一、研究背景

据世界卫生组织（WHO）统计，截至2023年底，全球0~14岁儿童中约有140万HIV感染者，已记录新发病例超过12万例；估计约7.6万名15岁以下儿童因艾滋病相关疾病死亡。2023年约57%的确诊儿童正在接受抗逆转录病毒治疗（ART），如何为患儿提供持续、规范的抗病毒治疗是全球公共卫生的重要课题。

儿童HIV治疗面临的核心挑战之一是缺乏适宜的剂型：需同时满足良好口感（可接受性）、给药方便性、储存稳定性与剂量灵活性。拉米夫定（Lamivudine, LMV）是儿童ART方案中的核心核苷类逆转录酶抑制剂（NRTI），其口服液虽便于给药与剂量调整，但现有复方口服多为固定剂量片剂，难以按儿童年龄与体重灵活调药。

3D打印技术可根据患者个体需求，在已知药物剂量的粉末床基础上修改剂型参数，定制出分散性好、可咀嚼、剂量灵活的个体化给药装置，是精准医学与儿科剂型开发的重要方向。

粘结剂喷射（Binder Jetting, BJ）3D打印是粉末床熔融类增材制造中最适合制药的工艺之一：以粉末床为基础，逐层铺粉、选择性喷射液态粘结剂成型，随后通过加热去除溶剂、筛分收集片剂。已有研究利用BJ工艺制备了对乙酰氨基酚、吲哚美辛、华法林钠等快速崩解片与速释片。

本研究旨在系统理解BJ工艺中处方与工艺变量对LMV口服片（printlet）关键质量属性的交互作用，建立可推广至儿科复方给药的剂量灵活模型；并开发基于近红外高光谱成像的无损多变量定量方法，结合电子舌进行口感评价。

二、研究内容

2.1 实验材料

• 主药：拉米夫定（LMV），购自AK Scientific（Ahren Ave, CA, USA）；
• 骨架/粘结聚合物：羟丙基甲基纤维素（HPMC，Viva Pharm, Rosenberg, Germany）；
• 稀释剂/填充剂：乳糖一水合物（LMH，Supertab-14SD，DFE Pharm, Goch, Germany）；
• 其他试剂：甲醇（MeOH）、冰醋酸、乙腈（ACN），均为Fisher Scientific（Asheville, NC, USA）色谱纯，直接使用。

2.2 实验设计

采用筛选设计（Screening design），使用JMP 15软件（SAS, Cary, NC, USA）构建 fractional factorial 实验矩阵，考察5个独立变量对3个质量属性的影响：

代号	独立变量	低水平	高水平
X₁	粘结剂喷射次数（number of sprays）	2	4
X₂	HPMC质量分数（%）	10	30
X₃	粉末层厚度（mm）	0.32	0.40
X₄	每层喷射延迟时间（s）	0	10
X₅	干燥温度（℃）	40	60

表0 考察的独立变量及其水平

响应（因变量）：硬度（Y₁）、崩解时间DT（Y₂）、溶出度（Y₃），每组实验平行6片。

9组处方的实验矩阵

处方	喷射次数 X₁	HPMC% X₂	层厚 X₃(mm)	延迟 X₄(s)	干燥温度 X₅(℃)
F1	2	10	0.32	0	60
F2	4	30	0.32	0	60
F3	2	10	0.40	10	60
F4	2	30	0.40	0	40
F5	2	30	0.32	0	40
F6	4	10	0.40	0	40
F7	3	20	0.40	5	50
F8	4	30	0.36	10	60
F9	4	10	0.32	10	40

表1 BJ打印拉米夫定口服片的独立变量与实验矩阵

2.3 处方组成与制备步骤

（1）基础处方

• LMV占50%（固定）；
• HPMC 10%~30%（变量）；
• LMH 20%~40%（补足至100%）。

（2）粉末预处理

1. 全部组分过ASTM #60筛，去除粒径影响；
2. 在V型混合机中混合5 min，得到均一打印粉末。

（3）BJ 3D打印与后处理

1. 制备三种尺寸的printlet：8 mm直径×3 mm高、6 mm直径×3 mm高、4 mm直径×3 mm高；
2. 在粉末床上逐层铺粉，逐层选择性喷射水基粘结剂；通过调节喷射次数（2~4次）、层厚（0.32~0.40 mm）、每层延迟时间（0~10 s）控制成型；
3. 打印完成后，将带支撑粉末的printlets一并置于烘箱中，40~60℃干燥去除溶剂；
4. 筛分去除支撑粉末，收集成品printlet。

2.4 质量评价方法

（1）外观与尺寸

称量printlet重量，测量直径与厚度，评价成型性。

（2）硬度（Hardness）

使用质地分析仪（TA.XT Plus, Stable Micro Systems, Surrey, UK）进行径向压缩：压缩距离4 mm，预测试速度2 mm/s，测试速度1 mm/s，后测试速度10 mm/s，目标移动距离2 cm，自动触发，触发力1 N，每组6个平行。

（3）崩解时间（DT）

USP崩解仪（Vankel Varian VK-100, NC），37℃蒸馏水为介质，每组6片（n=6）。

（4）含量测定（Assay）

取1片置100 mL容量瓶，加50 mL水超声30 min，定容、过0.45 μm滤膜，采用经验证的HPLC法测定LMV含量，5个平行。

（5）溶出度

USP 2法（Model 708-DS，配850-DS自动进样器，Agilent），小杯桨板法，200 mL介质，50 rpm，37℃；介质为100 mL水，分别在5、10、15、20、30 min取样0.5 mL，HPLC测定。

（6）HPLC条件

• 色谱柱：Eclipse XDB-C8，150×4.6 mm，5 μm；
• 流动相：5 mM醋酸铵缓冲液（pH 6.0）:乙腈 = 95:5（v/v）；
• 流速：1 mL/min；检测波长：270 nm；进样量：20 μL。

2.5 结构表征

（1）傅里叶变换红外光谱（FTIR）

Nicolet iS5系统配ATR附件，金刚石晶体，波数范围4000~400 cm⁻¹，分辨率4 cm⁻¹，100次扫描，OMNIC 9.0软件采集分析。

（2）X射线粉末衍射（XRPD）

Bruker D2 Phaser SSD 160衍射仪，约400 mg粉末填充样品槽，2θ范围5°~50°，步长0.0202°，每步1 s，总3000步；样品旋转15 rpm。

（3）差示扫描量热（DSC）

Q2000 DSC（TA Instruments），约2.5 mg样品密封于标准铝坩埚，10℃/min升温至300℃，氮气50 mL/min、20 psi。

（4）近红外高光谱成像（NIR-HSI）

• 校正样品：LMV浓度从0%到100%逐步增加，同时相应调整HPMC与LMH比例；
• Via-Spec II系统， halogen光源，Hg-Cd-Te冷却检测器，分辨率384×288像素，像素尺寸24×24 μm；
• 数据采集：积分时间7.005 ms，帧率75 MHz，跨轴速度0.2 s/scan；Middleton Spectral Vision软件采集，Prediktera Evince™软件分析；
• SNV预处理 + PCA主成分分析 + PLS偏最小二乘回归建立定量模型。

2.6 口感评价——电子舌

• 传感器：TS-5000Z味觉传感系统（Insent Intelligent Sensor Technology, Atsugi, Japan），8个脂质膜传感器+4个参比电极；
• 负电传感器清洗液：10% v/v 1 M HCl于60% v/v乙醇+水；正电传感器清洗液：7.46 g KCl + 300 mL乙醇 + 10 mL 1 M KOH定容至1 L；
• 参比溶液：0.045 g酒石酸 + 2.24 g KCl溶于1 L水；
• 测试液：printlet分散于5 mL人工唾液（对应成人剂量LMV 25 mg/40 mL），0.45 μm膜过滤；
• 考察高/低HPMC、高/低LMH、F1/F2处方及安慰剂、纯LMV的苦味差异；每样平行4次。

2.7 稳定性研究

选取F1、F7、F8 printlet封装于药用瓶中，30℃/75% RH放置1个月，监测含量、溶出、FTIR、XRPD与外观变化。

2.8 关键质量属性结果

（1）硬度与崩解时间

9组处方硬度从F1的2.5±0.1 N到F2的21.1±0.5 N；崩解时间从F2的2.3±0.5 s到F1的317±10 s。回归模型R²=0.998（硬度）与0.999（DT），可解释95.85%与97.02%变异。

• 喷射次数与HPMC%对硬度显著正相关（p<0.05）；
• 层厚与硬度负相关（层越厚，溶剂渗透路径越长，有效结合减弱）；
• 延迟时间增加使粉末有更多时间吸收粘结剂溶胀，机械强度提高；
• 干燥温度升高使粘结剂横向铺展受限，强度略降；
• 所有printlet均满足USP快速崩解片≤30 s的要求（除F2、F8外），实现速崩速释。

（2）溶出度

所有处方30 min内溶出度均超过USP 85%的标准，范围98.8%±0.9~104.2%±1.2%，15 min内基本完全溶出。以10 min溶出度为响应（62.5%±1.8到103.5%±1.0%），模型R²=0.999，可解释94.0%变异。

• 喷射次数与延迟时间显著促进溶出；
• 溶出度与硬度、DT呈负相关（相关系数−0.67与−0.73）；
• RMSE：硬度3.28、DT 4.96、溶出1.26，模型拟合良好、误差低。

2.9 物相与结构表征结果

（1）FTIR

LMV在1650 cm⁻¹有胞嘧啶羰基C=O峰，3328与3200 cm⁻¹为伯胺N-H与羟基O-H伸缩，1286与1160 cm⁻¹为恶噻戊环醚键C-O-C振动。printlet与物理混合物谱图高度一致，无新峰出现，表明打印过程中药物与辅料无化学相互作用；但FTIR无法区分水合与晶型。

（2）XRPD

LMV在2θ=12.3、13.5、14.4、14.9、15.9、17.0、17.7、20.7、21.5、23.8、24.5、25.0、26.7°有特征结晶峰。printlet中药物特征峰强度较物理混合物显著降低，F2、F9中20.7°峰强度分别下降50.1%与50.1%，呈现部分无定形化，有利于溶出。乳糖的非干扰峰（13.5、14.4等）在printlet中同样减弱。

（3）打印前后粉末XRPD对比

筛分回收的未打印粉末（pre/post-printing powder）XRPD与FTIR无显著差异，粒径分布D₉₀变化不显著（p>0.05），证明打印-干燥过程未改变粉末性质，支撑粉末可回收再利用。

（4）DSC

LMV在178.07℃有尖锐吸热熔融峰，ΔH=124.7 J/g，与文献一致。物理混合物F1/F2中LMV熔融热降至58.5与57.9 J/g（结晶度下降约53%）；printlet中进一步降至45.77与45.69 J/g（结晶度较物理混合物下降约22%）。乳糖（~150℃熔融）在printlet中也呈类似结晶度下降趋势，与XRPD结果吻合。

2.10 NIR高光谱成像无损定量

PCA浓度成像图显示LMV从蓝（0%）到红（100%）的颜色渐变，与校正样品浓度一致；printlet中药物分布均匀，无明显偏析或团聚。PLS模型R²=0.999，RMSE=0.8239，预测值与HPLC实测值高度吻合（99.1±3.3%~105.0±6.6%标称含量）。

2.11 电子舌口感评价

BT0传感器（苦味传感器）对LMV苦味最敏感：纯LMV电位为−3.33 mV（强负电位=强苦味）。加入HPMC或LMH后电位向正方向移动，苦味被抑制；LMH的抑苦效果优于HPMC（LMH-Low ~5.9 mV，LMH-High ~6.6 mV）。处方printlet的电位显著低于对应安慰剂（p<0.05），F2（30% HPMC+20% LMH）抑苦效果优于F1（10% HPMC+40% LMH），说明HPMC与LMH通过不同机制掩味：LMH提供甜味，HPMC通过包裹药物分子减少苦味接触。

2.12 稳定性结果

30℃/75% RH放置1个月后：外观、FTIR、XRPD无显著变化；DSC显示药物与乳糖熔融热下降约23%（湿介导的结晶度降低）；溶出曲线无显著变化，30 min溶出度仍满足USP标准（F1：103.1±1.2~99.4±1.5%；F2：100.6±0.1~105.1±2.3%）。printlet在患者使用条件下稳定性良好。

三、研究结论

四、论文基本信息