3D打印肺模型材料与涂层性能研究：基于放射性示踪技术的体外颗粒沉积模拟

为解决吸入给药系统中颗粒沉积模拟的难题，研究人员通过3D打印技术构建肺模型，采用99m Tc放射性示踪技术评估ABS与PLA等材料的颗粒截留性能。研究发现PLA（聚乳酸）经氧化铝涂层修饰后最接近真实气道特性，为低成本、高精度体外模型开发提供新方案，对优化吸入制剂研发具有重要意义。

　　

吸入疗法作为呼吸系统疾病治疗的核心手段，其历史可追溯至古埃及文明。现代医学虽已证实其局部给药、减少全身副作用的优势，但如何精准模拟人体气道内药物颗粒沉积行为仍是重大挑战。传统动物模型成本高昂且存在伦理争议，而计算机模拟又难以复现复杂的生物物理相互作用。这一困境激发了研究人员对3D打印技术的探索——能否通过低成本材料构建高仿生肺模型，为吸入制剂研发提供标准化测试平台？

发表于《Journal of Pharmaceutical Sciences》的这项研究给出了突破性答案。研究团队创新性地将核医学技术与增材制造相结合，系统评估了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)和聚乳酸(PLA)等材料的性能差异。通过放射性钠高锝酸盐(^99m
Tc)模拟药物颗粒，利用活化计(activimeter)定量测量不同材料表面的辐射活性分布，首次证实PLA经氧化铝涂层处理后，其颗粒截留能力最接近人体气道黏液特性。

关键技术方法包括：1) 采用熔融沉积成型(FDM)技术打印气道模型；2) 使用^99m
Tc标记气溶胶模拟药物递送；3) γ相机成像系统量化沉积分布；4) 表面涂层化学修饰技术。

【材料】
研究对比了ABS与PLA两种主流3D打印材料。ABS以其优异的机械强度著称，而PLA则因其生物相容性和表面光洁度被优先考虑。实验创新性地引入氧化铝涂层，显著提升了PLA表面的颗粒吸附能力。

【锝活性调整】
通过剂量梯度测试确定最佳^99m
Tc活度(66小时半衰期的⁹⁹
Mo衰变产生)，确保检测灵敏度与安全性平衡。γ相机成像显示，140 keV特征射线能清晰区分沉积区域。

【结论】
PLA-氧化铝复合体系展现出三大优势：1) 表面孔隙结构与黏液层相似度达82%；2) 颗粒滞留时间延长40%以上；3) 成本仅为传统模型的1/5。该发现为建立标准化吸入制剂测试平台奠定材料学基础。

讨论部分强调，该模型成功解决了三大难题：1) 复现气道湍流区域的颗粒沉积行为；2) 量化评估表面化学修饰对药物滞留的影响；3) 为纳米颗粒靶向递送研究提供可视化工具。特别值得注意的是，氧化铝涂层通过金属-有机骨架(MOF)效应形成的微纳结构，可精准模拟黏液层对抗生素颗粒的截留机制，这对耐药菌感染治疗研究具有启示意义。研究同时指出，未来需进一步优化材料弹性模量以匹配真实气道力学特性。