entrada de 140 pm y alturas de 105 pm (diámetro hidrodinámico de 120 pm); la impedancia por longitud* viscosidad es de aproximadamente: 6,9*10A-5/um A4).

[0309] Tabla 1: Configuraciones de varios diseños de mezcladores microfluídicos.

[0311]

[0314] Para optimizar el rendimiento, se creó un prototipo de un conjunto de cuatro mezcladores DVBM a modo de ejemplo con ángulos de desplazamiento de 120°, 140°, 160° y 180°. La velocidad de mezcla se midió ópticamente para una serie de caudales (FIGURA 7). A partir de esta prueba, se confirmó que el ángulo de desplazamiento era un parámetro para mejorar la velocidad de mezcla y que 120° era el ángulo óptimo. Como tal, se usó un DVBM con 120° para la comparación con los mezcladores de tipo 1-3.

[0316] Se tomaron imágenes de las muestras usando un estereoscopio de campo brillante. Para visualizar la mezcla, se usaron 125 mM de NaAc y 1 M de NaOH que contenía azul de bromotimol (“BTB”) como reactivos. El tiempo de mezcla se calculó tomando imágenes del mezclador con un CCD en color y localizando el punto en el que había una distribución amarilla uniforme en todo el canal. Se consideró entonces que el tiempo de mezcla del dispositivo era el tiempo requerido para que el fluido entrara y alcanzara este punto de mezcla completa. Véase el Apéndice para obtener más detalles sobre las técnicas experimentales utilizadas para medir el tiempo de mezcla.

[0318] La figura 8 muestra que el rendimiento de los tipos 1-3 y un DVBM a modo de ejemplo difiere a través de una serie de caudales de entrada (medidos por el tiempo de mezcla). Por debajo de 10 ml/min, tanto el de mezclador de tipo1 como el de tipo 3 presentan una mezcla más lenta que el tipo 2 o el DVBM a modo de ejemplo (como era de esperar). Curiosamente, el DVBM a modo de ejemplo con un desplazamiento de 120° no solo recupera el rendimiento del mezclador de tipo 2 a caudales bajos, sino que lo supera. Esto es inesperado y no es evidente.

[0319] Las nanopartículas lipídicas (del tipo formado en las referencias incorporadas en la sección siguiente) se formularon en los mezcladores DVBM a modo de ejemplo de 120 y 180 grados. En resumen, se disolvió una composición lipídica de POPC y colesterol en etanol con una relación molar de 55:45. La concentración final de lípidos fue de 16,9 mM. Los caudales de entre 2 y 10 ml/min se probaron en un cartucho microfluídico de sobremesa NanoAssemblr comercial (que emplea un SHM), un DVBM a modo de ejemplo de 120 grados y un DVBM a modo de ejemplo de 180 grados, con los resultados ilustrados en la figura 9, a continuación. Ambos dispositivos DVBM a modo de ejemplo mostraron el mismo tamaño en comparación con la velocidad de flujo que el cartucho. Sin embargo, a un caudal bajo, los mezcladores DVBM a modo de ejemplo produjeron partículas más pequeñas y menos polidispersas que el cartucho.

[0321] La figura 9 es una comparación del tamaño de partícula y el PDI para un mezclador escalonado en espiga y dos diseños de DVBM. Particularmente a caudales más altos, se puede observar que los mezcladores DVBM a modo de ejemplo funcionan tan bien como los mezcladores SHM.

[0323] Cálculos del tiempo de mezcla

[0325] Se utilizó el siguiente equipo:

[0327] • Cámara Amscope

[0329] • Microscopio Amscope

[0331] • Placa trasera blanca/negra

[0333] • Tubo de PTFE de 1/32 pulgadas

[0335] • Dispositivos de mezcla de vórtice de Dean (PDMS sobre portaobjetos de vidrio)

[0337] • Placa de Petri

[0339] • Pesas de acero inoxidable

[0341] Los datos se recopilaron usando un microscopio Amscope con un iluminador de 56 LED adjunto y una placa base blanca. También se colocó una placa de Petri con pesas en el área de grabación para facilitar el ajuste de la posición del dispositivo. Se mezclaron 125 mM de NaAc y 1 M de NaOH con BTB en una proporción de 3:1; la mezcla completa se determinó como el punto en el que la solución se volvió amarilla con una distribución de intensidad uniforme. Todas las imágenes del mismo caudal se tomaron sin mover el mezclador de vórtice de Dean (consulte Método de procesamiento). Para detectar mejor los cambios de color, el software de procesamiento de imágenes se ajustó manualmente con la saturación de color ajustada al máximo. La figura 10 es una micrografía de un mezclador DVBM antes de la mezcla.

[0343] La figura 11 es una micrografía de un mezclador DVBM en funcionamiento, en donde se mezclan un líquido transparente y uno azul para formar un líquido amarillo en el extremo derecho de la imagen (es decir, se ha completado la mezcla).

[0345] Método de procesamiento:

[0347] Las imágenes sin procesar se colocaron en una carpeta donde se usó un programa que usaba Python y OpenCV 3.0 para rotarlas, centrarlas y unirlas. Primero se procesó una imagen de plantilla (utilizando la transformación circular de Hough (véase la figura 12) para detectar círculos dentro de la imagen que se usaron como base para los cálculos de la transformación) y, a continuación, se realizaron las mismas transformaciones en las imágenes posteriores que en la plantilla. Durante este proceso, también se calculó el radio y se utilizó para determinar el área de píxeles de la imagen en micrómetros.

[0349] Las figuras 13A-13C son imágenes procesadas de plantillas y datos de mezcladores. La figura 13A es una imagen de plantilla de DVBM. La figura 13B es una imagen de DVBM durante la mezcla. La figura 13C es una imagen de plantilla de un mezclador no DVBM.

[0351] Método y algoritmo de cálculo

[0353] Los canales de imágenes de plantilla se detectaron comprobando el valor de cada píxel para un umbral de color específico (intensidad del azul en este caso) y, a continuación, cambiando el color del píxel a negro si su valor no estaba dentro del rango de umbral. Mediante este método se aplicó una máscara que solo contenía los canales del mezclador. A continuación, se cargó la imagen de mezcla y se le aplicó la misma máscara. Se realizó una confirmación visual del punto de mezcla y, a continuación, se introdujo un rango de cálculo. Los píxeles dentro del canal hasta este rango se contaron y se colorearon de blanco. El volumen se calculó a partir del área de píxeles previamente determinada y la altura de los canales dentro del dispositivo. Una vez que se calculó el volumen total de mezcla, se dividió por el caudal al que se mezcló el dispositivo para determinar el tiempo de mezcla.

[0355] La figura 14 es una imagen de plantilla con una máscara aplicada. La figura 15 es una imagen de datos (mezcla) con una máscara aplicada. La figura 16 es una imagen de datos (mezcla) con píxeles contados en blanco. Producción de liposomas utilizando DVBM

[0357] Produjimos vesículas liposomales de un tamaño inferior a 100 nm con un PDI estrecho, como se resume en la FIGURA 17. La figura 17 ilustra gráficamente el tamaño y las características del PDI de los liposomas producidos por el DVBM representativo de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento. Estos datos se produjeron en un dispositivo DVBM con una longitud de cuello de 0,25 mm, un ángulo de cuello de 120 grados, un radio interior de 0,16 y una anchura y altura del canal de 80 micras y una relación de caudal de aproximadamente 2:1 (acuoso:lípido). La composición lipídica eran liposomas POPC puros o liposomas que contenían POPC: colesterol (55:45). La concentración inicial de la mezcla lipídica fue de 50 mM. La fase acuosa incluía tampón PBS.

[0359] Materiales y métodos: El POPC (1-palmitoil-2-oleoil-sn-glicero-3-fosfocolina) era de Avanti Polar Lipids, Inc., EE. UU. El colesterol, la trioleína, el C-6 (cumarina-C6), la DMF (dimetilformamida), el PVA, [alcohol polivinílico), Mowiol® 4-88] y el PBS (solución salina tamponada con fosfato de Dulbecco) procedían de Sigma-Aldrich, EE. UU. El etanol procedía de Green Field Speciality Alchols Inc., Canadá. El PLGA, el poli (ácido láctico coglicólico), procedía de PolyciTech, EE. UU.

[0361] Las siguientes soluciones se dispensaron en los respectivos pocillos del cartucho. 36 pL de PBS en el pocillo de reactivo acuoso, 48 pL de PBS en el pocillo de recogida y, por último, justo antes de mezclar en el chip, 12 pL de lípidos 50 mM se mezclan en etanol en el pocillo de reactivo orgánico. Las soluciones de reactivos se micromezclaron. Las partículas generadas se diluyen 1:1 con PBS.

[0363] Producción de emulsión con DVBM

[0365] Produjimos una emulsión de un tamaño inferior a 100 nm con un PDI estrecho, como se resume en la figura 18. La figura 18 ("POPC:Trioleína (60:40)") ilustra gráficamente el tamaño y las características del PDI de los liposomas producidos por el DVBM representativo de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento. Estos datos se produjeron en un dispositivo DVBM con una longitud de cuello de 0,25 mm, un ángulo de cuello de 120 grados, un radio interior de 0,16 y una anchura y altura del canal de 80 micras y una relación de caudal de aproximadamente 2:1 (mezcla acuoso:lípido). La composición lipídica era POPC:trioleína (60:40). La concentración inicial de la mezcla lipídica fue de 50 mM. La fase acuosa incluía tampón PBS.

[0366] Materiales y métodos: los mismos que los descritos anteriormente con respecto a los liposomas.

[0368] Encapsulación terapéutica en emulsión usando DVBM

[0370] Produjimos un fármaco hidrófobo modelo, la Cumarina-6, encapsulado durante la producción de emulsiones, con un tamaño de partícula inferior a 100 nm y un PDI estrecho, como se ilustra en la FIGURA 18. La figura 18 ("POPC-Trioleína (60:40):C6") ilustra gráficamente el tamaño y las características del PDI de una partícula terapéutica encapsulada en emulsión producida por un DVBM representativo de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento, y una comparación con una partícula de emulsión que no contiene agentes terapéuticos de composición por lo demás similar. Estos datos se produjeron en un dispositivo DVBM con una longitud de cuello de 0,25 mm, un ángulo de cuello de 120 grados, un radio interior de 0,16 y una anchura y altura del canal de 80 micras y una relación de caudal de aproximadamente 2:1 (mezcla acuoso:lípido). La composición de la mezcla de lípidos era POPC: trioleína (60:40) 50 mM y cumarina-6 en DMF con una relación D/L (fármaco/lípido) de 0,024 peso/peso. La fase acuosa incluía tampón PBS. Las nanopartículas “solo en emulsión” formadas sin cumarina-6 son esencialmente idénticas en tamaño y PDI.

[0372] Materiales y métodos: los mismos que los descritos anteriormente con respecto a los liposomas.

[0374] Nanopartículas poliméricas formadas usando DVBM

[0376] Produjimos una emulsión de un tamaño inferior a 200 nm con un PDI estrecho, como se resume en la figura 19. La figura 19 ilustra gráficamente el tamaño y las características del PDI de las nanopartículas poliméricas producidos por el DVBM representativo de acuerdo con las realizaciones descritas en el presente documento. Estos datos fueron obtenidos en un dispositivo DVBM con una longitud de cuello de 0,25 mm, un ángulo de cuello de 120 grados, un radio interior de 0,16 y una anchura y altura de canal de 80 micras y una relación de caudal de aproximadamente 2:1 (mezcla acuoso:lípido). La mezcla de polímeros incluye 20 mg/ml de poli (ácido láctico-co-glicólico) (“PLGA”) en acetonitrilo. La fase acuosa incluía tampón PBS.

[0377] Materiales y métodos: los mismos que los descritos anteriormente con respecto a los liposomas. Las siguientes soluciones se dispensaron en los respectivos pocillos del cartucho. 36 pL de PVA al 2% p/vol en agua MilliQ en el pocillo de reactivo acuoso, 48 pL de agua MilliQ en el pocillo de recolección y, por último, justo antes de mezclar en el chip, 12 pL de 20 mg/ml de PLGA en acetonitrilo en el pocillo de reactivo orgánico. Las soluciones de reactivos se micromezclaron. Las partículas generadas se diluyen 1:1 con agua MilliQ.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES

1. Un mezclador configurado para mezclar un fluido, comprendiendo el mezclador un canal de entrada que conduce a una pluralidad de elementos de mezcla toroidales, incluyendo cada elemento de mezcla toroidal una trayectoria A de fluido curva y una trayectoria B de fluido curva que definen un primer toroide, y una trayectoria C de fluido curva y una trayectoria D de fluido curva que definen un segundo toroide;

en donde un desequilibrio de impedancia entre la trayectoria A de fluido y la trayectoria B de fluido hace que entre más fluido en la trayectoria A de fluido que en la trayectoria B de fluido;

en donde un desequilibrio de impedancia entre la trayectoria C de fluido y la trayectoria D de fluido hace que entre más fluido en la trayectoria C de fluido que en la trayectoria D de fluido;

en donde la relación de impedancias entre la trayectoria A de fluido y la trayectoria B de fluido se invierte con respecto a una relación de impedancias entre la trayectoria C de fluido y la trayectoria D de fluido; y

en donde un canal de entrada conduce a la trayectoria A de fluido y a la trayectoria B de fluido, en donde la trayectoria A de fluido y la trayectoria B de fluido están conectadas de forma fluida con la trayectoria C de fluido y con la trayectoria D de fluido mediante un cuello entre el primer toroide y el segundo toroide, caracterizado por que

el ángulo de cuello entre el canal de entrada y el cuello es de 110 a 130 grados, siendo el ángulo de cuello el ángulo más corto entre el canal de entrada y el cuello.

2. El mezclador de la reivindicación 1, en donde la trayectoria A de fluido, la trayectoria B de fluido, la trayectoria C de fluido y la trayectoria D de fluido tienen cada una un diámetro hidrodinámico de aproximadamente 20 micras a aproximadamente 2 mm.

3. El mezclador de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la trayectoria A de fluido, la trayectoria B de fluido, la trayectoria C de fluido y la trayectoria D de fluido tienen cada una un área de sección transversal uniforme.

4. El mezclador de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el mezclador está dimensionado y configurado para mezclar el líquido a un número de Reynolds inferior a 2000, o más particularmente inferior a 1000.

5. El mezclador de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2 y 4, en donde el área de sección transversal de la trayectoria A de fluido varía respecto del área de sección transversal de la trayectoria B de fluido.

6. El mezclador de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la trayectoria A de fluido, la trayectoria B de fluido, la trayectoria C de fluido y la trayectoria D de fluido tienen cada una anchura de aproximadamente 100 micras a aproximadamente 500 micras y una altura de aproximadamente 50 micras a aproximadamente 200 micras.

7. El mezclador de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la trayectoria A de fluido y la trayectoria B de fluido tienen longitudes diferentes, y en donde la trayectoria C de fluido y la trayectoria D de fluido tienen longitudes diferentes.

8. El mezclador de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2 y 4-6, en donde la trayectoria A de fluido y la trayectoria B de fluido tienen anchuras diferentes, y en donde la trayectoria C de fluido y la trayectoria D de fluido tienen anchuras diferentes.

9. El mezclador de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las impedancias de la trayectoria A de fluido y la trayectoria C de fluido son iguales, y las impedancias de la trayectoria B de fluido y la trayectoria D de fluido son iguales.

10. Un método para mezclar un primer líquido con un segundo líquido, que comprende hacer fluir el primer líquido y el segundo líquido a través de un mezclador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores para producir una solución mezclada.

11. El método de la reivindicación 10, en donde el mezclador está incorporado a un dispositivo microfluídico que incluye una pluralidad de mezcladores, y el método comprende además hacer fluir el primer líquido y el segundo líquido a través de la pluralidad de mezcladores para formar una solución mezclada.

12. El método de la reivindicación 10, en donde el primer líquido comprende un ácido nucleico en un primer disolvente, o en donde el segundo líquido comprende materiales formadores de partículas lipídicas en un segundo disolvente.

13. El método de la reivindicación 10, en donde la solución mezclada incluye partículas producidas mezclando el primer líquido y el segundo líquido.

14. El método de la reivindicación 13, en donde, las partículas se seleccionan del grupo que consiste en nanopartículas lipídicas y nanopartículas poliméricas.