便携式半固态挤出装置在多样化场景下实现个性化药物定制：瓜氨酸含片的精准制备与应用

　　本研究针对偏远及资源受限地区对按需药物生产的迫切需求，创新性地利用手持式3D笔结合半固态挤出（SSE）技术，开发了含瓜氨酸（30%和50% w/w）的药用墨水条，成功制备出剂量精准（200–700 mg）、溶出迅速（12分钟内释放80%药物）的个性化含片。该便携设备无需有机溶剂，仅使用异麦芽酮糖醇和水，实现了药物剂量的灵活调控与稳定存储，为分散化、按需给药提供了环保、高效的解决方案。

　　

在个性化医疗快速发展的时代，3D打印技术已成为制药领域革新的重要工具。尽管专业级药物打印机不断涌现，但其体积庞大、能耗高且依赖稳定基础设施的特点，限制了在偏远地区、移动诊所或应急场合的应用。因此，开发便携、节能的分散化药物生产设备成为迫切需求。手持式3D打印笔的出现为解决这一难题提供了新思路——它兼具小巧便携、低能耗和操作灵活的优势，尤其适合在资源有限的环境中实现按需给药。

在此背景下，研究人员首次将手持式3D笔与半固态挤出（Semisolid Extrusion, SSE）技术结合，用于制备个性化给药的瓜氨酸含片。瓜氨酸是一种用于治疗罕见病——鸟氨酸氨甲酰基转移酶缺乏症（OTC Deficiency）的氨基酸，其剂量需根据患者体重精确调整（通常为100–200 mg/kg/天）。研究团队以异麦芽酮糖醇（Isomalt）为主要辅料，分别制备了含药量为30%和50%（w/w）的药用墨水条，通过调控打印时间（30秒、45秒和60秒）实现了200–700 mg范围内的剂量精准控制。整个制备过程无需有机溶剂，仅使用水作为溶剂，体现了绿色环保的理念。

本研究主要依托以下关键技术方法：一是药用墨水条的制备与固化优化，通过加热搅拌、注模及在不同温度（20°C、37°C、4°C）下固化评估，确定20°C为最佳固化条件；二是采用手持3D笔（Polaroid Candy 3D Pen）进行挤出打印，通过时间参数控制剂量，并辅以重量变异度、剂量准确性及回收率评价；三是利用X射线粉末衍射（XRPD）、差示扫描量热法（DSC）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对药物晶体状态及物理性质进行表征；四是通过体外崩解和溶出测试模拟口腔环境，评估含片释放行为；最后进行了30天稳定性实验，考察药用墨水条的打印适应性及药物降解情况。

3.1. 药用墨水条与打印含片的制备

研究人员成功制备出CIT-30和CIT-50两种药用墨水条，并通过定制模具实现其成型。在20°C下固化10小时可得到结构完整的条状材料，而37°C会导致裂纹，4°C则无法充分固化。打印过程中，通过调整时间（30–60秒）而非打印面积来实现剂量控制，因为面积参数受操作者手法影响较大，重复性低。CIT-50墨水条由于药物含量高、粘度大，打印形成的含片重量较高（最高约1444.9 mg），而CIT-30则因流动性强、重量较低（最低约679.6 mg）。所有含片剂量准确性接近100%，回收率均在99%以上，表明药物在打印过程中未发生降解。

3.2. 打印含片的表征

XRPD和DSC结果显示，瓜氨酸和异麦芽酮糖醇在药用墨水条及含片中均保持部分晶体结构，但打印过程中的加热（100°C）导致结晶度下降。CIT-50含片的晶体峰强度高于CIT-30，可能与药物-辅料相互作用有关。DSC中异麦芽酮糖醇的熔融温度（T_m）从纯物质时的150°C升至200°C，表明加工影响了其热行为。FTIR光谱进一步证实了药物官能团（羧酸盐和铵基）的存在。

3.3. 含片崩解与瓜氨酸释放

所有含片均在15分钟内完全崩解，CIT-30含片崩解更快（2.74–4.38分钟），CIT-50则需6–8分钟。溶出测试显示，80%的药物在12分钟内释放，符合即时释放制剂标准。CIT-30含片因表面积/体积比略高，释药稍快。含片剂量准确性高（101.90% ± 0.85）、变异系数（CV）低于5%，显示工艺具有良好的重复性。

3.4. 药用墨水条的稳定性

经过30天储存，两种药用墨水条仅失水约2%，打印适应性、剂量准确性和药物回收率均未显著变化，证明其可长期储存且适用于按需生产。

该研究首次证明手持式3D笔可用于个性化药物的分散化制备，通过SSE技术实现剂量精准、释药迅速的瓜氨酸含片生产。该方法无需有机溶剂，仅使用水性和食品级辅料，兼顾安全性与环保性。药用墨水条具有良好的稳定性，适用于偏远地区、社区药房及应急医疗场景。未来，通过改进设备设计（如可替换挤出头、温度控制系统和压力传感器），并结合近红外光谱（NIR）等无损检测技术，可进一步推动该技术向合规化、临床应用方向迈进。本研究为资源有限环境下的按需制药提供了切实可行的解决方案，有力促进了个性化医疗的普及与落地。

论文发表于《International Journal of Pharmaceutics》，由西班牙圣地亚哥德孔波斯特拉大学（Universidade de Santiago de Compostela）的研究团队完成，通讯作者为Alvaro Goyanes和Carmen Alvarez-Lorenzo。该工作获得了Fundación Mutua Madrile?a和西班牙科学与创新部的资助。