双光子灰度光刻能纳米药物输送系统：精准医疗的未来之路

孟加拉国伊斯兰大学应用化学与化学工程系的Md. Habibur Rahman团队在Pharmaceutical Science Advances上发表论文，其研究中提到，Aprecia公司研发的3D打印药物Spritam®（左乙拉西坦片）于2015年获得美国食品药品监督管理局（FDA）的上市批准，自此3D打印技术在医药领域的应用引起了制药行业的极大兴趣。3D打印技术，被广泛认为是制药和生物医学领域中革命性和潜在利润的技术之一。由于其在生产药物制剂方面的潜在优势，制药厂商对3D打印越来越感兴趣。3D打印技术具有数字化属性，有望在生产畅销产品或个性化给药方面取得重大突破。

增材制造（3D打印）技术可以为制药厂商带来许多潜在好处，例如通过开发更简单的药物配方来解决难溶性药物的溶解问题，以及利用更高效的连续生产方法来生产复杂的配方并提高生物利用度等。3D打印技术能够适应更大规模的临床和商业需求，其灵活的生产能力和过程分析技术使其在个性化药物方面具有巨大潜力。1986年，Charles W. Hull first提出了3D打印技术，也称为3D快速成型或增材制造技术。从那时起，随着数字技术在制造业的应用不断增加，3D打印技术取得了重大进展，并成功应用于口腔医学的许多领域。3D打印，也被称为快速成型技术，是一种现代技术，可以根据计算机辅助设计数字模型构建3D物体。

这项技术可用于开发药物输送系统，其中孔隙率对于实现可接受水平的生物相容性和生物降解性以及提高疗效至关重要。3D打印允许用户控制每种成分的剂量，以实现特定目的并改进药物输送系统的配方。通过将多种纳米药物组合到不同部分并以预定速率从这些部分释放，该技术使得制造药物产品成为可能。此外，这种3D打印技术有可能通过设计灵活性和精确剂量，将个性化治了扩展到其他年龄组。近年来，该技术在临床情况下的潜在用途已经实现，患者将根据他们的需求接受个性化药物。3D打印技术可以通过全面的数据驱动来加速药物研发并实现高效生产。

应用于医药行业的3D打印技术分为三类：基于粉末的成型技术、基于液体的成型技术和基于材料挤出的成型技术。粉末成型技术包括粉末滴落技术（Drop on Powder）和选择性激光烧结技术（SLS），所使用的材料主要为可生物降解的聚合物、陶瓷和复合材料。液体成型技术包括液滴按需喷射技术（DOD）和立体光刻技术（SLA），所使用的材料主要为可光固化的树脂和水凝胶。熔融沉积建模（FDM）技术、压力辅助半固体技术和Triassic的热熔挤出沉积（MED）技术都是使用材料挤出的成型方法，所使用的材料主要为热塑性聚合物和生物墨水。Aprecia公司的Spritam是使用粉末粘合技术生产的，并已成功获得上市批准。因此，基于粉末的成型技术一直是业界的焦点，并已取得重大进展，以实现大规模生产。Aprecia和其他制药公司正在努力将多颗粒技术和纳米技术应用于3D打印药物。SLS技术使用激光系统融合粉末颗粒，以实现3D结构。与传统的喷雾干燥配方工艺不同，SLS不需要溶剂或喷洒任何液体；因此，它受到了广泛关注。近年来，基于材料挤出的成型技术，特别是与热熔挤出（HME）相关的技术，在制备ASD方面显示出显著优势，并开始引起业界的关注。其中受欢迎的是先进的熔融注射成型技术和热MED技术。

纳米材料是指在三维空间中至少有一个维度在纳米尺度范围（0.1-100 nm）内或作为基本单位的材料。由于其尺寸小、比表面积大、表面能高以及表面原子比例大，纳米材料具有五种不同于宏观材料系统的特殊效应：体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧穿效应和介电限制效应。金纳米棒由于其在等离子体吸收峰的近红外光区域具有强吸收性，因此具有良好的光热转换效率，常用于生物医学领域，如药物输送和癌症治了。Manisha Pandey等人描述了3DP技术在开发口服药物输送方面面临的进展和挑战。Sharma等人成功制备了纳米复合颗粒。经测试，本实验打印的复合纳米药物输送系统表现出机械弹性，被认为适用于商业和实际应用。

超声增强微通道乳化技术被用于研究一种将瑞格列奈纳米颗粒包裹在聚合物中的新方法。利用SS-316和3D打印概念，创造了三种不同类型的微混合器（T型、Y型和F型）。接下来，创建了蛇形微通道。对所有三个制造的微混合器进行了参数研究。仅对于微流体系统中的Y微通道获得了结果，minimum粒径为513.6 nm，包封率（EE）为75.4%。在一些微通道中，使用超声波来改善不混溶流体之间的对流混合，以进一步减小药物颗粒的尺寸并提高EE百分比。与微流体系统相比，超声微流体系统的粒径和EE均有显著改善。实验结果表明，超声增强的微流体系统实现了75.4±1.3 nm的minimum粒径和82.9±0.2%的EE。

德国Nanoscribe公司专注于微纳3D打印，其基于双光子聚合技术的3D打印设备可以以微米或纳米精度进行打印。在医疗领域，通过从生物体中提取蛋白质或细胞作为打印原料创建的纳米机器人体积小，不会在生物体内引起严重的免疫排斥反应。因此，它们可以在人体内用于药物输送、毒素清除和靶向。全新突破性双光子灰度光刻(2GL®)技术将微纳增材制造和超高速体素大小调节结合在一起：双光子灰度光刻(2GL)是一种前所未有的具有超高速、超精确的可以满足自由形态的微加工技术，同时又不影响速度和精度

Nanoscribe Quantum X bio是具有高分辨率的多功能生物打印系统。该专利技术是以双光子聚合（2PP）为核心，以卓越的工程设计为基础，通过生物学家的想法定制并且重新设计的。该生物微纳加工系统具有精确的温度湿度控制，HEPA过滤气流以及用于预混合空气/二氧化碳.的连接。使用不同功能性生物材料可应用于各种生物打印领域，推动例如组织工程、微生物学、材料工程和生物医学的创新。

3D打印在药物输送系统中的应用具有很大的潜力，包括改善治了效果、实现个性化医疗和解决传统药物输送的挑战。然而，3D打印纳米药物仍面临一些挑战，如扩大生产规模、确保生物相容性以及应对不断变化的法规。为了充分发挥3D打印纳米药物改变药物输送方式和改善患者预后的潜力，需要材料科学、3D打印技术以及大量的临床前和临床研究方面的进展。

相关文献及图片出处

https://doi.org/10.1016/j.pscia.2024.100036