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3D打印技术是一种快速成型技术,在计算机技术辅助下,利用数学模型将粉末状塑料、金属等材料,通过逐层堆积的方式打印出实物模。3D打印技术可分为很多种类,根据打印原理的不同可分为黏合剂喷射法、熔融沉积法、立体光刻法、激光烧结法。3D打印技术在医疗领域发展迅速,随着3D打印骨骼、牙齿、假体、组织技术的逐一成型,该技术已成为医疗领域的重要技术支撑,并具有广阔的发展前景。不仅如此,3D打印技术也为制药提供了技术手段,1996年,Wu等证实3D打印技术逐层打印药物的可能性;2015年8月,由Aprecia制药公司采用3D打印技术制备的左乙拉西坦(levetirace⁃tam,Spritam)得到FDA批准,成为首款也是目前唯一应用3D打印技术制备的上市药品,标志着3D打印技术在药物制剂领域的应用成为现实。
熔融沉积法是挤压打印法的一种形式,由于设备价格低廉,材料简单而成为最流行的家用3D打印技术。打印过程中,可将聚乳酸、乙烯醇、乙烯乙酸乙烯酯等材料在热熔挤出机中高温熔融挤出,形成可供3D打印的丝材,利用3D打印机将丝材再次熔融,通过喷嘴挤出到构建板,喷嘴沿水平X-Y轴移动,构建板垂直移动,通过这样的方式进行逐层打印。打印过程中,材料的填充密度、挤出速度、层的高度,以及喷嘴和构建板的温度对打印有重要影响。此外,熔融沉积法在打印过程中需要额外打印物体的支撑体,所以用时较长,且由于打印过程需要高温加热,所使用的药品原料以及辅料必须具有良好的热稳定性,但由于其不含任何溶剂,省去了干燥处理的步骤。
熔融沉积法制备药物过程中,制备载药丝材是关键步骤,目前,载药丝材可通过3种方式制备:①购买市售丝材,将其浸泡在药物溶液中通过浸润方式使其载药;②将市售丝材粉碎后,与活性成分混合均匀,通过热熔挤出机制备成可供打印的丝材,再通过3D打印机将丝材打印成目标制剂;③将药物成分与辅料混合后,通过热熔挤出制备成载药丝材,并需要对丝材的韧性、强度等指标进行一系列检测。因此,可应用于该法的材料较多,且载药量可控,但其对材料的选择、设备的精度具有较高的要求,而且制备过程中需要对材料进行二次熔融。我们试图通过将热熔挤出技术与3D打印技术直接结合的方式,通过一次熔融过程制备出最终产物,省略丝材中间体的制备及打印性能的检测步骤。所使用的热熔挤出3D打印机主要由缸体、活塞杆和热电偶组成(图1),实验过程中,将物料置缸体中通过热电偶对缸体进行升温,使物料达到熔融状态,程序控制活塞杆的运动来调节物料所受的压力进而控制熔融物料从喷嘴的挤出速度,通过计算机控制喷头在X、Y、Z3个方向进行运动,将挤出的熔融物逐层打印成计算机模型设定的形状。
对乙酰氨基酚是常用的解热镇痛药物,目前上市的主要剂型有片剂、滴剂、口服液、栓剂等,其中片剂包含普通片、缓释片、泡腾片,但对于儿童或老年人来说,由于肝肾功能差异较大,服用相同剂量的药物会导致治疗效果不佳或用药风险,尤其是片剂,通常使用切割方式进行剂量的调整,带来不便的同时也会引起剂量上的误差,严重者会造成肝肾损害。针对这样的情况,个体化给药治疗是较合理的解决方式。3D打印药物制剂可通过计算机控制方式对目标产物进行尺寸、形状、内部结构的改变,具有准确性、多样性等优势,应用于药物制剂可实现个体化治疗,最大程度地减少给药误差,是一种良好的制备片剂方法。
对乙酰氨基酚(APAP,批号:20181225),湖北鑫明泰公司;soluplus、PEG6000、交联聚维酮(kollidoncl-F),美国BASF公司;甲醇,美国赛默飞公司;DMSO,北京伊诺凯公司。
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