《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(gè)性化藥物的時(shí)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(duì)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(píng)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(xiàng)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(gè)角度同時(shí)照射一定體積的光敏樹脂，從而創(chuàng)建整個(gè)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(gè)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(shí)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(shí)固化，需要對(duì)光束施加橫向強(qiáng)度分布梯度，以便每個(gè)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(duì)體積3D打印過程中，385 nm光源對(duì)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(huì)造成撲熱息痛的分解，在統(tǒng)計(jì)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(cè)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(huì)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(jì)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(huì)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(gè)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(gè)性化藥物的有力工具。

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