纳米颗粒/微球的纯化

超滤法快捷分离、换液与浓缩

纳米颗粒 (Nano-sized particle, NP) 可采用有机 / 无机

材料、聚合物和金属制造，在材料科学、环境科学等行业中

有多样化的用途。近年来，通过表面改性赋予纳米颗粒特定

的生物学功能并增强生物相容性，在药物开发、生物诊断与

治疗等医学领域作为载体和传感器的应用突飞猛进，常见

的有生物成像、生物传感、靶向药物递送、药物控释等等。

Fang RH, Aryal S, Hu CJ, Zhang L. 2010. Quick Synthesis of Lipid?Polymer Hybrid Nanoparticles with Low

Polydispersity Using a Single-Step Sonication Method. Langmuir. 26(22):16958-16962.

https://doi.org/10.1021/la103576a

Reddy LH, Arias JL, Nicolas J, Couvreur P. 2012. Magnetic Nanoparticles: Design and Characterization,

Toxicity and Biocompatibility, Pharmaceutical and Biomedical Applications. Chem. Rev.. 112(11):5818-5878.

https://doi.org/10.1021/cr300068p

Weingart J, Vabbilisetty P, Sun X. 2013. Membrane mimetic surface functionalization of nanoparticles:

Methods and applications. Advances in Colloid and Interface Science. 197-19868-84.

https://doi.org/10.1016/j.cis.2013.04.003

Au,Ag,Cu,Ni,Co,Pt,Fe等；

Ag-Cu,Au-Cu等

SiC,Si3N4或Cr,Ti,V,Zr,Hf,Mo,

Nb,Ta,W等金属碳化物或氮化物

SiO2,TiO2,ZnO,Fe2O3,Al2O3等；

BaTiO3,BaSnO3,MnFe2O4等

CdS,CdSe,CdTe,AgCl,CaCO3,

BaSO4等

聚苯胺、有机染料纳米粒子等

直径50~500nm的细胞外泌体、人

工制备脂质体、聚合胶束等

金属或合金纳米颗粒

碳化物或氮化物纳米

颗粒

氧化物和复合金属氧

化物纳米颗粒

无机盐纳米颗粒

有机纳米颗粒

脂质体、囊泡、胶束

在污水处理中，用于修饰微滤或者超滤膜，改善膜通量、抗污染性等。

如纳米银颗粒，SiO2 纳米颗粒，无机纳米颗粒等

纳米金颗粒可以与蛋白质相连，如与特定抗体相连，检测其相应的抗

原等作用，用于疾病诊断领域

纳米金颗粒与烷基修饰的寡核苷酸通过共价键相连，组成纳米生物探

针，可用于 DNA 序列的检测

磁性标记疗法：将药物附着在磁性纳米颗粒载体上，生物相容的磁性

载体和药物的复合体通过系统的循环被注射到病人体内，定位于病灶

处后，释放出药物进行治疗

纳米颗粒改善生物大分子（例：酶）的活性。如纳米金颗粒，二氧化

硅纳米颗粒等。细胞磁性分离：磁性纳米颗粒透过表面包覆可以用于

标记所研究的生物实体从而进行磁性分离

在纳米材料内部包裹或外部附着 / 连接药物或生物信息分子，进行基

础研究、靶向药物递送和生物治疗

纳米颗粒/材料种类

参考文献

举例 应用方向

1.

2.

3.

默克生命科学业务在美国和加拿大

地区以MilliporeSigma品牌运营

就纳米材料的生产而言，高效的颗粒收集和制备方法非常关键。磁性纳米颗粒、量子点、金属纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、聚合纳米颗

粒是生物医学常用的材料。

粗制的纳米颗粒很多不能直接使用。

其水相基质中可能含有需要去除的未

结合药物，裂解物、体液、血清、缓冲

液、培养基等试剂中的生物分子、化学

品和其它污染物也需要进一步分离，

其中某些物质会对周围的生物环境造

成不利影响。因此，浓缩、富集、洗涤和

纯化纳米颗粒的可靠方法在这种新材

料的应用中发挥越来越重要的作用。

超滤 (Ultrafiltration, UF) 技术广泛

用于纳米颗粒合成后的制备和纯化。

过去一直采用加压超滤装置 (pUF)，

之后引入的离心超滤 (cUF) 适合小体

积的纳米颗粒制备和纯化。

纳米颗粒分离、纯化和浓缩的超滤技术

初步过滤后，可进一步通过离心对纳米颗粒进行洗涤和缓冲液置换或再浓缩。对截留或滤过的溶质可收集并分析，测定纳米颗粒的

纯度、包封效率、结合性和药物浓度。

超滤主要通过基于大小的筛分作用分离和浓缩分子。大部分生物分子的分子量均低于 500kDa，正好是纳米颗粒的大小范围。默克

生命科学的 Amicon® Ultra 超滤管等带有的再生纤维素超滤膜具有均匀的特定截留分子量 (nominal molecular weight limits,

NMWL)，即超滤膜应该截留至少 90% 以上的截留分子量大小的颗粒。这些超滤系统滤膜的截留分子量有 3kDa、10kDa、

30kDa、50kDa 和 100kDa。一项针对纳米颗粒制备发表论文的调查表明，按照纳米颗粒大小和应用选择适当的滤膜孔径比较复杂，

需要在具体条件下进行选择和尝试。

分析 1988~2019 年间 421 篇关于纳米颗粒用超滤法处理的文献，统计整理不同类型材料用到的截留分子量数据如下：

超滤膜的选择

2

图 1. 纳米颗粒制备和纯化中超滤技术的应用。

图 2. 按纳米颗粒类型比较发表论文的滤膜孔径大小。提示应同时根据纳米颗粒大小和

应用选择滤膜孔径（例如，复杂样品纯化、浓缩、缓冲液置换、脱盐）。

表 1. 按照纳米颗粒大小选择超滤膜的NMWL。

3000

5,000

10,000

30.000

50.000

100,000

0.3

0.5

1

3

5

10

1

2

3

9

15

30

1.5

3

9

15

30

90

6,000

10,000

20,000

60,000

100.000

200,000

20,000

30,000

90,000

180,000

300,000

900,000

推荐的超滤标称截留大小范围

直径(nm)

最小 最大 最低 最高

分子量(Da)

标称

孔径(nm)

离心超滤

或超滤

NMWL

(Da)

LPN 已被用于输送药物，如多西他赛，紫杉醇，姜黄素和多柔比星等，也用于各种疾病适应症的诊断分子。这些纳米颗粒的特性使其

成为药物输送应用的理想选择，包括加载多种药物的能力，精确控制药物负载和药物释放，以及通过靶向部分功能化。

尽管 LPN 以前已使用两步合成方法配制，但新的一步合成法更简便且可重复性更好。这种方法产生的 LPN 在尺寸上多分散性较小，

并且可以精确控制其物理化学性质。

3

脂质 - 聚合物杂化纳米颗粒（LPN）的制备

应用实例：

图 3. LPN合成策略 A)一步法，B)两步法

图 4. 脂质-聚合物杂化纳米颗粒的合成和表征。

LPN 由大豆卵磷脂，DSPE-PEG 和 PLGA 采用

一步纳米沉淀法结合自组装合成

通过将以下内容添加到玻璃小瓶（乙醇，Sigma-Aldrich

Cat#E7023）：

• 大豆卵磷脂由 90-95% 磷 脂 酰 胆 碱 组 成（MP

Biomedicals）

• DSPE–PEG2000–COOH（1,2- 二硬脂酰基 -sn- 甘油 3-

磷酸乙醇胺 -N- 羧基（聚乙二醇）2000）（(Avanti）。

大豆卵磷脂 /DSPE-PEG 摩尔比的范围可以从 7:3 到

8.5:1.5.

有机溶液是通过向水溶性有机溶剂（如乙腈）中加入以下内容

来制备的：

• 聚（d，l- 丙交酯 - 共乙交酯）（PLGA），单体比例为 50:50，

酯封端，粘度为 0.72– 0.92 dl/g（Durect Corporation）。

改变单体比例和粘度将产生具有不同尺寸、生物降解速率以

及药物负载和释放特性的 LPN。

• 小分子药物，如多西他赛。

初始药物重量不得超过聚合物重量的 10-30%，药物才能被

聚合物正确封装。脂质 / 聚合物重量比范围为 15%-20%。

- 将水溶液在加热板搅拌器上在温和搅拌条件下加热至

65°C 3-5min。

- 一旦达到反应温度，在温和搅拌条件下将有机溶液滴加到

水溶液中，然后立即剧烈涡旋 3min。

- 将混合物返回到温和搅拌条件，并使 LPN 在室温下自组装

2 小时。

- 使用截留分子量为 10 kDa 的 Amicon® Ultra-4 超滤管

（Millipore）洗涤 LPN 三次。将洗涤后的 LPN 以最终所需浓

度重新悬浮在水或缓冲液中。

- LPN 立即使用，在 4°C 下储存过夜，或冻干以在–80°C 下

延长储存。

此后的样品的换液、过滤和浓缩，都可以借助 Amicon®

Ultra 系列超滤管方便地处理。

注：引自POLYMERIC DRUG DELIVERY TECHNIQUES Translating

Polymer Science for Drug Delivery Polymeric Drug Delivery

Techniques Second Edition Second Edition

1.

2.

（来自南洋理工大学 Juliana Chan 教授的研究小组）

A)

B)

Lipid

Lipid-PEG Lipid-coated Polymeric Nanoparticle

Drug

Drug

Polymer

Polymer

Lipid-coated Polymeric Nanoparticle

A）一步声波法合成脂质-PLGA杂化纳米颗粒的示意图。左边包括PLGA聚合

物，卵磷脂脂质和DSPE-PEG偶联物在内的所有组分都混合在一起作为“鸡尾

酒”。超声处理5min后，这些构件自组装成核壳结构纳米颗粒。

B）通过动态光散射（DLS）测量所得杂化纳米颗粒的流体动力学尺寸（直

径，nm）。

C）杂化纳米颗粒的代表性扫描电tron显微镜（SEM）图像。

注：引自Quick Synthesis of Lipid-Polymer Hybrid Nanoparticles with

Low Polydispersity Using a Single-Step Sonication Method，

Langmuir 2010, 26(22), 16958–16962

选择超滤方法和滤膜孔径时需要考虑的因素：

默克生命科学提供的多样化超滤工具选择

4

离心超滤和加压超滤在纳米颗粒纯化和制备中发挥了重要作用。超滤可用于纳米颗粒的分离、浓缩、缓冲液置换、药物监测，以及除去纳

米颗粒制品中的染料、酶和未结合成分。有许多论文在纳米颗粒和大分子的纯化和浓缩中，提到采用了 Amicon® 和 Centricon® 离心

超滤管，以及 Amicon® 搅拌式超滤杯用于加压超滤。由于杂质可能是离子、分子或颗粒形式，优化超滤选择会大幅改善收率、结果可重

复性和滤液质量。

Amicon® 和 Centricon® 过滤装置均使用 Ultracel® 再生纤维素滤膜，其复杂的结构可去除样品中可能影响关键的生物和化学测定、

下游分析和检测性能的杂质。超滤技术可用于实验室规模纳米颗粒制品的分离、纯化和富集。离心超滤和加压超滤均是快速、简单和高

效的超滤方法，通过滤过较小的组分和液体截留分离纳米材料。进行过滤选择时，需要考虑的重要因素包括颗粒的物理组成、大小和形

状。Amicon® 超滤系列提供一系列用于纳米颗粒纯化和生产的超滤工具。

Tips

产品系列

操作方法

样品体积

截留分子量

推荐用途

Amicon® Pro

纯化超滤管

D-tube™

透析管

Amicon®

Ultra 超滤管

Centricon® Plus

超滤管

Amicon®

搅拌式超滤杯

离心

~10 ml

依配套使用的AU0.5

超滤管而定

纯化浓缩一体化

离心

0.5/2/4/15 ml

3/10/30/50/

100 kDa

快速分离纯化、换液

除盐、浓缩

离心

70 ml

3/10/30/100kDa

大体积样品快速分

离纯化、换液除

盐、浓缩

（氮气）加压，以磁

力搅拌加速

50/200/400 ml

配套相应尺寸的再生

纤维素或聚醚砜

（PES）超滤膜片或

PVDF微滤膜片使用

1/3/5/10/30/50/10

0 / 3 0 0 / 5 0 0 k D a ,

0.1/0.22/0.45 µm

大体积样品温和分离

纯化、换液除盐、浓

缩

透析，辅以磁力搅

拌可加速透析过程

0.1~15 ml

3.5/7/13 kDa

温和换液除盐

纳米颗粒大小：可根据公开资料估计大小，或通过显微镜、激光衍射和动态光散射等测量技术观测大小。

溶液中主要分离目标的大小：蛋白、抗体、药物、化学品等待分离颗粒大小会影响膜大小的选择。

样品体积：≤0.5 mL 到 70 mL 范围的样品处理量适合离心超滤 (cUF) 装置。更大体积适合加压超滤

(pUF) 装置。

为了截留纳米颗粒，滤膜的截留分子量需要小于纳米颗粒大小（约为纳米颗粒分子量

1/3~1/2），同时也要足够大到可以滤过较小的组分。

当采用微滤及微柱离心法时，推荐使用 Ultrafree® 微滤管（如右图）。在这个 0.5 或 2 mL 容

积、带有微孔滤膜的小离心管中，可以直接加样，或者加入与选定琼脂糖凝胶混合处理的样品。

1.

2.

3.

4.

5.

按体积分为 Mini（10-250 µl），midi（50-800 µl），

maxi（100 µl-3 ml） mega（3-10 ml/10-15 ml）

截留分子量 : 3.5kDa, 7kDa, 13kDa

包装：10/pk，50/pk

高通量格式：7kDa 和 13kDa 提供 96 孔板形式

提供配套浮漂

配套相应尺寸的膜片一起使用

再生纤维素或聚醚砜（PES）超滤膜片：

1/3/5/10/30/50/100/300/500kDa

PVDF 微滤膜片：0.1/0.22/0.45 µm

产品订购信息

15 ml Amicon® Ultra超滤管 (96/PK)

4 ml Amicon® Ultra超滤管 (96/PK)

2 ml Amicon® Ultra超滤管（24/PK）

0.5 ml Amicon® Ultra超滤管 (500/PK)

Amicon Pro 纯化超滤管 (24/pk)

[ 搭配以上AU 0.5一起使用 ]

70 ml Centricon® Plus-70超滤管（8/PK）

50ml Amicon® 搅拌式超滤杯

200ml Amicon® 搅拌式超滤杯

400ml Amicon® 搅拌式超滤杯

UFC900396

UFC800396

UFC200324

UFC5003BK

UFC700308

UFC901096

UFC801096

UFC201024

UFC5010BK

UFC701008

UFC903096

UFC803096

UFC203024

UFC5030BK

ACS500024

UFC703008

UFC905096

UFC805096

UFC205024

UFC5050BK

UFC910096

UFC810096

UFC210024

UFC5100BK

UFC710008

UFSC05001

UFSC20001

UFSC40001

目录号举例：

71504-3

71506-3

71507-3

71508-3

71510-3

D-Tube™ 透析管

产品描述 截留分子量 MWCO

3,000 10,000 30,000 50,000 100,000

按体积分为 MC（0.5 mL）和 CL（2 mL）

有 0.1 ～ 5.0 µm 五种膜孔径供选择

微滤膜材质：PVDF，亲水 PTFE

包装：50/pk，100/pk，250/pk

提供无菌包装和非无菌包装形式产品

目录号举例：

UFC30GVNB

UFC30GV0S

UFC30HV00

Ultrafree®微滤管/离心小柱

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资料编号: 10/2023

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