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

通過3D打印技術制備個性化藥物的時代已經來臨。然而現有的3D打印技術，無法滿足快節奏臨床環境下按需生產藥物所需的速度。體積3D打印是一種新型的3D打印技術，它能夠提供更快的打印速度，并克服基于層的傳統光固化3D打印技術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團隊首次采用體積3D打印技術快速制造3D打印藥物，分別打印六種負載撲熱息痛的墨水，評估了該技術制造3D打印藥物的適用性，并研究了這些3D打印藥物的形貌、理化性質和體外釋放。這項研究開創了3D打印藥物制造新方法，并具有廣闊的發展前景。相關論文“Volumetric 3D printing for rapid production of medicines”發表于雜志Additive Manufacturing上。

體積3D打印，與傳統的逐層制造不同，它通過多個角度同時照射一定體積的光敏樹脂，從而創建整個3D打印結構。如圖1所示，該系統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，包括左側投影、右側投影和底部投影，三部分投影同時投到一定體積的光敏樹脂的相應平面上。為了使3D打印結構的所有位置達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度分布梯度，以便每個光束相互補償。

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，達到滿意交聯度所需的累積曝光劑量因配方而異。六種打印結構，無論其組成如何，在物理尺寸上基本一致。

如圖3所示，研究人員對體積3D打印過程中，385 nm光源對撲熱息痛穩定性的影響進行了探究。結果表明，385 nm光源不會造成撲熱息痛的分解，在統計學上沒有顯著影響。

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反應物質，判斷體積3D打印過程中撲熱息痛與PEGDA是否具有相互作用。結果表明，紅外光譜圖中并沒有異常特征峰的出現，打印過程中撲熱息痛與PEGDA不會發生反應。

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部結構，并計算打印藥物的密度。結果表明，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。

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，交聯聚合物網絡密度不同。因此，稀釋劑濃度越高，交聯密度越低，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聚合物網絡。

綜上所述，研究人員首次成功地利用體積3D打印制造了負載撲熱息痛的打印藥物，并且在7-17秒內即可完成打印，這是迄今為止通過3D打印技術生產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整。體積3D打印適用于快速生產藥物，通過進一步的優化，可以預見體積3D打印將成為生產個性化藥物的有力工具。

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

來源： EFL生物3D打印與生物制造