《Additive Manufacturing》：可快速制备药片的体积3D打印技术

来源： EFL生物3D打印与生物制造

通过3D打印技术制备个性化药物的时代已经来临。然而现有的3D打印技术，无法满足快节奏临床环境下按需生产药物所需的速度。体积3D打印是一种新型的3D打印技术，它能够提供更快的打印速度，并克服基于层的传统光固化3D打印技术的几何和表面的限制。

来自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团队首次采用体积3D打印技术快速制造3D打印药物，分别打印六种负载扑热息痛的墨水，评估了该技术制造3D打印药物的适用性，并研究了这些3D打印药物的形貌、理化性质和体外释放。这项研究开创了3D打印药物制造新方法，并具有广阔的发展前景。相关论文“Volumetric 3D printing for rapid production of medicines”发表于杂志Additive Manufacturing上。

图1 体积3D打印系统的工作原理

体积3D打印，与传统的逐层制造不同，它通过多个角度同时照射一定体积的光敏树脂，从而创建整个3D打印结构。如图1所示，该系统在投影仪前方不同位置布置了7个紫外光反射镜，将投影图像分成三部分，包括左侧投影、右侧投影和底部投影，三部分投影同时投到一定体积的光敏树脂的相应平面上。为了使3D打印结构的所有位置达到所需的累积曝光剂量并同时固化，需要对光束施加横向强度分布梯度，以便每个光束相互补偿。

如图2所示，研究人员成功并高效地制造了体积3D打印药物。与圆盘状药物相比，圆环状药物能够提供更大的表面积与体积比，从而加快药物释放速率。六种负载扑热息痛的墨水配方，由不同浓度的丙烯酸单体（PEGDA 575与PEGDA 700）和稀释剂（水与PEG 300）组成，因此，达到满意交联度所需的累积曝光剂量因配方而异。六种打印结构，无论其组成如何，在物理尺寸上基本一致。

图2 体积3D打印药物的照片和打印过程

如图3所示，研究人员对体积3D打印过程中，385 nm光源对扑热息痛稳定性的影响进行了探究。结果表明，385 nm光源不会造成扑热息痛的分解，在统计学上没有显著影响。

图3 扑热息痛的光稳定性

如图4所示，研究人员通过傅里叶变换红外光谱检测潜在的化学反应物质，判断体积3D打印过程中扑热息痛与PEGDA是否具有相互作用。结果表明，红外光谱图中并没有异常特征峰的出现，打印过程中扑热息痛与PEGDA不会发生反应。

图4 打印墨水各组分和打印药物的傅里叶变换红外光谱

如图5所示，研究人员使用X射线显微CT图像研究打印药物的内部结构，并计算打印药物的密度。结果表明，通过不同墨水配方得到的打印药物没有明显密度差异，说明打印过程中选择的曝光参数成功地适配了不同的打印墨水，并制造了等密度的打印药物。

图5 打印药物的X射线显微CT图像

如图6所示，扑热息痛的释放不受pH变化的影响。药物释放速率的差异主要是由于稀释剂不参与交联，交联聚合物网络密度不同。因此，稀释剂浓度越高，交联密度越低，药物释放速率越快。光固化单体和稀释剂的类型也会影响药物释放速率，较小分子单体容易形成更密集的交联聚合物网络。

图6 扑热息痛的体外释放曲线

综上所述，研究人员首次成功地利用体积3D打印制造了负载扑热息痛的打印药物，并且在7-17秒内即可完成打印，这是迄今为止通过3D打印技术生产个性化药物的最快方法。药物释放速率可以通过改变配方中光聚合单体与稀释剂的比例来调整。体积3D打印适用于快速生产药物，通过进一步的优化，可以预见体积3D打印将成为生产个性化药物的有力工具。

文章来源：
https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102673