3D打印药物的方法及3D打印药物外壳技术

本发明专利技术公开了一种3D打印药物的方法及3D打印药物外壳，药物外壳包括四个轴线夹角互为109.47°的圆柱体空腔；四根轴线长度相等，且所述四根轴线的一端相连于同一点，且该点为正四面体的几何中心，所述四根轴线为该中心与所述正四面体四个顶点的连线；所述圆柱体设在球体内，且所述球体的球心与所述几何中心为同一点，所述球体内接所述正四面体。本发明专利技术方法简单可靠，所得到的药丸适用于控释药物和对药物稳定性要求高的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及控释药物的领域，特别是一种3D打印药物的方法及3D打印药物外壳。
技术介绍
控释药物一直是药代动力学研究的重点之一，在一定程度上，控释药物可以极大程度上提高药物的利用效率。在现代药剂学和临床实践中，控释药物有着广阔的运用前景。国内外有很多学者和厂家在这一领域有大量的研究成果。而3D打印技术随着开源硬件的普及越来越成为先进生产力的代表。3D打印这种可以生成复杂结构的增材制造方式和控释药物交叉运用，对药物的释放特性按照患者特定要求进行定制，其前景广阔。控释药物一直是药代动力学研究的重点之一，它能极大程度上提高药物的利用率。在现代药剂学和临床实践中，控释药物有着广阔的运用前景。国内外有很多学者和厂家在这一领域有大量的研究成果。而3D打印技术随着开源硬件的普及越来越成为先进生产力的代表，这种可以生成复杂结构的增材制造方式和控释药物交叉运用，按照患者要求定制药物的释放特性，前景广阔。在已有的研究成果中，国外研究者使用FDM型的打印机打印出了多种不同特征的控释药物。其中包括释放曲线为凸函数（国外称之为concave，其定义与国内相反）的药物，可以用于冲击治疗；释放曲线为凹函数（convex）的药物，可以给产生耐药性的患者使用；释放曲线为一次函数的药物，可以用在长时间的等量消除场合。在一些研究中，使用多组分打印机将多种不同成分的药物打印成一个药片。还有一些研究通过定制数字模型的表面积体积比来对打印药物的释放进行预先规划。很多研究成果都控制了药物的释放曲线增速恒定，然而在这之中也有很多不足，例如步骤过多，所打印药物必须耐高温，没有充分发挥3D打印技术对于复杂结构的优势等，3D打印对于制药技术仍有极大潜力没有挖掘。美国食品药物管理局(FDA)已经批准了3D打印药物的上市销售。随着技术的进步和时间的推移3D打印控释药物定会发挥更大作用。常规药物的释放速度分为零级释放和一级释放（即恒量消除和恒比消除）。零级释放时，药物在血液中的浓度一直保持稳定，有利于药物一直作用于人体。在长时间的药物释放中，可以有效的减少患者吃的服用次数和频率，极大的方便了患者服药和医生给药。同时可以更有效率的使用药物，降低药物一次性大量释放对 人体代谢造成的负担。而市面上的控释药物普遍强度较低，容易崩裂，生产方式不够灵活，不能照顾到所有患者的情况。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种3D打印药物的方法及3D打印药物外壳。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种3D打印药物的方法，包括以下步骤：1）构造一个正四面体，找到正四面体的几何中心，以所述中心为球心做球体，球体内接正四面体，将正四面体的四个角与正四面体的几何中心相连接，形成四条拥有同一顶点且角度互为109.47°的直线，按此角度生成四条直线相交于一顶点，四条直线两两角度相同，后期以此框架生成的圆柱体在空间上保持均匀；依照这四条直线为轴心，生成四个圆柱体，对球体和所有圆柱体进行布尔运算，使得所述四个圆柱体形成的实体的几何中心与球体的几何中心重合，得到药物外壳模型，将药物外壳保存为STL格式的药物外壳模型；2）将STL格式的数字模型导入到切片软件中进行计算，生成G代码；3）将所述G代码给FDM 3D打印机识别并打印，在打印过程中FDM3D打印机喷头将融化的聚乙烯醇线材按照所述药物外壳模型生成的G代码路径堆积；4）将聚乙烯醇粉末和药物粉末混合，再将混合后的粉末与水混合，所有的粉末和水的重量比为6:4或5:5充分搅拌为凝胶；5）将所述凝胶从0.5mm到0.7mm内径的针头匀速注射到药物外壳中；6）烘干整个药丸，70到80℃下烘干8到10小时，得到一个外壳坚硬，核心干燥的药丸。步骤1）中，所述正四面体的变成为10mm。步骤1）中，所述球体半径为12.4mm。步骤2）中，切片软件的参数设置为：层高0.15mm；喷头直径0.3mm；热床温度70℃；喷头温度180℃；打印速度80mm/s。聚乙烯醇线材为纯度为95%的1.75mm直径线材。本专利技术还提供了一种控制药物释放速度恒定的3D打印药物外壳，包括四个轴线夹角互为109.47°的圆柱体；四根轴线长度相等，且所述四根轴线的一端相连于同一点，且该点为正四面体的几何中心，所述四根轴线为该点与所述正四面体四个顶点的连线；所述圆柱体设在球体内，且所述球体的球心与所述几何中心为同一点，所述轴线的长度等于球体半径。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术操作简单，可靠性强。中空外壳一次成型。控制药物释放速度恒定，兼容各种不耐高温的药物，药物模型可根据实际情况缩放满足不同患者的要求，定制性强。附图说明图1为布尔运算建模示意图。具体实施方式本专利技术所述的3D打印药物外壳可以控制药物释放速度恒定，其结构为四个轴心夹角互为109.47°的圆柱体空腔的球体；所述打印材料为聚乙烯醇线材；所述应用场合控释药物和对药物稳定性要求高的场合；所述药物有效成分在释放时速度不变；所述制造方式为使用FDM型3D打印机打印。首先进行外壳的数字建模。使用CAD计算机辅助制图软件建立一个边长为10mm的正四面体。找到正四面体的几何中心。以此几何中心为球心做球体，直径大约为12.4mm，此时正四面体内接于此球。将正四面体的四个角与其几何中心相连接，形成四条拥有同一顶点且角度互为109.47°的直线。依照这四条直线为轴心，生成四个直径为3mm的圆柱。将球体和四个圆柱进行布尔运算，球体被掏空为内含不规则空腔的球体（如图1）。将模型保存为STL格式的数字模型。将STL格式的模型导入到切片软件中进行计算，生成G代码（控制路径）以备下一步导入到打印机中。这一过程中，切片软件的参数为层高0.15mm；喷头直径0.3mm；热床温度70℃；喷头温度180℃；打印速度80mm/s。聚乙烯醇为95%纯度的1.75mm直径线材。 将上一步导出的G代码给FDM 3D打印机识别并打印。在打印过程中喷头将融化的聚乙烯醇线材融化后按照预定的方式堆积，冷却后形成质地较硬。将聚乙烯醇粉末和药物粉末混合，再将其与水混合，总体上所有的粉末和水的重量比例为6:4，药物在粉末中的比例按照具体需求确定，最后充分搅拌为凝胶。使用1ml注射器将凝胶从0.5mm内径的针头匀速注射到药壳中。烘干整个药丸。烤箱在70℃烘干8小时。最后得到一个外壳坚硬，核心干燥的药丸，在释放时，四个圆柱露出的表面积不变，释放速度恒定。运用在恒量释放的场合，例如布洛芬，患者一次服药即可维持血药浓度不变长达6小时，有效降低服药频率，单位时间内释放药量维持在一个稳定的值，持久消除疼痛。同时3D打印技术可以针对不同体量的患者对药物大小进行定制，以满足不同需求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印药物的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）构造一个正四面体，找到正四面体的几何中心，以所述中心为球心做球体，球体内接正四面体，将正四面体的四个角与正四面体的几何中心相连接，形成四条拥有同一顶点且角度互为109.47°的直线，按此角度生成四条直线相交于一顶点，四条直线两两角度相同，后期以此框架生成的圆柱体在空间上保持均匀；依照这四条直线为轴心，生成四个圆柱体，对球体和所有圆柱体进行布尔运算，使得所述四个圆柱体形成的实体的几何中心与球体的几何中心重合，得到药物外壳模型，将该药物外壳模型保存为STL格式的药物外壳数字模型；2）将STL格式的数字模型导入到切片软件中进行计算，生成G代码；3）将所述G代码给FDM 3D打印机识别并打印，在打印过程中FDM 3D打印机喷头将融化的聚乙烯醇线材按照所述药物外壳模型生成的G代码路径堆积，得到打印的药物外壳；4）将聚乙烯醇粉末和药物粉末混合，再将混合后的粉末与水混合，所有的粉末和水的重量比为6:4或5:5充分搅拌为凝胶；5）将所述凝胶从0.5mm到0.7mm内径的针头匀速注射到打印的药物外壳中；6）烘干整个药丸，70到80℃下烘干8到10小时，得到一个外壳坚硬，核心干燥的药丸。...

【技术特征摘要】
1.一种3D打印药物的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）构造一个正四面体，找到正四面体的几何中心，以所述中心为球心做球体，球体内接正四面体，将正四面体的四个角与正四面体的几何中心相连接，形成四条拥有同一顶点且角度互为109.47°的直线，按此角度生成四条直线相交于一顶点，四条直线两两角度相同，后期以此框架生成的圆柱体在空间上保持均匀；依照这四条直线为轴心，生成四个圆柱体，对球体和所有圆柱体进行布尔运算，使得所述四个圆柱体形成的实体的几何中心与球体的几何中心重合，得到药物外壳模型，将该药物外壳模型保存为STL格式的药物外壳数字模型；2）将STL格式的数字模型导入到切片软件中进行计算，生成G代码；3）将所述G代码给FDM 3D打印机识别并打印，在打印过程中FDM 3D打印机喷头将融化的聚乙烯醇线材按照所述药物外壳模型生成的G代码路径堆积，得到打印的药物外壳；4）将聚乙烯醇粉末和药物粉末混合，再将混合后的粉末与水混合，所有的粉末和水的重量比为6:4或5:5充分搅拌为凝胶；5）将所述凝胶从0.5mm到0.7mm内径的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐效文，赵景洲，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43