3D-Druck von Tabletten und Pulverrecycling

Snowwhite2 SLS 3D-Druckers

In dieser Ausgabe unserer Serie, die die Auswirkungen des Snowwhite2 SLS 3D-Druckers auf den wissenschaftlichen Fortschritt zeigt, konzentrieren wir uns auf das Papier „The effects of recycling pharmaceutical formulations in laser powder bed fusion 3D printing – the influence of physical phenomena on printing performance“. Wir beginnen mit einer einfachen Erklärung des Zwecks der Studie und ihrer wichtigsten Ergebnisse, damit jeder die Bedeutung der Forschung verstehen kann. Anschließend präsentieren wir für diejenigen, die an den technischen Details interessiert sind, die originale Zusammenfassung und die dazugehörigen Referenzen.

Zusammenfassung: 3D-Druck von Tabletten und Pulverrecycling
Die Laser-Pulverbettschmelze (LPBF) ist eine 3D-Drucktechnologie, die einen Laser verwendet, um Pulver in feste Objekte wie Medikamententabletten zu verwandeln. Um diesen Prozess kostengünstiger und nachhaltiger zu gestalten, wollen Wissenschaftler das übrig gebliebene Pulver wiederverwenden.

In dieser Studie verglichen die Forscher zwei verschiedene Maschinen: den Sharebot SnowWhite2 und den Sintratec Kit SLS. Sie testeten drei verschiedene chemische Mischungen, um zu sehen, ob sie bis zu 10 Mal recycelt werden können.

Der Druckervergleich
Die Studie stellte einen großen Unterschied zwischen den beiden Druckern fest:

Sharebot SnowWhite2: Die hergestellten Tabletten sind konsistent und von hoher Qualität, sodass die Wissenschaftler klare und zuverlässige Daten sammeln konnten.

Sintratec Kit: Die mit dieser Maschine hergestellten Tabletten wiesen „große und inkonsistente Schwankungen“ auf. Die Ergebnisse änderten sich zwischen den Druckvorgängen so stark, dass die Wissenschaftler die Daten nicht einmal für ihre Analyse verwenden konnten.

Die Recycling-Ergebnisse (mit SnowWhite2)
Anhand der Daten fanden die Forscher heraus:

Die erste Mischung (auf PVA-Basis) blieb für 5 Zyklen perfekt.

Die zweite Mischung (auf Säurebasis) war sehr stabil und hielt 9 Zyklen.

Die dritte Mischung (Copovidon) versagte. Die Partikel wurden zu groß, und die Tabletten wurden zu leicht, um verwendet zu werden.

Abb. 1
Die obere Reihe zeigt Bilder der Oberseite der mit SnowWhite2 gedruckten Tabletten von links nach rechts PVA, PVPVA und MAEA. Die untere Reihe zeigt REM-Aufnahmen des Querschnitts dieser Tabletten in derselben Materialreihenfolge und hebt die Morphologie detaillierter hervor.

Hauptergebnis
Die Haupterkenntnis ist zweifach. Erstens beweist sie, dass die Pulveralterung eine echte Herausforderung im pharmazeutischen 3D-Druck darstellt; die Wiederverwendung von Pulver kann seine physikalischen Eigenschaften (wie die Partikelgröße) verändern, was schließlich die Qualität des Medikaments beeinträchtigen kann.

Zweitens unterstreicht die Studie, dass die Wahl der Hardware entscheidend ist. Die Entdeckung zeigt, dass ein Drucker in professioneller Qualität wie der Sharebot SnowWhite2 die Stabilität und Präzision bietet, die für pharmazeutische Anwendungen erforderlich sind, während einfachere „Bausatz“-Drucker inkonsistente Ergebnisse liefern können, die sich nicht für den wissenschaftlichen oder medizinischen Gebrauch eignen.

Schließlich bestätigten sie, dass selbst wenn sich die physikalische Größe des Pulvers änderte, die chemische Integrität des Arzneimittels sicher blieb (keine Zersetzung), was eine großartige Nachricht für die Zukunft der 3D-gedruckten Medizin ist.

The effects of recycling pharmaceutical formulations in laser powder bed fusion 3D printing – the influence of physical phenomena on printing performance
Wessel Kooijman (a), Valerie R. Levine (b), Robbert J. Kok (a), Jonas Lindh (b), Julian Quodbach (a)
a) Division of Pharmaceutics, Utrecht Institute for Pharmaceutical Sciences (UIPS), Utrecht University, Universiteitsweg, 99 3584, CG, Utrecht, the Netherlands
b) Division of Nanotechnology and Functional Materials, Department of Material Science and Engineering, Uppsala University, Uppsala SE-751 03, Box 35, Sweden

Ref.: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590156725000684

Abstrakt
Die Laser-Pulverbettschmelze ist eine attraktive Technologie für den 3D-Druck von Objekten in einem Pulverbett und wurde für den Druck pharmazeutischer Darreichungsformen wie Tabletten untersucht. Das Recycling von nicht gesintertem Restpulver ist nicht gut verstanden, aber entscheidend, um wirtschaftliche Verluste zu vermeiden und die Nachhaltigkeit dieser Technik zu verbessern. Wir untersuchten die Recyclingfähigkeit von drei pharmazeutischen Formulierungen im Zusammenhang mit der Laser-Pulverbettschmelze von Tabletten. Drei Formulierungen, bestehend aus gängigen pharmazeutischen Polymeren und dem Modellarzneimittel Indomethacin, wurden bis zu zehn Druckzyklen lang untersucht. Für jeden Druckzyklus wurden Pulver- und Tablettenproben gesammelt und auf Alterungsphänomene analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass Formulierungen auf Basis von Polyvinylalkohol und Methacrylsäure-Ethylacrylat-Copolymer ohne Veränderungen der kritischen Qualitätsattribute der gedruckten Darreichungsformen für 5 bzw. 9 Zyklen recycelbar waren. Eine Formulierung auf Copovidon-Basis zeigte eine allmähliche Zunahme der Partikelgröße über 10 Zyklen, was zu einer allmählichen Abnahme des Tablettengewichts führte. Diese Formulierung wurde unter den in dieser Arbeit bewerteten Bedingungen als nicht recycelbar angesehen. Die beobachteten Alterungsphänomene standen hauptsächlich im Zusammenhang mit Veränderungen der Partikelgröße, der Pulverkohäsion und der Glasübergangstemperatur. Es wird gezeigt, dass die Berücksichtigung der Pulveralterung während der Formulierungsentwicklung entscheidend für eine optimale Druckleistung und die weitere Entwicklung der Laser-Pulverbettschmelze für pharmazeutische Anwendungen ist.