《Additive Manufacturing》：可快速制備藥片的體積3D打印技術(shù)

來源： EFL生物3D打印與生物制造

通過3D打印技術(shù)制備個性化藥物的時代已經(jīng)來臨,。然而現(xiàn)有的3D打印技術(shù),，無法滿足快節(jié)奏臨床環(huán)境下按需生產(chǎn)藥物所需的速度,。體積3D打印是一種新型的3D打印技術(shù),，它能夠提供更快的打印速度,，并克服基于層的傳統(tǒng)光固化3D打印技術(shù)的幾何和表面的限制,。

來自MERLIN Institute for Technology Inspired Regenerative Medicine的Daniel Nieto,、University College London的Abdul W. Basit 以及Universidade de Santiago de Compostela的 Alvaro Goyanes團(tuán)隊首次采用體積3D打印技術(shù)快速制造3D打印藥物，分別打印六種負(fù)載撲熱息痛的墨水,，評估了該技術(shù)制造3D打印藥物的適用性,，并研究了這些3D打印藥物的形貌、理化性質(zhì)和體外釋放,。這項研究開創(chuàng)了3D打印藥物制造新方法,，并具有廣闊的發(fā)展前景。相關(guān)論文“Volumetric 3D printing for rapid production of medicines”發(fā)表于雜志Additive Manufacturing上,。

圖1 體積3D打印系統(tǒng)的工作原理

體積3D打印,，與傳統(tǒng)的逐層制造不同，它通過多個角度同時照射一定體積的光敏樹脂,，從而創(chuàng)建整個3D打印結(jié)構(gòu),。如圖1所示，該系統(tǒng)在投影儀前方不同位置布置了7個紫外光反射鏡，將投影圖像分成三部分,，包括左側(cè)投影,、右側(cè)投影和底部投影，三部分投影同時投到一定體積的光敏樹脂的相應(yīng)平面上,。為了使3D打印結(jié)構(gòu)的所有位置達(dá)到所需的累積曝光劑量并同時固化,，需要對光束施加橫向強(qiáng)度分布梯度，以便每個光束相互補(bǔ)償,。

如圖2所示,，研究人員成功并高效地制造了體積3D打印藥物。與圓盤狀藥物相比,，圓環(huán)狀藥物能夠提供更大的表面積與體積比,，從而加快藥物釋放速率。六種負(fù)載撲熱息痛的墨水配方,，由不同濃度的丙烯酸單體（PEGDA 575與PEGDA 700）和稀釋劑（水與PEG 300）組成,，因此，達(dá)到滿意交聯(lián)度所需的累積曝光劑量因配方而異,。六種打印結(jié)構(gòu),，無論其組成如何，在物理尺寸上基本一致,。

圖2 體積3D打印藥物的照片和打印過程

如圖3所示,，研究人員對體積3D打印過程中，385 nm光源對撲熱息痛穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了探究,。結(jié)果表明,，385 nm光源不會造成撲熱息痛的分解，在統(tǒng)計學(xué)上沒有顯著影響,。

圖3 撲熱息痛的光穩(wěn)定性

如圖4所示,，研究人員通過傅里葉變換紅外光譜檢測潛在的化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)，判斷體積3D打印過程中撲熱息痛與PEGDA是否具有相互作用,。結(jié)果表明,，紅外光譜圖中并沒有異常特征峰的出現(xiàn)，打印過程中撲熱息痛與PEGDA不會發(fā)生反應(yīng),。

圖4 打印墨水各組分和打印藥物的傅里葉變換紅外光譜

如圖5所示,，研究人員使用X射線顯微CT圖像研究打印藥物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并計算打印藥物的密度,。結(jié)果表明,，通過不同墨水配方得到的打印藥物沒有明顯密度差異，說明打印過程中選擇的曝光參數(shù)成功地適配了不同的打印墨水,，并制造了等密度的打印藥物,。

圖5 打印藥物的X射線顯微CT圖像

如圖6所示,，撲熱息痛的釋放不受pH變化的影響。藥物釋放速率的差異主要是由于稀釋劑不參與交聯(lián),，交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)密度不同,。因此,，稀釋劑濃度越高,，交聯(lián)密度越低，藥物釋放速率越快,。光固化單體和稀釋劑的類型也會影響藥物釋放速率,，較小分子單體容易形成更密集的交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)。

圖6 撲熱息痛的體外釋放曲線

綜上所述,，研究人員首次成功地利用體積3D打印制造了負(fù)載撲熱息痛的打印藥物,，并且在7-17秒內(nèi)即可完成打印，這是迄今為止通過3D打印技術(shù)生產(chǎn)個性化藥物的最快方法,。藥物釋放速率可以通過改變配方中光聚合單體與稀釋劑的比例來調(diào)整,。體積3D打印適用于快速生產(chǎn)藥物，通過進(jìn)一步的優(yōu)化,，可以預(yù)見體積3D打印將成為生產(chǎn)個性化藥物的有力工具,。

文章來源：
https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102673