一剂强心针:微型 3D 打印如何用于提供疫苗

一剂强心针:微型 3D 打印如何用于提供疫苗

一年前,一个行业开始应对现代历史上最大的流行病之一。随着 3D 打印供应商和用户的动员,口罩、面罩、呼吸机组件和鼻咽测试拭子的输出量达到了数千、数十万和数百万。

当时,Boston Micro Fabrication (BMF) 刚刚宣布其投影微立体光刻 (PμSL) 3D 打印技术在国际上推出,该技术首先在亚洲推出。这就是 PμSL 的概况——一种旨在以高精度和高分辨率打印微型零件的技术——它永远不可能发挥作用,因为全球 3D 打印机用户群试图填补 PPE 和医疗设备供应链中的空白。但几个月后,当谈到规划摆脱这场大流行和其他突发公共卫生事件的路线时,BMF 受邀参加由卡内基梅隆大学(CMU)领导的一个项目。

“用于疫苗接种或其他药物输送的微针概念已经存在一段时间了,”BMF 的首席执行官 John Kawola 开始说道。“但 COVID 加速了它。世界正面临着必须为数十亿人接种疫苗的问题。虽然针头和小瓶 [方法已经存在] 75 年,但我认为我们都看到它并不那么容易扩展。”

CMU因此加紧了微针阵列技术的开发工作。微针阵列包括一个微型贴片上的数百个细针,当它们贴在皮肤上时,会迅速溶解并输送药物。这些设备不需要相同级别的冷链存储,并且可以提供传统疫苗剂量的 1/100。CMU 的皮内给药装置建立在十年的研究基础上,该大学认为,这将简化疫苗的运输和储存,同时减少短缺。

由于 PμSL 技术能够以非常高的公差要求打印小零件,因此 BMF 受邀参与该项目。该项目将使用 BMF 的 2μm 系列打印机 – 2μm 指的是光学分辨率 – 能够实现 5-20μm 范围内的层厚度和零件顶部的 0.4-0.82μm 和 1.5-2.52μm 的表面光洁度双方。

“在两微米平台上,通常可以将特征尺寸缩小到 15-20 微米的范围内,”Kawola 解释说。“在这种情况下,对于微针,这就是他们试图达到的特征的大小。现在,其中大部分都是一直延伸到尖端的锥体,这是他们想要获得的最小尖端。我们正在尝试平衡几何与材料特性,确保它们[刺穿皮肤]但不会破裂。”

通过迄今为止的研究,合作伙伴了解到,针头越小,就越容易刺破皮肤。尽管仍未决定,但如果要使用 PμSL 打印直接使用的微针,则需要开发一种具有穿刺皮肤强度和伸长率的生物相容性材料,并在特征尺寸和强度之间取得平衡,并进行优化。 ‘ 或者,PμSL 可用于在现有的 PDMS 材料中打印模具图案,该材料具有足够的强度和所需的生物相容性,可用于医疗器械的注塑成型。

该项目的另一个方面——包括匹兹堡大学疫苗研究中心、Premier Automation和Tiba Biotech——专注于优化和自动化生产。虽然合作伙伴不会考虑该项目的结果何时可商用——他们淡化了微针疫苗可以帮助我们摆脱 COVID-19 大流行的想法——但他们确实认为过去 12 个月是一个觉醒电话,他们确实看到 3D 打印不仅在应对全球健康危机中发挥着关键作用,而且在数百万人的免疫接种中发挥着关键作用。

“如果工厂中有数十台或更多机器,那么一周肯定会涉及数十万甚至数百万台机器。这就是目标,”Kawola 说。“如果它是每周 1,000,那就没那么有用了,但如果它有数十万接近数百万,那么它就会开始扩大。以传统方式大规模制造这样的小零件是昂贵的。注塑模具不是 25,000 英镑,它可能是 200,000 英镑,因此它改变了开始有意义的数学。从事 3D 打印的每个人都在寻找一种方法来取代当前的打印方式。如果它既困难又昂贵,那么这是一个很好的目标,这就是我们看到的情况。”

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