Stampa 3D di compresse e riciclaggio della polvere

stampante 3D SLS Snowwhite2

In questa puntata della nostra serie che mostra l'impatto della stampante 3D SLS Snowwhite2 sul progresso scientifico, ci concentriamo sull'articolo «The effects of recycling pharmaceutical formulations in laser powder bed fusion 3D printing – the influence of physical phenomena on printing performance». Inizieremo spiegando in parole semplici lo scopo dello studio e i suoi risultati chiave, in modo che tutti possano comprendere l'importanza della ricerca. Successivamente, per coloro che sono interessati ai dettagli tecnici, presenteremo l'abstract originale e i riferimenti associati.

Sommario: Stampa 3D di compresse e riciclaggio della polvere
La fusione su letto di polvere tramite laser (LPBF) è una tecnologia di stampa 3D che utilizza un laser per trasformare la polvere in oggetti solidi, come le compresse farmaceutiche. Per rendere questo processo più economico e sostenibile, gli scienziati vogliono riutilizzare la polvere rimanente.

In questo studio, i ricercatori hanno confrontato due diverse macchine: la Sharebot SnowWhite2 e la Sintratec Kit SLS. Hanno testato tre diverse miscele chimiche per vedere se potevano essere riciclate fino a 10 volte.

Il confronto tra stampanti
Lo studio ha rilevato un'enorme differenza tra le due stampanti:

Sharebot SnowWhite2: Le compresse prodotte sono coerenti e di alta qualità, consentendo agli scienziati di raccogliere dati chiari e affidabili.

Sintratec Kit: Le compresse prodotte con questa macchina presentavano «ampie variazioni incoerenti». I risultati cambiavano così tanto tra una stampa e l'altra che gli scienziati non hanno nemmeno potuto utilizzare i dati per la loro analisi.

I risultati del riciclaggio (utilizzando SnowWhite2)
Utilizzando i dati, i ricercatori hanno scoperto che:

La prima miscela (a base di PVA) è rimasta perfetta per 5 cicli.

La seconda miscela (a base di acido) era molto stabile ed è durata 9 cicli.

La terza miscela (copovidone) ha fallito. Le particelle sono diventate troppo grandi e le compresse troppo leggere per essere utilizzate.

Fig. 1
La riga superiore mostra immagini della parte superiore delle compresse stampate da SnowWhite2 da sinistra a destra PVA, PVPVA e MAEA. La riga inferiore mostra immagini SEM della sezione trasversale di quelle compresse nello stesso ordine di materiali, evidenziando la morfologia in maggiore dettaglio.

Risultato principale
La scoperta principale è duplice. In primo luogo, dimostra che l'«invecchiamento» della polvere è una vera sfida nella stampa 3D farmaceutica; riutilizzare la polvere può modificarne le proprietà fisiche (come le dimensioni delle particelle), il che può alla fine rovinare la qualità del medicinale.

In secondo luogo, lo studio sottolinea che la scelta dell'hardware è fondamentale. La scoperta mostra che una stampante di livello professionale come la Sharebot SnowWhite2 fornisce la stabilità e la precisione necessarie per le applicazioni farmaceutiche, mentre le stampanti «kit» più basilari possono produrre risultati incoerenti che non sono adatti per l'uso scientifico o medico.

Infine, hanno confermato che anche quando le dimensioni fisiche della polvere cambiavano, l'integrità chimica del farmaco rimaneva sicura (nessuna degradazione), il che è un'ottima notizia per il futuro della medicina stampata in 3D.

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

Abstract
La fusione su letto di polvere tramite laser è una tecnologia interessante per la stampa 3D di oggetti in un letto di polvere ed è stata esplorata per la stampa di forme farmaceutiche, come le compresse. Il riciclaggio della polvere residua non sinterizzata non è ben compreso, ma è fondamentale per prevenire perdite economiche e migliorare la sostenibilità di questa tecnica. Abbiamo studiato la riciclabilità di tre formulazioni farmaceutiche nel contesto della fusione su letto di polvere tramite laser di compresse. Tre formulazioni costituite da polimeri farmaceutici comuni e dal farmaco modello indometacina sono state studiate fino a dieci cicli di stampa. Per ogni ciclo di stampa, sono stati raccolti campioni di polvere e compresse e analizzati per fenomeni di invecchiamento. I risultati hanno mostrato che le formulazioni a base di alcol polivinilico e copolimero di acido metacrilico ed etil acrilato erano riciclabili senza modifiche negli attributi di qualità critica delle forme stampate rispettivamente per 5 e 9 cicli. Una formulazione a base di copovidone ha mostrato un graduale aumento delle dimensioni delle particelle nell'arco di 10 cicli, con conseguente graduale diminuzione del peso delle compresse. Questa formulazione è stata considerata non riciclabile nelle condizioni valutate in questo lavoro. I fenomeni di invecchiamento osservati erano principalmente correlati a cambiamenti nelle dimensioni delle particelle, nella coesione della polvere e nella temperatura di transizione vetrosa. Viene dimostrato che considerare l'invecchiamento della polvere durante lo sviluppo della formulazione è fondamentale per prestazioni di stampa ottimali e per l'ulteriore sviluppo della fusione su letto di polvere tramite laser per applicazioni farmaceutiche.