FabRx在擠出式3D 打印頭中集成壓力傳感器，通過壓力控制來優(yōu)化藥品制造

2023年2月7日，南極熊獲悉，總部位于英國的生物技術(shù)公司FabRx宣布正式推出其新的壓力監(jiān)測式半固體擠出機(jī)（SSE）打印頭——SSE Laguna。

為了保證在打印半固體材料時的打印均勻性，這種新的受專利保護(hù)的質(zhì)量控制系統(tǒng)采用了專門設(shè)計(jì)的壓力反饋系統(tǒng)，與FabRx的M3DIMAKER STUDIO軟件相配合。

△配備Laguna SSE噴頭的M3DIMAKER打印平臺的示意圖。圖片來自FabRx。

壓力監(jiān)測式打印頭——SSE

SSE是一種3D打印方法，它采用基于注射器的打印頭，擠出凝膠或糊狀材料來生產(chǎn)所需的物體。據(jù)FabRx稱，SSE技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于制藥業(yè)，為人體臨床試驗(yàn)創(chuàng)造配方。為了進(jìn)一步協(xié)助其臨床實(shí)施，研究人員嘗試使用壓力傳感器來保證打印質(zhì)量，可以提供關(guān)于有關(guān)原位和精確打印條件下的可打印性數(shù)據(jù)。

本研究的目的是將壓力傳感器納入SSE制藥3D打印機(jī)，用于材料表征，同時采用過程分析技術(shù)（PAT）來監(jiān)督3D打印過程。在這項(xiàng)分析中，通過改變溫度、流速或噴嘴直徑，在12種不同的條件下評估了三種不同的材料（軟質(zhì)凡士林、糊狀物質(zhì)和凝膠狀物質(zhì)）。這是第一次使用壓力傳感器來描述油墨的流變特性，這些流變特性顯示出與溫度有關(guān)的、可塑性的和粘彈性的行為。管理關(guān)鍵的材料特性和3D打印過程的變量可能會使設(shè)計(jì)質(zhì)量（QbD）方法促進(jìn)高保真3D打印過程，這對未來的個性化醫(yī)療至關(guān)重要。

在本研究中，一個壓力傳感器被連接到3D打印機(jī)的擠壓筒上，用于實(shí)時記錄半固體物質(zhì)通過小號噴嘴在打印件生產(chǎn)中的流動行為。在整個打印過程中使用注射器，加上3D打印平臺本身，消除了許多參數(shù)，如果以傳統(tǒng)方式進(jìn)行測試，即在打印前使用紋理儀、流變儀或其他設(shè)備來檢查候選墨水，則必須監(jiān)測這些參數(shù)。簡而言之，所開發(fā)的設(shè)置使得簡短的實(shí)驗(yàn)可以通過印刷平臺本身進(jìn)行。這不僅可以模擬出準(zhǔn)確的打印條件，而且還可以用標(biāo)注的最佳參數(shù)值立即開始3D打印。

以壓力為導(dǎo)向的SSE電機(jī)驅(qū)動的打印頭（Laguna SSE打印頭）及其控制軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了打印條件下的質(zhì)量特征。通過使用相同的加熱室、注射器和噴嘴，有可能在整個打印過程中模擬柱塞在質(zhì)量上的運(yùn)動，使質(zhì)量的機(jī)械特性能夠在現(xiàn)場得到確定。眾多的其他協(xié)變量，如熱擴(kuò)散或通過噴嘴和注射器筒壁的流動，都被消除了。

△壓縮/收縮周期圖，顯示測試的兩種擠壓速度。圖片來自FabRx。

增材制造領(lǐng)域的半固態(tài)擠壓技術(shù)

此前，日本名古屋市立大學(xué)的一組研究人員利用魚明膠創(chuàng)造了一種新型的3D生物打印藥物輸送系統(tǒng)。研究人員使用半固態(tài)擠壓生物打印機(jī)打印了三種不同的貼片形狀：圓柱體、環(huán)形體（甜甜圈）和網(wǎng)格線。所使用的水凝膠包含一種半合成的聚合物，主要成分是魚明膠。選擇這種動物是因?yàn)轸~明膠相對便宜，而且與任何個人或宗教信仰沒有沖突。然后在貼片中填充DOX化合物，研究小組開始評估其釋放率。

△3D 生物打印貼片。照片來自名古屋市立大學(xué)。

此外，一組希臘和意大利的研究人員調(diào)查了3D打印作為一種涂層技術(shù)的應(yīng)用，以定制特定患者的藥物釋放率。研究人員通過半固態(tài)擠壓3D打印技術(shù)對片劑內(nèi)部的兩種活性藥物成分（API）進(jìn)行部分包衣來調(diào)整其釋放。利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，該團(tuán)隊(duì)能夠通過調(diào)整3D打印涂層工藝的不同參數(shù)來定制所選的API釋放曲線。