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Sunny Suite|LNP 開發、分析、純化一站式整合平台 - Sunscreen LNP高通量篩選系統 | mRNA疫苗與基因治療配方開發平台 | Unchained Labs

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Sunscreen 專為LNP配方開發設計的自動化微流體平台,單日完成96組條件試驗。精準控制粒徑40-200nm、PDI<0.2、包封率>90%,大幅降低原料消耗。搭配Stunner AF分析,可重複使用Sunny晶片,與Sunshine、Sunbather無縫銜接至GMP生產。

Sunny Suite

Sunscreen:高通量 LNP 配方篩選的極致平台

6小時|96 組條件|CV < 1% 重現性,每組條件僅需 105 µL 樣品,從篩選到 GMP 生產無縫銜接

告別單一實驗的漫長等待。Sunscreen 結合微流體技術的精準控制與自動化高通量能力,讓 LNP 配方篩選進入全新維度。從 mRNA 疫苗到基因治療載體,在單一工作日內完成 96 個獨立配方的開發與優化,大幅加速創新療法的研發進程。

產品概述

Sunscreen 自動化微流體系統

"Lipid Nanoparticles" (LNPs) 作為臨床核酸遞送的領先技術,已展現從概念到臨床的卓越轉化效率。COVID-19 疫苗 SpikeVax 在病毒序列公布後僅 41 天即推出首批臨床劑量,充分證明 LNP 技術足以革新藥物開發流程。Sunscreen 將配方篩選效率推向極致,在 6 小時內完成 96 個自動化實驗,加速未來突破性發現。

LNP 技術的複雜挑戰

儘管 LNP 技術已證實其療效與安全性,目前超過 18 個產品正在臨床試驗階段,但 LNP 絕非簡單的平台技術。每個配方都必須精心選擇:

  • "Ionizable/cationic lipid"(用於 RNA 結合與遞送)
  • "Structural lipid"(結構脂質)
  • "Cholesterol derivative"(膽固醇衍生物)
  • "PEGylated lipid"(聚乙二醇化脂質)及其相對比例

新興發展更擴大了材料範圍與組分複雜度,透過主動或被動標靶策略,實現特定器官與細胞類型的精準遞送。

混合製程的關鍵影響

脂質組分(通常溶於乙醇)與核酸(溶於水相緩衝液)的混合過程至關重要:

  • Total Flow Rate (TFR):總流速
  • Flow Rate Ratio (FRR):材料流速比
  • Flow type:流動型態(laminar / chaotic / turbulent)

這些參數影響包封效率 "encapsulation efficiency"、粒子結構與粒徑,進而改變 LNP 的 pKa、膜流動性 "membrane fluidity" 與穩定性,最終影響體內生物分布 "biodistribution"、表現與療效。

LNP formulation effect on biodistribution in-vivo

圖 1:LNP 配方對體內生物分布的影響

傳統篩選的瓶頸

LNP 的設計空間極為龐大,全面測試這些變因可能產生數百至數千個實驗需求。目前市售的多數微流體系統存在以下限制:

  • 需要逐一手動裝填試劑,耗時且可能浪費
  • 依賴高成本的拋棄式微流體混合晶片
  • 或採用難以控制、重現性差且無法規模化的移液混合方式

自動化篩選,將研發效率提升至全新維度

極速產出

每日可篩選的酬載 "payloads" 與配方數量遠超以往,3-4 分鐘完成單一配方實驗,單次運行可達 96 個獨立條件。

低原料消耗

每次實驗僅需低至 105 µL 的輸入量,大幅節省昂貴的核酸與載體原料,讓珍貴樣品發揮最大價值。

零交叉污染

每次實驗後自動清洗所有接觸液體的部件,包括 Sunny 微流體晶片與流體處理針頭,確保樣品的高完整性與重現性。

96
組條件 / 單次運行
< 6
小時完成全部實驗
105
µL 最小輸入量
< 1%
CV 重現性

Walk-away 自動化操作

Sunscreen 是市場上首款結合自動化高通量測試與微流體技術精準性、可擴展性與重現性的產品。單次實驗運行可執行多達 96 個獨立實驗,無需操作人員介入。搭配自動化清洗步驟,採用超光滑惰性玻璃材質的 Sunnies(微流體晶片)可無限次重複使用。

微流體精確性與技術一致性

Sunny 微流體晶片:精準混合的核心

Sunny microfluidic chips collection

Sunscreen 可使用多種 Sunnies 實現不同的混合速度與類型,提供完整的操作彈性。所有 Sunnies 均採用超光滑惰性玻璃材質,通道粗糙度僅 ±5 nm,遠優於一般注塑成型晶片,確保最高純度與可重現性。

無縫規模化設計

所有 Sunnies 完全相容於 Sunscreen 與 Sunshine(製程開發與放大系統),實現從篩選到放大各階段的無縫轉換,為 LNP 開發管線提供一致的技術路徑。

防擴散技術 (Anti-Dispersion Technology, ADT)

在試劑包與驅動液之間引入微小氣泡,保護樣品包不受驅動液稀釋,維持高濃度試劑與高回收率,確保珍貴樣品的最大利用效率。

彈性的板式格式選擇

Sunscreen 從標準 96 孔盤格式運行,透過機械手臂自動吸取試劑(每個輸入僅需 105 µL),樣品隨後保存於樣品環 "sample loops" 中。系統使用精密注射泵建立穩態流動與壓力,試劑從樣品環釋放進入主系統,校準過的管路與閥門時序確保兩個試劑包同時抵達 Sunny 進行混合,提供卓越的混合控制與保真度。

96-well plate workflow diagram

圖 2:96 孔盤自動化工作流程

技術規格範圍

收集樣品體積 200 µL - 2 mL
Total Flow Rate (TFR) 100 µL/min - 30 mL/min
Flow Rate Ratio (FRR) 1:1 - 5:1 (Aqueous:Organic)
Head/Tail Cut 完全可客製化

每個樣品具備完全可客製化的 head/tail cut,確保收集樣品包中心部分,具有最高的混合品質與一致性,或收集整個樣品包。

實證效能:從重現性到多參數篩選

卓越的重現性

為建立 Sunscreen 的基準性能與重現性,執行了 96 次實驗系列,包含 90 次重複的單一配方(DOTAP:DSPC:Chol:DMG-PEG2000,40:10:37.5:2.5 莫耳比)以及 6 個「不良」配方(無 PEG 化脂質),以展示系統在樣品嚴重聚集後的恢復能力。

Reproducibility and Recoverability of Sunscreen

圖 3:Sunscreen 運行 DOTAP cLNP 配方的 96 次實驗重現性與恢復性

重現性測試總體結果

ParameterDescription
Z-Average 94.59 nm ± 0.71 nm
PDI 0.142 ± 0.01
RSD 0.76%
Total Time 05 hours 30 minutes

90 次重複實驗的重現性極為優異,平均粒徑為 94.59±0.71 nm,整體相對標準偏差 (RSD) 小於 1%。"Polydispersity Index" (PDI) 同樣非常一致,為 0.142±0.01。無 PEG 樣品雖高度聚集且多分散,但對後續生成的樣品無影響,顯示樣品間無交叉污染。

大規模配方篩選

執行 32 種陽離子 LNP "cationic LNP" (cLNP) 配方的大規模篩選,每種配方重複三次,研究以下變因的影響:

  • 陽離子脂質種類(DOTAP vs. DDAB)
  • 結構脂質種類(DSPC vs. DOPE)
  • PEG 脂質種類(DSPE-PEG2000 vs. DMG-PEG2000)
  • PEG 脂質莫耳百分比(0.5, 2.5, 5, 10 mol%)

所有實驗從同一片 96 孔盤運行,單次實驗歷時 5.5 小時,無需任何操作人員介入或中斷。分析粒子的 Z-average、PDI 與包封效率 "encapsulation efficiency" (EE%)。

cLNP formulation screen results

圖 4:cLNP 配方篩選結果(Z-Average 與 PDI 為三次實驗平均值)

單次實驗運行產生的數據量超過單一圖表所能準確呈現。部分明顯趨勢快速被識別:隨著 PEG 含量增加,粒徑下降。較不預期的發現包括:

  • 粒徑對 DSPE-PEG2000 的反應性高於 DMG-PEG2000
  • DDAB cLNP 粒徑對 DMG-PEG2000 含量的反應較低
Effect of PEG lipid on particle size

圖 5:DMG-PEG2000 與 DSPE-PEG2000 對 cLNP 粒徑的影響

排除 0.5% PEG 脂質配方(PDI 低但粒徑測量標準偏差高,顯示某種程度的不可預測性/不穩定性)後,識別出多個其他關係,包括:

  • 結構脂質對 PDI 的影響:DOPE 在各種情況下 PDI 均較高
  • DDAB/DSPE-PEG2000 配方的包封效率較低
Effect of structural lipid and encapsulation efficiency

圖 6:結構脂質對 cLNP PDI 的影響與配方組合的包封效率

流速篩選

最後測試刻意改變流動條件,使用固定配方(DOTAP:DSPC:Chol:DMG-PEG2000,40:10:37.5:2.5 莫耳比)調整粒徑。於 5、7、9 與 12 mL/min 形成粒子。如預期,隨著流速增加,粒徑下降,因為中央乙醇流的聚焦速度加快,混合時間縮短。

Effect of TFR on DOTAP cLNP size and PDI

圖 7:TFR 對 DOTAP cLNP 粒徑與 PDI 的影響

TFR 對 DOTAP cLNP 平均粒徑與 PDI 的影響

TFR (mL/min)Z-Average (nm)PDI
5 137.9 ± 1.11 0.11 ± 0.01
7 110.6 ± 1.96 0.13 ± 0.00
9 88.24 ± 0.52 0.13 ± 0.00
12 69.48 ± 0.38 0.14 ± 0.00

誤差以標準偏差 (SD) 表示 (n=3)

數據清楚顯示此趨勢,每組流速間的粒徑差異具統計顯著性,展現 Sunscreen 產出 LNP 的卓越控制力與重現性。

完整工作流程整合

See the Matrix:96 孔盤自動化篩選

96-well plate matrix workflow

Sunscreen 從標準 96 孔盤格式獲取試劑,一盤容納緩衝酬載 "buffered payload",另一盤裝載奈米粒子構建組分 "nanoparticle building blocks" 混合物。單次運行可執行多達 96 個實驗並整合數據以獲得更深入的見解,或僅裝填一排或兩排最新配方,無論需求為何,Sunscreen 的自動化都能完美處理。

1

試劑裝填

96 孔盤 A:300 µL 酬載 (Payloads)
96 孔盤 B:100 µL 奈米粒子前驅物

2

自動吸取

機械手臂自動吸取試劑(最少 105 µL)並保存於樣品環

3

精準混合

試劑包在 Sunny 微流體晶片中同步混合

4

產品收集

96 孔盤 C:400 µL 充填酬載的奈米粒子

搭配 Stunner AF 實現當日完整分析

深入瞭解 Stunner AF

當 Sunscreen 產出一整盤配方時,可信賴每個配方都能一致製造。實驗間的自動化清洗消除了前一配方的殘留,確保較差配方不會影響後續的優良配方。若要大幅提升工作流程效率,可搭配 Stunner AF (Add Fluorescence) 檢測粒徑、酬載定量與包封效率,快速篩選出優勝配方。

Stunner AF integration workflow

當日完成合成與表徵

搭配 Stunner AF 分析系統,可在同一工作日內完成一整盤 96 個配方的合成與完整表徵,包括:

  • 粒徑分析 "Particle Size Analysis"
  • 多分散指數 "Polydispersity Index" (PDI)
  • 酬載定量 "Payload Quantification"
  • 包封效率 "Encapsulation Efficiency" (EE%)

從篩選、優化到生產的無縫轉換

Sunny Suite: Sunscreen, Sunshine, Sunbather

Sunny Suite 為奈米粒子開發的每個階段提供完善解決方案。Sunscreen 自動化執行多達 96 個配方的高通量篩選,接著 Sunshine 專注於完美混合製程條件的優化,提供自動化實驗與連續流動模式。當準備進入臨床試驗時,Sunbather 在完全符合 GMP 規範的環境中放大粒子生產。

Screen 篩選

Sunscreen
  • 96 配方 / 單次運行
  • 400 µL - 2 mL 樣品體積
  • 高通量配方篩選
  • CV < 1% 重現性

Optimize 優化

Sunshine
  • 製程參數優化
  • 自動化實驗模式
  • 連續流動模式
  • 可擴展至中試規模

Produce 生產

Sunbather
  • GMP 規範生產
  • 升規模至公升級
  • 臨床試驗供應
  • 商業化生產

技術共享確保無縫轉移

Sunny Suite 三機採用相同的泵浦技術與 Sunny 微流體晶片幾何設計,確保從篩選到生產的技術一致性:

  • 相同的流體動力學原理
  • 相同的 Sunny 微流體晶片設計
  • 相同的精密流速控制
  • 零門檻的製程轉移

在 Sunscreen 篩選階段找到的最佳混合參數,可直接套用於 Sunshine 優化與 Sunbather 生產,無需重新開發製程,大幅縮短從研發到臨床的時程。

Scalability consistency across Sunny Suite

圖 8:Sunny Suite 跨平台規模化一致性

無論是篩選數百種配方或生產公升級粒子供臨床試驗使用,Sunny Suite 都是完整解決方案。相同的流體輸送與微流體混合技術貫穿每個轉換階段,從配方篩選到製程開發再到 GMP 生產,實現順暢無阻的規模化路徑。

打造完整的高通量工作流

後處理整合

篩選後的樣品可接續使用 Big TunaUnagi 進行自動化緩衝液交換 "buffer exchange" 與純化,進一步簡化 LNP 開發工作流程,從配方篩選到樣品純化一氣呵成。

Complete LNP development workflow integration

數據管理與分析

Sunny Suite Software 提供直覺化操作介面與完整實驗記錄:

  • 實驗設計與板位映射
  • 即時監控運行狀態
  • 內建驗證檢查機制
  • 完整的審計追蹤 "audit trail"
  • 數據匯出與報告生成
Sunny Suite Software interface

相關資源

Webinar

Accelerating mRNA-LNP Formulation Screening for Genomic Drug Discovery and Development

mRNA-LNP Formulation Screening Webinar

基於 LNP 的 mRNA 技術促成了 COVID-19 疫苗的快速開發,引發了對該技術潛力的空前關注。許多研究人員透過系統優化脂質組分(如可離子化脂質 "ionizable lipid"、PEG 脂質、結構脂質與輔助脂質)來解決設計問題。然而,這些方法受限於 LNP 製備的低通量與高成本。

在此 GEN 網路研討會中,專家講者將討論快速配製與表徵 LNP 的策略與工具,用於藥物發現與開發。他們將分享 Unchained Labs 與 NanoVation Therapeutics UK 之間的合作成果,評估高通量控制製造小規模 LNP 的儀器,並展示這些發現如何加速基於 LNP 的藥物創造。

Application Note

Accelerate your LNP Formulation Screening to Lightspeed

LNP Formulation Screening Application Note

詳細技術文件展示 Sunscreen 在 LNP 配方篩選的完整應用數據,包括:

  • 96 次實驗的重現性驗證(CV < 1%)
  • 32 種 cLNP 配方的大規模篩選
  • 流速參數對粒徑的影響分析
  • 完整的實驗方法與數據分析

技術規格

Application

Throughput 3-4 minutes per sample, up to 96 samples
Total flow rate range (Sunny dependent) 0.1–30 mL/min
Typical sample volume (3:1 FRR) 0.4–2 mL
Minimum input volume (including dead volume) ≥105 µL
Continuous mode No
In-line dilution Yes
Flow rate ratio range (aqueous to organic) 1:1 to 5:1
Typical particle size range* 40–200 nm
PDI* <0.2
Encapsulation efficiency* >90%

* Formulation dependent

Instrument

Physical

Weight and dimensions (cm) 57 kg, 60 H x 90 W x 40 D

Electrical

Voltage input 100 V–240 V AC, 50-60 Hz
Communications USB

Other Information

Sample loop size 2.5 mL
Fluid store volumes 4 x 1000 mL bottles
Wetted materials PTFE, PCTFE, FEP, ETFE, PEEK, Polypropylene, FFKM, Hastelloy C276, Stainless Steel T316, Glass, Tygon (waste tubes), HDPE (waste container)
Computer Separate computer with Win 11, monitor, keyboard and mouse (not included in dimensions)

Consumable

Sunnies

Glass microfluidic mixing devices of various geometries and channel sizes

Available types

  • Sunny 490 Trident T
  • Sunny 100 X
  • Sunny 100 T
  • Sunny 190 X
  • Sunny 190 T
  • Sunny 275 X
  • Sunny 275 T
  • Sunny 150 3D
  • Sunny 50 Micromixer

常見問題

Sunscreen: High-Throughput Automated LNP Formulation Screening Platform

The Sunscreen system represents a breakthrough in lipid nanoparticle (LNP) formulation development, combining the precision of microfluidic technology with walk-away automation to enable high-throughput screening of up to 96 unique formulations in a single day. As the leading delivery methodology for nucleic acid therapeutics, LNPs have demonstrated unprecedented translation speed from concept to clinic, exemplified by COVID-19 mRNA vaccines reaching clinical testing within 41 days of sequence publication. Sunscreen accelerates this development process further by transforming formulation screening from a time-consuming bottleneck into a streamlined workflow.

Automated Microfluidic Excellence

Sunscreen is the first commercial platform to combine automated, high-throughput testing with the essential precision, scalability, and reproducibility of microfluidics. The system processes samples from standard 96-well plates, with robotic arms automatically aspirating reagents requiring as little as 105 µL per input. Each experiment runs in 3-4 minutes, with the system completing full 96-sample plates in under 6 hours without operator intervention. The platform achieves remarkable reproducibility with coefficient of variation (CV) below 1%, ensuring that differences in particle properties reflect formulation variations rather than process inconsistencies.

Reusable Glass Microfluidic Technology

At the heart of Sunscreen's performance are the Sunny microfluidic chips, composed of ultra-smooth, inert glass with channel roughness of only ±5 nm. Unlike disposable plastic chips common in other systems, Sunnies are infinitely reusable thanks to automated washing integrated into each experimental cycle. The system offers multiple Sunny geometries including the Sunny 490 Trident T utilizing hydrodynamic flow focusing (HFF) for highly controlled laminar flow, and the Sunny 50 Micromixer intentionally inducing chaotic flow for smaller particle sizes at lower flow rates. All Sunnies are compatible with both Sunscreen and Sunshine systems, enabling seamless transition between development stages.

Comprehensive Parameter Control

The platform provides extensive control over critical LNP formation parameters. Total flow rates (TFR) range from 100 µL/min to 30 mL/min, while flow rate ratios (FRR) between aqueous and organic phases can be adjusted from 1:1 to 5:1. Collected sample volumes span 200 µL to 2 mL, with fully customizable head and tail cuts ensuring collection of the highest-quality sample core. Anti-dispersion technology (ADT) protects sample packets from driving fluids, maintaining high reagent concentrations and recovery rates. This flexibility enables optimization of particle size (typically 40-200 nm), polydispersity index (PDI < 0.2), and encapsulation efficiency (EE% > 90%) across diverse formulation spaces.

Validated Performance Across Applications

Extensive validation demonstrates Sunscreen's capabilities across multiple dimensions. Reproducibility testing with 90 replicates of a single DOTAP formulation achieved Z-average of 94.59 ± 0.71 nm with RSD of 0.76%. Large-scale formulation screening of 32 cationic LNP variants (in triplicate, 96 total experiments) completed in 5.5 hours revealed clear structure-property relationships, including the differential responsiveness of particle size to DSPE-PEG2000 versus DMG-PEG2000, and the influence of structural lipids (DSPC vs DOPE) on PDI. Flow rate screening demonstrated precise control over particle size, with statistically significant differences between each tested TFR from 5 to 12 mL/min.

Integrated Workflow Solutions

Sunscreen seamlessly integrates with complementary platforms to create complete LNP development workflows. When paired with Stunner AF for automated particle size and encapsulation efficiency analysis, users can synthesize and characterize a full 96-formulation plate within a single working day. Post-synthesis, samples can proceed directly to Big Tuna or Unagi systems for automated buffer exchange and purification. The Sunny Suite Software provides intuitive experiment design with plate mapping, real-time run monitoring, built-in validation checks, and complete audit trails for regulatory compliance.

Scalable Path to Production

As part of the Sunny Suite family, Sunscreen enables direct translation from screening to GMP manufacturing. All three systems—Sunscreen for screening, Sunshine for process optimization, and Sunbather for GMP production—share identical pump technology and Sunny chip geometries. Optimal mixing parameters identified during Sunscreen screening transfer directly to larger-scale production without process redevelopment, eliminating a traditional bottleneck in LNP commercialization. This seamless scalability accelerates the path from formulation discovery to clinical supply.

Applications Across Nucleic Acid Therapeutics

Sunscreen supports the full spectrum of LNP-based delivery applications including mRNA vaccines, siRNA therapeutics, gene editing vectors (CRISPR/Cas9), DNA vaccines, and other nucleic acid drugs. The system accommodates diverse lipid components including ionizable lipids (SM-102, DLin-MC3-DMA), cationic lipids (DOTAP, DDAB), structural lipids (DSPC, DOPE), cholesterol derivatives, and various PEGylated lipids (DSPE-PEG2000, DMG-PEG2000). This versatility enables exploration of passive and active targeting strategies for organ- and cell-type-specific delivery, advancing personalized medicine approaches.

Technical Specifications

The Sunscreen system measures 60 H x 90 W x 40 D cm with a weight of 57 kg, operating on 100-240V AC (50-60 Hz). Sample loops hold 2.5 mL, with four 1000 mL fluid storage bottles. Wetted materials include PTFE, PCTFE, FEP, ETFE, PEEK, polypropylene, FFKM, Hastelloy C276, stainless steel T316, and glass, ensuring chemical compatibility with diverse formulation components. The system requires a separate computer with Windows 11, monitor, keyboard, and mouse for operation. Nine different Sunny chip types are available, each optimized for specific mixing regimes and particle size ranges.

Advancing LNP Development

Sunscreen addresses the fundamental challenge in LNP development: the vast design space created by multiple lipid components, mixing parameters, and cargo types. Traditional manual approaches or low-throughput systems cannot efficiently explore this space, limiting innovation. By enabling rapid screening of 96 unique conditions per day with minimal material consumption and exceptional reproducibility, Sunscreen empowers researchers to discover optimal formulations faster, test more payload variants, and accelerate translation of nucleic acid therapeutics from concept to patient impact. The platform's combination of automation, microfluidic precision, and scalable technology positions it as an essential tool for any laboratory engaged in LNP development.

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