ИИ + 3D-печать позволяет программировать выпуск: AutoBio 2000 поддерживает исследования материи Китайского фармацевтического университета

Недавно исследовательская группа во главе с профессором Цзяньпин Чжоу и профессором Ян Дингом из Китайского фармацевтического университета, с доктором Пэйхоном Чэном в качестве первого автора,опубликовал новаторское исследование в Matter, журнал Cell Press и ведущая публикация в области науки о материалах: "Программирование на уровне нитей и машинное обучение позволяют настраивать кинетику высвобождения за пределами материалов".

3D-принтер AutoBio 2000 с несколькими соплами Direct Ink Writing (DIW) компании Shenzhen Soongon Technology Co., Ltd. (Yuanyi Intelligent) служил ключевой производственной платформой,предоставление критической технической поддержки для точной печати архитектур на уровне нитей в данном исследовании.

С AutoBio 2000 исследователи вышли за рамки простой “печати формулы”. Вместо этого они цифровым способом разместили три функциональные чернила “нагруженные, свободные и барьерные чернила” вдоль заранее определенных путей.Это позволило сформировать внутрислойное отделение, межслойное складирование и кольцеобразные топологии в одной дозировочной форме,преобразование трудноизготовляемых внутренних диффузионных путей в воспроизводимые и настраиваемые структурные переменные.

Исследование создало замкнутый цикл исследовательских рамок, интегрирующих “структурное программирование на уровне нитей” → предсказание на основе ИИ из структурной информации → физиологическое фармакокинетическое преобразование.Этот подход расширяет контроль высвобождения за пределы обычной химической оптимизации на основе формулировок к новой парадигме вычислительной и обратной конструкционной инженерии.

Рисунок 1. Общий рабочий процесс исследования: от физического структурного программирования через мультиматериальную 3D-печать до цифровизации структур и прогнозирования выпуска с использованием StrataFlux AI engine,и, в конечном счете, к персонализированному клиническому дизайну дозировки с помощью моделирования PBPK.

01 От "переформулирования" к "структурному программированию": новый подход к разработке

Обычные препараты с контролируемым и устойчивым высвобождением обычно опираются на корректировку типов материалов, композиций и параметров обработки для контроля скорости высвобождения.Исследователи предложили альтернативный подход: вместо того, чтобы существенно изменить материальную платформу, они используют 3D-печать для проектирования внутренней структуры, создавая различные пути диффузии для молекул.

Исследование разделяет формулировку на три типа функциональных нитей: загруженные нитки (DLS), которые хранят и высвобождают свободные нитки (DFS), которые расширяют или перераспределяют пути диффузии;и барьерные нитки (BS)Сочетая эти три материала в разных слоях, пропорциях и путях печати, исследователи достигли отличительных кинетических характеристик высвобождения,включая длительные, отсроченное, ускоренное и многоступенчатое освобождение.

Ключевое нововведение заключается не только в изменении внешнего вида лекарственной формы, но и в кодировании функций высвобождения в каждом слое, в каждом напечатанном волокне и интерфейсах между ними.

Рисунок 2. Интегрированный дизайн искусственного интеллекта, аддитивного производства и фармакокинетического моделирования на физиологической основе:В результате, ученые обнаружили, что у пациентов с хронической болезнью почек существуют различные способы лечения.: оригинальная бумага)

02 AutoBio 2000: создание сложных цифровых структур

Чтобы проверить, могут ли структуры на уровне нити эффективно регулировать высвобождение, первым шагом является надежное преобразование цифровой модели в физическую формулировку.AutoBio 2000 обеспечивает многонасадкуВ данном исследовании для скоординированной последовательной печати использовались три функциональные чернила.позволяет встроенную в плоскость отделку внутри каждого слоя и строительство направленных внутренних сетей передачи массы путем слойного наложения.

Для фармацевтических исследований проблема многоматериальной печати выходит за рамки простого наличия нескольких соприкосновений.быстрое восстановление потока материала после переключения насадкиЭто исследование систематически проверяло эти критические производственные процессы.

Рисунок 3. Производственный рабочий процесс от цифрового моделирования и разрезания слоев до мультиматериальной 3D-печати, а также проверка реологии, целостности интерфейса и непрерывности процесса (Источник:оригинальная бумага)

03 Ценность поддержки оборудования в конечном счете заключается в стабильности производства

Многоматериальные инструментальные пути выполняются.Три функциональных чернил могут быть независимо от них отложены в заранее определенной последовательности, что позволяет переключать инструментальный путь в плоскости и складывать межслои.Это позволяет физически реализовать сложные внутренние архитектуры, а не ограничиваться цифровым программным обеспечением для моделирования..

Морфология напечатанных нитей сохранена.Чернила, использованные в исследовании, демонстрировали поведение разжижения, эластично-доминирующие характеристики и быстрое тиксотропное восстановление.осажденные материалы сохранили свою форму, обеспечивая устойчивую основу для последующего многослойного строительства.

Сохраняются четкие межматериальные интерфейсы.Сканирующая электронная микроскопия показала, что заряженные, свободные и барьерные нити были плотно связаны без очевидных пробелов, в то время как различные функциональные области сохраняли четкие границы.Это имеет решающее значение, поскольку размытые или объединенные интерфейсы могут изменить первоначально разработанные пути диффузии..

Дефекты переключателей сосудов можно исправить.Исследовательская группа включила передпечатные полоски в процесс печати с несколькими соплами, чтобы стабилизировать давление экструзии до того, как сопла вошла в эффективную область печати.Это уменьшило первоначальное соотношение длины подэкструзии с 40,5% ± 1,2% до 0%, обеспечивая более последовательную производственную основу для количественных сравнений между различными структурами.

04 Мультинозельная печать: создание внутренних структур, воспроизводимых экспериментальными переменными

Основываясь на стабильном производстве, команда разработала несколько структурных конфигураций, включая однонаправленную, двунаправленную и кольцеобразную архитектуру.свободные нитки, расположенные в разных слоях, могут независимо влиять на начальное высвобождение, фазы замедленного высвобождения и последующих точек ускорения.дальнейшее расширение диапазона программируемых способов выпуска.

В репрезентативной системе, основанной на кольцах, исследователи спроектировали и напечатали три размера с 21 различной внутренней конфигурацией.и поперечные сечения полученных препаратов показали сильную консистенцию., что дает профили длительного высвобождения примерно 10 часов, 12 часов и более 15 часов.

Поэтому 3D-принтер служил не только инструментом изготовления образцов, но и базовой экспериментальной платформой для исследования того, как структурная архитектура определяет функциональную производительность.

Рисунок 4. Кольцевидные конструкции с различными размерами и внутренними конфигурациями, соответствующие печатные поперечные сечения и их соответствующие профили выпуска (Источник: оригинальная статья)

05 ИИ и фармакокинетическое моделирование - следующий шаг

После получения ряда очень последовательных структурных образцов и данных об освобождении,Исследовательская группа также внедрила машинное обучение для прогнозирования взаимосвязи между сложными структурами и профилями высвобождения, в то же время интегрируя физиологически основанные фармакокинетические (PBPK) модели для изучения скоординированного проектирования дозировки и высвобождения в условиях заболевания.

Однако для этого исследования действительность вычислительного анализа зависит от фундаментальной предпосылки: каждая цифровая структура должна быть точно и воспроизводимо изготовлена.Только при достаточно стабильном производственном процессе структурные различия могут быть надежно переведены в различия в высвобождении, обеспечивая надежную основу для последующего моделирования данных и разработки приложений.

06 От исследовательского 3D-принтера к платформе для структурных инноваций в

Формулировка

Эта работа демонстрирует более глубокую ценность исследовательской многоматериальной 3D-печати в фармацевтической науке: оборудование делает больше, чем заменяет формы или изменяет внешнюю форму формулы.Это позволяет исследователям преобразовывать внутренние структуры в функциональные единицы, которые могут быть спроектированы, изготовлены и систематически проверены.

С независимой экструзией с несколькими соплами, точным управлением инструментами и передовыми возможностями для изготовления сложных конструкций,AutoBio 2000 предоставляет масштабируемый инструмент производства для исследований в области доставкиПо мере того, как все больше систем, типов материалов и динамических структур внедряются,Ожидается, что такие платформы будут поддерживать многоэтапные исследования, начиная с исследований доказательства концепции и заканчивая разработкой формулы и процесса..

Технология Soongon продолжает предоставлять оборудование и поддержку приложений для исследований

• Платформы для 3D-печати с использованием нескольких материалов и нескольких ноздрей
• Адаптация печатного процесса для фармацевтических и биоматериальных исследований
• Настройка оборудования и техническое сотрудничество для сложного конструктивного изготовления

Информация на бумаге

Название: Программирование на уровне нитей и машинное обучение позволяют настраивать кинетику высвобождения за пределами материалов

Авторы:Пэйхонг Чэнь, Хуацин Чжан, Цзянпин Чжоу, Янг Дин

Журнал: Материя, 2026, 9, 102912

DOI:10.1016/j.matt.2026.102912