現代化3D打印技術在藥物開發中的應用分析
药物研发与生产是一个严谨且周期漫长的过程，其技术迭代长期处于缓慢状态。尤其在占据药物市场半壁江山的固体制剂领域，百余年来始终未出现颠覆性技术突破。直至2015年，全球首款3D打印药物获美国FDA批准上市，标志着这一新兴增材制造技术正式进入药物开发与生产领域，并获得监管机构认可。
3D打印技术的核心原理与发展脉络
3D打印技术（ThreeDimensionPrinting，3DP），又称增材制造技术（AdditiveManufacturing,AM），其理念可追溯至19世纪末美国的照相雕塑与地形成形技术，直至20世纪80年代末由麻省理工学院开发出雏形。该技术基于计算机辅助设计（CAD）或断层扫描（CT）构建三维数字模型，在计算机程序控制下，通过金属、高分子、黏性流体等可粘合材料的逐层堆积，快速且精准地制造具有特殊造型或复杂内部结构的物体。
药物3D打印的技术探索与应用进展
药物3D打印是近年兴起的新兴技术领域。1996年6月，麻省理工学院MichaelCima教授团队首次报道了粉末粘结3D打印技术在制药领域的应用潜力。此后，相较于传统制剂技术，3D打印凭借其在产品设计复杂度、个性化给药及按需制造等方面的优势，吸引了众多药企与科研机构的关注。目前，材料挤出成型（MaterialExtrusion）、粘合剂喷射成型（BinderJetting）、材料喷射成型（MaterialJetting）、粉末床熔融成型（PowderBedFusion）和光固化成型（VATPhotopolymerization）五种3D打印技术均被尝试应用于制药领域。
材料挤出成型技术的微观控制优势
得益于优异的微观结构控制与空间设计能力，材料挤出成型技术可通过构建复杂几何外形与内部三维结构，实现对药物释放行为的精准调控。
熔融堆积成型（FDM）技术的局限性与挑战
作为最普及的3D打印技术之一，熔融堆积成型（FDM）凭借设备成本低、操作灵活等优势，被广泛应用于药物3D打印研究，但也暴露出显著缺陷：
1.可选材料受限
FDM3D打印需预先制备含药线材，而线材需具备适宜的机械强度与弹性，以避免在FDM打印机齿轮输送过程中因受压发生弯曲或破碎，进而影响打印质量与精度。此外，线材经二次加热挤出成型可能导致材料降解与性能变化，因此该技术对药用原料与辅料的选择存在显著限制，难以广泛适用于固体制剂的研发与生产。
2.处方开发耗时耗力
因可直接用于制备线材的药用辅料种类有限，通常需通过添加增塑剂及其他辅料改善线材的机械性能，导致含药线材的处方开发与优化需消耗大量时间。
3.无法实现连续化与规模化生产
线材制备与打印分步进行的模式导致生产流程无法连续化，且FDM的产能较低（单台设备日均最多生产150片），难以满足规模化生产需求。
4.打印精度不足
FDM约±10%的质量偏差难以满足药物制剂对高精度与生产稳定性的要求。
5.复杂内部结构构建能力有限
多数商用FDM打印机仅配备单个打印头，仅支持单一材料打印，而药物制剂设计常需多种材料协同构建片芯三维结构。对于单一材料剂型，研究人员仅能通过调整填充密度或表面积/体积比调控释放速率，复杂释放模式几乎无法实现。即便采用可溶蚀外壳包裹粉状、溶液或片状药芯，也需通过手动装配或灌注完成，导致释放控制灵活性低，技术难以真正应用于药物产品开发。
上述缺陷严重限制了FDM技术在制剂产品开发与商业化生产中的实际应用。正如默沙东3D打印药物首席科学家AdamProcopio在《3D打印药物制剂的机遇与挑战》一文中指出，解决上述技术瓶颈，包括开发全新3D打印技术替代FDM，已成为3D打印药物行业实现商业化突破的关键方向。
