藥物3D打印制造技術全面盤點

lydiazhang   2017-08-18 14:33:00

3D打印技術用于不同領域時采用不同的打印方式,由于3D打印是增材制造過程,而將固態(tài)材料融化成液態(tài)后進行造型再凝結的方式具備更高的靈活性和可控性,因此大多數(shù)3D 打印技術都要經(jīng)過基礎材料融化過程。然而,用于藥物制劑的3D打印技術需要條件更加溫和的成型技術,以避免藥物活性成分遭到破壞而使藥物失效。

1.噴墨打印法(inkjet printing)

藥物3D 噴墨式打印技術是通過藥物噴墨打印機將液態(tài)的黏結劑及藥物混合物形成小液滴并沉淀在基質上制成藥物的技術。噴墨式打印技術的關鍵在于液墨的配制及精確控制液滴的噴射速度、位置、尺寸,以保證藥物的形態(tài)和質量。ten Cate 等利用噴墨打印技術研究了一種微囊劑的制備工藝,采用帶有直徑為120 μm 噴嘴的打印設備,以亞麻籽油作芯液,卡拉膠溶于去離子水中作殼液,在包覆過程中將殼液溫度加熱到75 ℃,包覆后冷卻成型,其工藝原理圖如圖1 所示。Sandler 等研究了噴墨打印與柔性打印技術相結合的方法,以具有多孔結構的無毒紙為基材,制作了具有控釋特性的固體制劑,其工藝流程示意圖如圖2 所示。該研究選用了核黃素磷酸鈉鹽和鹽酸普萘洛爾作為水溶性的模型藥,研究結果表明將藥物滲入到多孔介質的基材中,不僅能控制藥物的沉積,且能控制藥物的結晶過程。

2.粉液黏結法(powder liquid bonding)

粉液黏結法藥物3D打印技術是將黏結劑通過噴頭以特定的運動軌跡噴射到藥物粉末中,待凝結后形成特定形狀的固體制劑。如圖3 所示,粉層升降臺沿z 方向上升,鋪粉輥將粉層升降臺上方的一層藥物粉末鋪設至成型升降臺上方,噴頭按照經(jīng)計算機輔助設計(CAD) 確定的固體藥物截面層輪廓信息,在水平面上沿x 方向和y 方向運動,并在鋪好的一層藥粉上,有選擇地噴射黏結劑,黏結劑滲入粉末的微孔中并使其黏結,形成藥物的第一層截面輪廓,成型升降臺沿z 方向下降,如此循環(huán)送粉、鋪粉、噴黏結劑、成型的工序,直到完成最后一層的鋪粉與黏結,最終形成所設計形狀的3D固體藥物。Wu 等利用粉液黏結法打印制作了用于骨結核治療的程序釋放植入多層片,藥物釋放曲線表明,抗菌藥按照異煙肼- 利福平- 異煙肼-利福平的順序有序地釋放,類似一個脈沖釋藥過程,這對充分發(fā)揮藥物的相互協(xié)同作用以及耐藥性的改善具有積極的意義。Yu 等以對乙酰氨基酚、乳糖、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)K30、甘露糖醇和膠體二氧化硅的混合粉末為原料,亞甲藍和PVP K30 溶于75%乙醇為黏合劑,打印制作了內(nèi)含散粉的殼- 核形式對乙酰氨基酚快速崩解片,體外溶出試驗表明97.7%對乙酰氨基酚在初始2 min 內(nèi)釋放。

3.熔融沉積法(fused deposition modelling)

熔融沉積法是通過加熱頭把熱熔性材料加熱到臨界狀態(tài),使其呈現(xiàn)半流體狀態(tài),然后加熱頭會在軟件控制下沿原先設計好的二維幾何軌跡運動,同時噴頭將半流動狀態(tài)的材料擠壓出來,材料瞬時凝固,形成有輪廓形狀的薄層。Goyanes 等通過將模擬藥物滲透到熔融性材料——聚乙烯醇中,再經(jīng)3D打印出模擬藥片,經(jīng)研究和分析,3D 打印出的藥片不僅具備較強的機械強度且外觀形態(tài)也不受熱應力的影響。Skowyra 等將潑尼松龍經(jīng)一定條件孵化、滲透進入聚乙烯醇,制成載藥型3D 打印熔絲,經(jīng)檢測載藥量為1.9% 。制成的載藥型熔絲在230 ~ 250 ℃的高溫下融化后,經(jīng)3D 打印機噴嘴通過設計的運動軌跡打印得到潑尼松龍緩釋片劑,釋藥時間超過24 h。熔融沉積法3D 打印技術用于藥劑成型通常需要200 ℃的高溫使基材融化再成型,因此,使用該法得到的藥劑一般質地較硬,更適宜制成緩控釋制劑,且要求藥物具備良好的熱穩(wěn)定性。

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