摘要
背景
传统药物递送系统（DDS）采用"一刀切"的设计模式，难以适应个体间药代动力学差异，制约了其在制药行业的应用。3D打印技术作为从大规模生产向小批量个性化生产转型的经济性替代方案，正获得广泛关注。
正文
基于增材制造技术的3D打印，凭借其可定制化设计和复杂三维结构的制造能力，在开发个性化药物剂型和医疗设备方面展现出显著优势。作为进一步的技术演进，4D打印将智能多功能材料与3D打印结合，通过时间维度（第四维度）实现药物释放的时序控制，极大推动了个性化药物的发展。尽管这两项技术已取得显著进步，但在监管规范、规模化应用和生产成本等方面仍存在关键障碍。
结论
本文综述了近期关于3D/4D打印技术在先进药物剂型、医疗设备及组织工程领域应用的突破性研究成果，系统分析了该领域的核心挑战与发展前景。
引言
开发新型药物递送系统（DDS）始终是提升药理活性成分（特别是生物大分子如肽类和蛋白质）治疗效果的关键需求。这些成分普遍存在生物利用度低、疏水性强或治疗窗狭窄等问题。传统DDS在应对个体间药代动力学差异时存在适应性限制，且易因剂量过低或过量引发不良副作用。儿科和老年患者群体尤为突出的剂量控制难题，可能导致治疗依从性下降。植入式DDS还可能引发异物反应等安全问题，而同一药物不同剂型间的剂量与物理形态差异更会影响体内疗效。传统DDS在尺寸和设计上的局限性，导致单次给药装置的最大载药量受限，影响长期递送效果与持久性。这些因素促使研究者近年来致力于开发剂量可控的DDS。
随着药物递送领域不断突破新治疗目标，如改善药代动力学特征和提升患者依从性，制药行业亟需创新的制造技术。增材制造（即3D打印）作为个性化医疗的重要解决方案，正逐步解决现有DDS存在的技术瓶颈。
增材制造技术通过计算机辅助设计，基于三维模型逐层叠加材料构建实体。其突出优势在于可根据设计需求直接制造复杂三维结构，相较于1980年代以来的传统制造技术，现代3D打印在自动化程度、效率、精度和成本控制方面均表现卓越，广泛应用于建筑、汽车、储能、航空航天、柔性传感及医疗器械等领域。
4D打印则在此基础上引入时间维度，通过外部刺激（如温度、湿度等）触发预编程的形态变化，使智能材料构建的药剂具有动态响应特性。与3D打印相比，4D打印通过"第四维度"的时序控制实现了更高级别的功能集成。这种利用增材制造技术生产的非静态对象，可通过普通3D打印机实现。
生物打印技术
在生物医学领域，3D打印技术衍生出的生物打印技术已广泛应用于再生医学、组织工程、癌症研究和药物筛选。该技术通过计算机辅助设计（CAD）平台，将含细胞的聚合物溶液或水凝胶逐层沉积，构建出精准的三维组织模型。相较于传统生物制造技术，生物打印具有细胞定位精确、可同时打印多种细胞和生物材料、以及能模拟三维组织结构等优势。
主流生物打印方法包括喷墨式、激光辅助式和挤出式。喷墨式通过非接触方式将生物墨水微滴精准分配至基板；激光辅助式利用激光能量转移生物材料；挤出式则通过逐层沉积高粘性生物墨水构建三维结构，因其支持高细胞密度打印而成为最常用技术。Joung团队采用该技术构建了用于中枢神经系统体外模型的脊髓支架，Roque团队开发了骨再生三维支架，Gospodinova团队则利用含HeLa细胞的羟乙基纤维素生物墨水打印宫颈肿瘤模型。根据供墨系统差异，挤出式打印又可分为螺杆驱动、活塞驱动和气动驱动三类。
生物打印技术面临的核心挑战在于如何在保证生物墨水可打印性的同时维持细胞活性。可打印性要求构建完整可靠的三维结构，受生物墨水浓度、组成（内在因素）以及打印参数（如喷嘴尺寸、交联条件、温度）等外在因素共同影响。过高的生物墨水浓度虽能提升机械性能但会限制细胞增殖，过低浓度则导致结构稳定性不足。极端打印速度和压力产生的剪切力可能破坏细胞活性，同时降低墨水表面张力和粘度也会影响打印质量。因此需严格监控打印参数以平衡结构性能与生物功能。
本文系统阐述了3D/4D打印技术在药物载体和医疗设备开发中的最新应用，重点分析了技术实施、监管合规等关键挑战，并展望了其未来发展方向。
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