3D打印药物的方法及3D打印药物外壳

摘要

本发明公开了一种3D打印药物的方法及3D打印药物外壳，药物外壳包括正四面体空腔；所述正四面体空腔内接于球体；所述球体的球心与所述正四面体空腔的几何中心重合。本发明方法简单可靠，所制备的药丸适用于控释药物和对药物稳定性要求较高的场合。

说明书

技术领域

本发明涉及控释药物的领域，特别是一种3D打印药物的方法及3D打印药物外壳。

背景技术

控释药物一直是药代动力学研究的重点之一，它能极大程度上提高药物的利用率。在现代药剂学和临床实践中，控释药物有着广阔的运用前景。国内外有很多学者和厂家在这一领域有大量的研究成果。而3D打印技术随着开源硬件的普及越来越成为先进生产力的代表，这种可以生成复杂结构的增材制造方式和控释药物交叉运用，按照患者要求定制药物的释放特性，前景广阔。

在已有的研究成果中，国外研究者使用FDM型的打印机打印出了多种不同特征的控释药物。其中包括释放曲线为凸函数（国外称之为concave，其定义与国内相反）的药物，可以用于冲击治疗；释放曲线为凹函数（convex）的药物，可以给产生耐药性的患者使用；释放曲线为一次函数的药物，可以用在长时间的等量消除场合。在一些研究中，使用多组分打印机将多种不同成分的药物打印成一个药片。还有一些研究通过定制数字模型的表面积体积比来对打印药物的释放进行预先规划。

很多研究成果都控制了药物的释放曲线增速恒定，然而在这之中也有很多不足，例如步骤过多，所打印药物必须耐高温，没有充分发挥3D打印技术对于复杂结构的优势等，3D打印对于制药技术仍有极大潜力没有挖掘。美国食品药物管理局(FDA)已经批准了3D打印药物的上市销售。随着技术的进步和时间的推移3D打印控释药物定会发挥更大作用。

常规药物的释放速度分为零级释放和一级释放（即恒量消除和恒比消除）。但是在释放的时候两者的速度都不会由慢到快。不能满足某些特殊疾病和特定场，例如高血压场合。高血压患者一般在早上六到十点血压达到峰值，晨起之后服用普通药物，血药浓度不会在血压最高峰时达到最大。使用本发明的方式制备的降血压药物，如果睡前服用该药，就可以使血药浓度在早上六点到十点的时间段内达到最高，有效控制血压。此外，本药物在某些特定的场合也能发挥很大作用，例如对药物产生耐受的患者，要求后一时刻的给药量大于前一时刻，如果使用普通方式给药至多将药物控制为等量消除，不能控制药物的释放速度由慢到快。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种3D打印药物的方法及3D打印药物外壳。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种3D打印药物的方法，包括以下步骤：

1）构造一个正四面体，找到正四面体的几何中心，以此几何中心做球体外接于此正四面体。对球体和正四面体进行布尔运算，使球体形成正四面体空腔，得到外壳模型，将外壳模型保存为STL格式的药物外壳模型；

2）将STL格式的数字模型导入到切片软件中进行计算，生成G代码；

3）将所述G代码给FDM3D打印机识别并打印，在打印过程中FDM3D打印机喷头将融化的聚乙烯醇线材融化后按照所述药物外壳模型产生的G代码路径堆积，打印生成外壳；

4）将聚乙烯醇粉末和药物粉末混合，再将混合后的粉末与水混合，所有的粉末和水的重量比为6:4或者5:5，充分搅拌为凝胶；

5）将所述凝胶从0.5mm到0.7mm内径的针头匀速注射到外壳中；

6）烘干整个药丸，70到80℃下烘干8到10小时，得到一个外壳坚硬，核心干燥的药丸。

步骤1）中，所述正四面体的变成为10mm。

步骤1）中，所述球体半径为12.4mm。

步骤2）中，切片软件的参数设置为：层高0.15mm；喷头直径0.3mm；热床温度70℃；喷头温度180℃；打印速度80mm/s。

聚乙烯醇线材为纯度95%的1.75mm直径线材。

本发明还提供了一种控制药物释放逐渐变快的3D打印药物外壳，包括正四面体；所述正四面体设在球体内；所述球体的球心与所述正四面体的几何中心重合。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明操作简单，可靠性强。中空外壳一次成型。控制药物的释放速度由慢到快，兼容各类不耐高温的药物，药物模型可根据实际情况缩放满足不同患者的要求，定制性强。所得到的药丸适用于控释药物和对药物耐受性敏感的场合。

附图说明

图1为布尔运算建模示意图。

具体实施方式

本发明所述的3D打印药物外壳可以控制药物随着时间呈现浓度增速由慢到快的特性，其结构为内接正四面体空腔的球；所述打印材料为聚乙烯醇线材；所诉应用场合为降血压药物和抗耐药治疗的场合；所述药物有效成分在释放时浓度由慢到快；所述制造方式为使用FDM型3D打印机打印。可以解决药物释放不能由慢到快的问题。

首先进行外壳的数字建模。使用CAD计算机辅助制图软件建立一个边长为10mm的正四面体。找到正四面体的几何中心。以此几何中心为球心做此正四面体的外接球，球半径大约为12.4mm。将球体和正四面体进行布尔运算，球体被掏空为内接正四面体空腔的壳（如图1）。将模型保存为STL格式的数字模型。

将STL格式的模型导入到切片软件中进行计算，生成G代码（控制喷头路径）以备下一步导入到打印机中。这一过程中，切片软件的参数为层高0.15mm；喷头直径0.3mm；热床温度70℃；喷头温度180℃；打印速度80mm/s；1.75mm直径95%纯度聚乙烯醇线材。 将上一步导出的G代码给FDM 3D打印机识别并打印。在打印过程中喷头将融化的聚乙烯醇线材融化后按照G代码路径堆积，冷却后形成质地较硬。

将打印出的外壳使用台钻在最薄处打孔，孔径为0.7mm。

将聚乙烯醇粉末和药物粉末混合，再将其与水混合，总体上所有的粉末和水的重量比例为6:4，药物在粉末中的比例按照具体需求确定，最后充分搅拌为凝胶。

使用1ml注射器将凝胶从0.5mm内径的针头匀速注射到药壳中。

烘干整个药丸。烤箱在70℃烘干8小时。

最后得到一个外壳坚硬，核心干燥的药丸，在释放时，正四面体的四个角先漏出来，药物有效成分的释放速度也逐渐变快。

运用在降血压场合，例如硝苯地平，患者可以在晚间10点左右睡前服药，在早间晨起时（6点至12点），为高血压发病的高峰。这时候药物有效成分释放速度为最大，有效降压。

在产生耐药性的患者身上也可以适当使用本发明。这种患者要求药物释放量后一时刻大于前一时刻。本发明可以满足这一特征。同时3D打印技术可以针对不同体量的患者对药物大小进行定制，以满足不同需求。