CN106821755A - 一种基于3d打印的任意剂量药片的制备方法 - Google Patents

一种基于3d打印的任意剂量药片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法，将3D打印技术与药物片剂制备相结合，在控制3D打印机打印过程的电脑上启动三维建模，设置好药物制剂的密度、片剂的半径与高的比率后，输入患者用户所需的药物剂量，三维模型可显现出将要打印药片的外观，制药人员确认后即可打印出具有精确剂量的片剂。本发明能将医生根据患者个体化差异、病情轻重所处阶段、以及相关生理指标确定的患者所需服用药物精确剂量，采用3D打印机制备成片剂，大大提高了用药安全性，实现了定制化设计和个性化治疗。

Description

一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法
技术领域
本发明涉及到3D打印运用计算机辅助药物设计领域，更具体地涉及一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法。
背景技术
3D打印作为一种制造技术在许多科技领域得到迅速发展，由于其操作简单、灵活性好、重复性高、适应面广等优点而得到药物制剂研发人员的重视，目前在速释制剂、缓控释制剂、植入剂和复方制剂等药物高端制剂中有较深入的研究和广泛的应用。由于其工艺过程可由计算机设计和并由计算机控制，所以生产批次和生产规模对最终产品的影响较小，使其更具有个性化的可能。
近年来3D打印技术被越来越多地应用于药剂学领域，用于制备含有活性药物的特殊固体剂型。在计算机的帮助下准确控制剂量，对于剂量小、治疗窗窄、不良反应大的药物，可以提高用药的安全性。但是在目前并没有相关的3D打印制药软件，更没有通过设置参数，根据剂量就直接可以打印片剂的软件。要求操作者设置药粉层厚，打印层数，且只能控制药片的外形，无法充分发挥3D打印在制药上个性化，精准医疗的优点。本专利发明的软件很好的解决了这个问题，设置好药粉的密度，片剂的底半径/高后，输入所需的剂量后，电脑上即可显现出具有相应高度和片径的圆柱状实体。用户认可后点击确认即可生成意愿药片的STL文件，用3D打印机即可打印出具有精确剂量和意愿外形的片剂。直观简洁的界面也降低了操作的难度，使3D打印制药的剂量精准优势更好的发挥出来。
发明内容
本发明根据现有3D打印制药的空白，提供了一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
S1：由患者个体化差异、病情轻重所处阶段、以及相关生理指标确定患者所需服用药物精确剂量；
S2：连接3D打印机与主控计算机，打开主控计算机的三维模型；
S3：将采集到的药片剂量信息及相关参数输入三维模型，生成任意剂量的药片剂量指令；
S4：将药片剂量指令转入3D绘图软件进行复制增殖，得到多个所需剂量药片信息的药片剂量指令；
S5：将获得的精确剂量药片指令导入到3D打印成形设备中，选择相应药物粉末作为成形材料，用3D打印机进行打印，药物制剂成型；
S6：将药物制剂进行干燥处理和损伤检测处理，得到多个具有精确剂量的、患者所需的药片；
S7：将药片包装好通过窗口发放到患者手中。
进一步地，步骤S1中的相关生理指标包括血糖、血压、INR、相关基因型以及患者本身身体状态。
进一步地，步骤S3包括以下几个步骤：
S301：打开应用程序，进入操作界面。
S302：在项目栏中选择“药片设计”，从子菜单中选择药片形状；
S303：根据需要打印的片型的剂量，输入片剂的重量；
S304：根据需要打印的片型原料，输入密度，根据体积＝重量/密度计算体积大小；
S305：根据需要打印的圆柱形片型的大小，输入半径与高度的比率，其范围为1-10，而根据上述步骤计算出的体积大小，再根据高度＝半径*比率以及体积＝半径的平方*高度*PI，计算出半径和高度。
S306：药片剂量及参数录入完毕后，主控计算机显示打印后的3D药物外观三维模型；
S307：生成任意剂量的药片剂量指令，将生成的含有药物剂量信息的药片剂量指令保存，在项目栏中选择“产生STL文件”，将生成的含有药物剂量信息的STL文件保存；重复步骤S303到步骤S305，直到对生成的三维模型满意为止。
进一步地，步骤S5包括预先设置好3D打印成型参数，以药物粉末与适量辅料作为打印成形材料，粉末均需过80目或以上的筛网，将其输送到3D打印平台上进行铺粉，由3D打印系统的打印喷头在X-Y轴方向移动，按照喷涂半径截面轮廓喷出粘结剂，将粉末粘结成层状片；同时，在Z轴方向上，通过轴体运动将打印平台整体下降所述喷涂层高，反复打印，直至达到喷涂层数；打印结束后，取出片剂，清扫周围残留粉末即得所需精确剂量药片。
进一步地，所述3D打印成形设备为粉液式3D打印设备或熔融沉积式3D打印设备。
进一步地，所述粘结剂为乙醇溶液、淀粉溶液、甲基纤维素水溶液或羧甲基纤维素钠水溶液。
进一步地，所述乙醇溶液为仅含乙醇的水溶液。
进一步地，所述乙醇溶液为添加有聚维酮、聚乙二醇、羟丙基纤维素或羟丙基甲基纤维素的乙醇水溶液。
进一步地，所述乙醇溶液中乙醇的体积百分数为10～85％。
本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明能精确控制药片中所含药物的剂量，对于剂量小、治疗窗窄、不良反应大的药物，可以提高用药的安全性；可根据用户意愿打印出具有不同片高和片径的药片；本发明的三维模型操作界面简单明了，使3D打印制药的自动化程度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明的一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法的流程示意图；
图2为本发明的一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法中三维模型的运行流程示意图；
图3为本发明的3D打印药片不同剂量的规格示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为本发明的一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法的流程示意图.如图1所示，本发明的一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法，包括以下几个步骤：
S1：由患者个体化差异、病情轻重所处阶段、以及相关生理指标确定患者所需服用药物精确剂量；
S2：连接3D打印机与主控计算机，打开主控计算机的三维模型；
S3：将采集到的药片剂量信息及相关参数输入三维模型，生成任意剂量的药片剂量指令；
S4：将药片剂量指令转入3D绘图软件进行复制增殖，得到多个所需剂量药片信息的药片剂量指令；
S5：将获得的精确剂量药片指令导入到3D打印成形设备中，选择相应药物粉末作为成形材料，用3D打印机进行打印，药物制剂成型；
S6：将药物制剂进行干燥处理和损伤检测处理，得到多个具有精确剂量的、患者所需的药片；
S7：将药片包装好通过窗口发放到患者手中。
进一步地，步骤S1中的相关生理指标包括血糖、血压、INR、相关基因型以及患者本身身体状态。
图2为本发明的一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法的运行流程，也即步骤S3包括以下几个步骤：
S301：打开应用程序，进入操作界面。
S302：在项目栏中选择“药片设计”，从子菜单中选择药片形状；
S303：根据需要打印的片型的剂量，输入片剂的重量；
S304：根据需要打印的片型原料，输入密度，根据体积＝重量/密度计算体积大小；
S305：根据需要打印的圆柱形片型的大小，输入半径与高度的比率，其范围为1-10，而根据上述步骤计算出的体积大小，再根据高度＝半径*比率以及体积＝半径的平方*高度*PI，计算出半径和高度。
S306：药片剂量及参数录入完毕后，主控计算机显示打印后的3D药物外观三维模型；
S307：生成任意剂量的药片剂量指令，将生成的含有药物剂量信息的药片剂量指令保存，在项目栏中选择“产生STL文件”，将生成的含有药物剂量信息的STL文件保存；重复步骤S303到步骤S305，直到对生成的三维模型满意为止。
进一步地，步骤S5包括预先设置好3D打印成型参数，以药物粉末与适量辅料作为打印成形材料，粉末均需过80目或以上的筛网，将其输送到3D打印平台上进行铺粉，由3D打印系统的打印喷头在X-Y轴方向移动，按照喷涂半径截面轮廓喷出粘结剂，将粉末粘结成层状片；同时，在Z轴方向上，通过轴体运动将打印平台整体下降所述喷涂层高，反复打印，直至达到喷涂层数；打印结束后，取出片剂，清扫周围残留粉末即得所需精确剂量药片。
所述3D打印成形设备为粉液式3D打印设备或熔融沉积式3D打印设备。
所述粘结剂为乙醇溶液、淀粉溶液、甲基纤维素水溶液或羧甲基纤维素钠水溶液。
所述乙醇溶液为仅含乙醇的水溶液。
所述乙醇溶液为添加有聚维酮、聚乙二醇、羟丙基纤维素或羟丙基甲基纤维素的乙醇水溶液。
所述乙醇溶液中乙醇的体积百分数为10～85％。
其中，步骤S3中所录入药片参数数据包括剂量、密度、半径/高。其中换算关系如下：
体积＝重量/密度，高度(h)＝半径(r)*比率，所以圆柱体的体积＝半径的立方*比率*PI，而本发明选择底半径/高度比的范围在1-10之间，当选定底半径/高度比的比值即可计算出半径和高度。
下面以儿童首选退热药对乙酰氨基酚儿童片的制备方法作为实施例，来对本发明的个性化精确剂量药片设计与生成进行说明。本发明方法通过如下步骤进行的:
采集4例在临床上确诊为感冒的幼儿信息，由医生分别对个体化信息进行分析，确定4例幼儿患者所需服用对乙酰氨基酚药物的精确剂量为40、80、160、320mg。
连接3D打印机与主控计算机，打开主控计算机的三维模型；
将采集到的药片剂量信息及相关参数输入三维模型，生成任意剂量的药片剂量指令；
其中，根据需要打印的片型的剂量，分别输入片剂的重量大小：80、160、320、640，单位：毫克；根据需要打印的片型原料，输入密度，0.6530g/ml，单位：毫克每立方毫米。
根据需要打印的圆柱形片型的大小，输入半径与高度比为1。
药片剂量及参数录入完毕后确认，屏幕即显示打印后的对乙酰氨基酚三维模型。
生成任意剂量的药片剂量指令，将生成的含有药物剂量信息的药片剂量指令保存。
所得40mg、80mg、160mg、320mg药片剂量指令转入3D绘图软件进行复制，得到：
一个打印3片含40mg对乙酰氨基酚、总重80mg药片的药片剂量指令；一个可以打印3片含80mg对乙酰氨基酚、总重160mg药片剂量指令；一个可以打印3片含160mg对乙酰氨基酚、总重320mg药片剂量指令；一个可以打印3片含320mg对乙酰氨基酚、总重640mg药片剂量指令。如图所示3为本发明的3D打印药片不同剂量的规格示意图，片重分别为640mg、320mg、160mg、80mg药片的规格示意图。
将获得的精确剂量药片指令导入到3D打印成形设备中，选择相应药物粉末作为成形材料，用3D打印机进行打印，药物制剂成型。
具体地，预先设置好3D打印成型参数，以药物粉末与适量辅料作为打印成形材料，粉末均需过80目或以上的筛网，将其输送到3D打印平台上进行铺粉，由3D打印系统的打印喷头在X-Y轴方向移动，按照喷涂半径截面轮廓喷出粘结剂，将粉末粘结成层状片；同时，在Z轴方向上，通过轴体运动将打印平台整体下降所述喷涂层高，反复打印，直至达到喷涂层数；打印结束后，取出片剂，清扫周围残留粉末即得所需精确剂量药片。
最后，打印结束后，取出片剂，将药物制剂进行干燥处理和损伤检测处理，得到多个具有精确剂量的、患者所需的药片，即可得到12片具有精确剂量的对乙酰氨基酚药片。即3片总重80mg、含40mg对乙酰氨基酚药片；3片总重160mg、含80mg对乙酰氨基酚药片；3片总重320mg、含160mg对乙酰氨基酚药片；3片总重640mg、含320mg对乙酰氨基酚药片。将药片包装好通过窗口发放到患者手中。
最后，对四个不同个体化情况的病患实现了定制化设计和个性化治疗。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。

Claims (9)

1.一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
S1：由患者个体化差异、病情轻重所处阶段、以及相关生理指标确定患者所需服用药物精确剂量；
S2：连接3D打印机与主控计算机，打开主控计算机的三维模型；
S3：将采集到的药片剂量信息及相关参数输入三维模型，生成任意剂量的药片剂量指令；
S4：将药片剂量指令转入3D绘图软件进行复制增殖，得到多个所需剂量药片信息的药片剂量指令；
S5：将获得的精确剂量药片指令导入到3D打印成形设备中，选择相应药物粉末作为成形材料，用3D打印机进行打印，药物制剂成型；
S6：将药物制剂进行干燥处理和损伤检测处理，得到多个具有精确剂量的、患者所需的药片；
S7：将药片包装好通过窗口发放到患者手中。
2.根据权利要求1中S1所述的一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法，其特征在于：步骤S1中的相关生理指标包括血糖、血压、INR、相关基因型以及患者本身身体状态。
3.根据权利要求1中所述的一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法，其特征在于：步骤S3包括以下几个步骤：
S301：打开应用程序，进入操作界面。
S302：在项目栏中选择“药片设计”，从子菜单中选择药片形状；
S303：根据需要打印的片型的剂量，输入片剂的重量；
S304：根据需要打印的片型原料，输入密度，根据体积＝重量/密度计算体积大小；
S305：根据需要打印的圆柱形片型的大小，输入半径与高度的比率，其范围为1-10，而根据上述步骤计算出的体积大小，再根据高度＝半径*比率以及体积＝半径的平方*高度*PI，计算出半径和高度。
S306：药片剂量及参数录入完毕后，主控计算机显示打印后的3D药物外观三维模型；
S307：生成任意剂量的药片剂量指令，将生成的含有药物剂量信息的药片剂量指令保存，在项目栏中选择“产生STL文件”，将生成的含有药物剂量信息的STL文件保存；重复步骤S303到步骤S305，直到对生成的三维模型满意为止。
4.根据权利要求1中所述的一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法，其特征在于：步骤S5包括预先设置好3D打印成型参数，以药物粉末与适量辅料作为打印成形材料，粉末均需过80目或以上的筛网，将其输送到3D打印平台上进行铺粉，由3D打印系统的打印喷头在X-Y轴方向移动，按照喷涂半径截面轮廓喷出粘结剂，将粉末粘结成层状片；同时，在Z轴方向上，通过轴体运动将打印平台整体下降所述喷涂层高，反复打印，直至达到喷涂层数；打印结束后，取出片剂，清扫周围残留粉末即得所需精确剂量药片。
5.根据权利要求1中所述的一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法，其特征在于：所述3D打印成形设备为粉液式3D打印设备或熔融沉积式3D打印设备。
6.根据权利要求4中所述的一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为乙醇溶液、淀粉溶液、甲基纤维素水溶液或羧甲基纤维素钠水溶液。
7.根据权利要求6中所述的一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法，其特征在于：所述乙醇溶液为仅含乙醇的水溶液。
8.根据权利要求6中所述的一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法，其特征在于：所述乙醇溶液为添加有聚维酮、聚乙二醇、羟丙基纤维素或羟丙基甲基纤维素的乙醇水溶液。
9.根据权利要求7或8的所述的一种基于3D打印的任意剂量药片的制备方法，其特征在于：所述乙醇溶液中乙醇的体积百分数为10～85％。
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