药物3D打印制造技术全面盘点

lydiazhang   2017-08-18 14:33:00

3D打印技术用于不同领域时采用不同的打印方式,由于3D打印是增材制造过程,而将固态材料融化成液态后进行造型再凝结的方式具备更高的灵活性和可控性,因此大多数3D 打印技术都要经过基础材料融化过程。然而,用于药物制剂的3D打印技术需要条件更加温和的成型技术,以避免药物活性成分遭到破坏而使药物失效。

1.喷墨打印法(inkjet printing)

药物3D 喷墨式打印技术是通过药物喷墨打印机将液态的黏结剂及药物混合物形成小液滴并沉淀在基质上制成药物的技术。喷墨式打印技术的关键在于液墨的配制及精确控制液滴的喷射速度、位置、尺寸,以保证药物的形态和质量。ten Cate 等利用喷墨打印技术研究了一种微囊剂的制备工艺,采用带有直径为120 μm 喷嘴的打印设备,以亚麻籽油作芯液,卡拉胶溶于去离子水中作壳液,在包覆过程中将壳液温度加热到75 ℃,包覆后冷却成型,其工艺原理图如图1 所示。Sandler 等研究了喷墨打印与柔性打印技术相结合的方法,以具有多孔结构的无毒纸为基材,制作了具有控释特性的固体制剂,其工艺流程示意图如图2 所示。该研究选用了核黄素磷酸钠盐和盐酸普萘洛尔作为水溶性的模型药,研究结果表明将药物渗入到多孔介质的基材中,不仅能控制药物的沉积,且能控制药物的结晶过程。

2.粉液黏结法(powder liquid bonding)

粉液黏结法药物3D打印技术是将黏结剂通过喷头以特定的运动轨迹喷射到药物粉末中,待凝结后形成特定形状的固体制剂。如图3 所示,粉层升降台沿z 方向上升,铺粉辊将粉层升降台上方的一层药物粉末铺设至成型升降台上方,喷头按照经计算机辅助设计(CAD) 确定的固体药物截面层轮廓信息,在水平面上沿x 方向和y 方向运动,并在铺好的一层药粉上,有选择地喷射黏结剂,黏结剂渗入粉末的微孔中并使其黏结,形成药物的第一层截面轮廓,成型升降台沿z 方向下降,如此循环送粉、铺粉、喷黏结剂、成型的工序,直到完成最后一层的铺粉与黏结,最终形成所设计形状的3D固体药物。Wu 等利用粉液黏结法打印制作了用于骨结核治疗的程序释放植入多层片,药物释放曲线表明,抗菌药按照异烟肼- 利福平- 异烟肼-利福平的顺序有序地释放,类似一个脉冲释药过程,这对充分发挥药物的相互协同作用以及耐药性的改善具有积极的意义。Yu 等以对乙酰氨基酚、乳糖、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)K30、甘露糖醇和胶体二氧化硅的混合粉末为原料,亚甲蓝和PVP K30 溶于75%乙醇为黏合剂,打印制作了内含散粉的壳- 核形式对乙酰氨基酚快速崩解片,体外溶出试验表明97.7%对乙酰氨基酚在初始2 min 内释放。

3.熔融沉积法(fused deposition modelling)

熔融沉积法是通过加热头把热熔性材料加热到临界状态,使其呈现半流体状态,然后加热头会在软件控制下沿原先设计好的二维几何轨迹运动,同时喷头将半流动状态的材料挤压出来,材料瞬时凝固,形成有轮廓形状的薄层。Goyanes 等通过将模拟药物渗透到熔融性材料——聚乙烯醇中,再经3D打印出模拟药片,经研究和分析,3D 打印出的药片不仅具备较强的机械强度且外观形态也不受热应力的影响。Skowyra 等将泼尼松龙经一定条件孵化、渗透进入聚乙烯醇,制成载药型3D 打印熔丝,经检测载药量为1.9% 。制成的载药型熔丝在230 ~ 250 ℃的高温下融化后,经3D 打印机喷嘴通过设计的运动轨迹打印得到泼尼松龙缓释片剂,释药时间超过24 h。熔融沉积法3D 打印技术用于药剂成型通常需要200 ℃的高温使基材融化再成型,因此,使用该法得到的药剂一般质地较硬,更适宜制成缓控释制剂,且要求药物具备良好的热稳定性。

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