综述：3D打印在药物递送与检测设备制造中创新与可持续发展的结合

这篇综述系统阐述了3D打印（3DP）技术在药物递送系统（DDS）、检测设备及解剖模型制造中的革命性应用，重点探讨了其快速原型设计（Rapid Prototyping）、个性化医疗（Personalized Medicine）和可持续生产（CM）的优势，为制药工业（AM）和生物医学领域提供了创新解决方案。

　　

3D打印技术重塑制药与医疗领域

引言

增材制造（Additive Manufacturing, AM），俗称3D打印（3DP），通过逐层堆叠材料的方式彻底改变了传统制造模式。其核心优势在于快速原型设计能力，显著缩短产品开发周期并降低成本。在制药领域，3DP突破了“一刀切”模式，为个性化药物递送系统（如剂量可调的干粉吸入器DPI）和复杂解剖模型（如鼻腔气道复制体）的制造提供了可能。

连续制造中的3D打印设备

粉末混合装置
通过熔融沉积建模（FDM）技术，研究者使用聚乳酸（PLA）和聚乙烯醇（PVA）快速原型化微型混合器，结合近红外光谱（NIR）实时监测混合效率。例如，Svane团队开发的螺旋双螺杆混合器，通过停留时间分布（RTD）参数优化了连续制造（CM）流程。

微流化床（MFB）
采用立体光刻（SLA）打印的15×15 mm微流化床，凭借高传质效率应用于CO₂捕获和药物颗粒包衣。McDonough团队通过3DP将商业TORBED技术微型化，解决了传统工艺无法实现的复杂叶片几何结构问题。

微流控芯片与静电纺丝装置

• 静电纺丝：Huang等用FDM打印的模块化设备将成本从数万美元降至100美元，成功制备洛拉替丁纳米纤维。
• 微流控芯片：分叉式（Zigzag）和重组式（Split-and-Recombine）设计通过聚丙烯（PP）芯片实现脂质纳米粒的精准制备。钻石型芯片（DLP打印）则用于酶负载脂质体的连续生产。

吸入装置的定制化设计

干粉吸入器（DPI）
Ye等通过计算流体力学（CFD）模拟优化了螺旋通道设计，证明缩小喷嘴直径可增强湍流，提升药物-载体分离效率。Li团队开发的声学DPI能通过声音反馈指导患者正确吸入。Suwanpitak的“附加组件”则通过离心风扇将Accuhaler?的给药量提升15-20%。

其他剂量装置

• 口服分散膜（ODF）卷筒式分配器实现华法林的精准剂量控制。
• 氨基酸替代粉的渐变式分配器满足苯丙酮尿症患儿的个性化需求。

实验室仪器的DIY革命

溶出度测试装置
Ren团队用SLA打印的0.04 mL流动池模拟牙周给药环境，而Dorozynski的磁共振兼容支架实现了黏膜贴片实时成像监测。

弗朗兹扩散池
Tiboni团队用聚丙烯（PP）打印的垂直扩散池（VDC）可直接嵌入离心管加热块，省去水循环系统。Suarato的“口袋尺寸”PLA扩散池则便于整合显微分析。

解剖模型的精准复刻

鼻腔模型
基于CT/MRI数据的SLA打印鼻腔铸件被分割为前庭、嗅区等区域，用于疫苗递送研究。Calmet模型证明喷射角度显著影响药物在嗅区的沉积。

肺部与气道模型

• Collier通过选择性激光烧结（SLS）打印的气道模型验证了CFD模拟的准确性。
• 患者特异性支气管树模型（FDM打印）用于评估双腔气管插管的通气效率。

可持续性与监管挑战

3DP通过材料减量和本地化生产降低碳足迹，但标准化和质量控制仍是瓶颈。FDA正探索医院现场打印（PoC）的监管框架，而自动化质检系统（如原位摄像头）有望满足GMP要求。

结论

3DP技术正推动制药行业向个性化、可持续方向转型。从微米级药物载体到患者特异性解剖模型，其应用边界不断拓展。尽管标准化和监管问题仍需攻克，3DP无疑将成为未来药物开发的核心驱动力。