Артроскопия суставов > Статьи > Эффективное использование 3D-печати для производства лекарств.
Эффективное использование 3D-печати для производства лекарств.
Большинство продуктов, которые мы используем в повседневной жизни, такие, например, как одежда, игрушки, лекарства и даже еда, производятся на фабриках. Например, химическая промышленность производит много материалов, чтобы сделать почти все вокруг нас. Фармацевтическая промышленность является примером химической отрасли, которая производит лекарства. Некоторые химические отрасли работают примерно так же, как ваша кухня. На кухне вы можете использовать разные ингредиенты, разные рецепты и разное оборудование для приготовления определённых блюд. Когда еда требует длительного времени приготовления или высокой температуры приготовления, для неё требуется больше электроэнергии, газа или древесины. В этих случаях в атмосферу Земли выбрасывается больше углекислого газа, что вызывает глобальное потепление, о котором вы, вероятно, так много слышали.
В некоторых химических отраслях используемые методы также потребляют много энергии и материалов. Поскольку ни один процесс не идеален, некоторые элементы не преобразуются в ценные продукты, и часто образуется мусор, засоряющий планету или негативно воздействующий на экологию. Когда промышленность производит лекарства и вакцины, она часто сосредоточена на спасении жизней и может уделять меньше внимания количеству производимого мусора или выбросам углекислого газа. Однако, поскольку климат Земли приближается к критической точке, нам необходимо сократить использование материалов и выбросы при производстве всех продуктов, включая основные. Кроме того, поскольку изменение климата является глобальной проблемой, важно, чтобы все страны получали выгоду от новых, более эффективных технологий. Сосредоточившись на улучшении инфраструктуры и поддержке творчества, мы можем создать больше рабочих мест, поддержать бизнес и обеспечить лучшее качество жизни для всех.
Например, наличие доступных лекарств может поддержать стратегию, которая направлена на обеспечение здоровой жизни для всех людей. А улучшенные методы производства лекарств поддерживают обеспечение устойчивого потребления и производства. Промышленность должна сократить количество энергии и материалов, используемых для производства своей продукции. После того, как мы используем продукцию, мы должны иметь возможность перерабатывать её. Создание новых методов сокращения, повторного использования и переработки — это усилия, которые будут стоить денег, но если мы этого не сделаем, то борьба с последствиями изменения климата и повреждённой окружающей среды обойдётся ещё дороже.
Благодаря науке технологии развивались очень быстро в последние несколько лет. Такие обычные вещи в нашей жизни, как мобильные телефоны и интернет, не были доступны ещё 30-40 лет назад. Раньше предполагалось, что машины, механизмы и оборудование, используемые в промышленности, дороги и должны прослужить много лет. Если не очень эффективная машина рассчитана на многолетнюю работу, может пройти много времени, прежде чем её заменит более эффективное оборудование. Например, некоторые агрегаты, используемые для производства удобрений, обычно работают 40–50 лет. Отрасли модернизируют своё оборудование и производственные процессы с разной скоростью, но всем им необходимо перейти на более щадящие, сберегающие природу технологии в ближайшие годы.
В качестве примера давайте рассмотрим отрасль, в которой работают миллионы людей: фармацевтическую промышленность. Благодаря её продукции наше общество стало намного здоровее, и люди теперь могут жить дольше. Фармацевтическая промышленность производит лекарства, которые мы принимаем, когда заболеваем. лекарства производятся способом, похожим на приготовление пищи. Подобно использованию кастрюль для приготовления пищи, фабрики используют сосуды, называемые реакторами (специальные механизмы, которая, смешивая ингредиенты, создаёт новые вещества, зачастую в состоянии расплава или очень горячей субстанции). Вместо еды они превращают различные химикаты в лекарства. Это преобразование занимает время и, при опытных работах над новыми лекарствами, обычно производит смесь соединений, включая некоторые, которые человеку не подойдут. Процессы производства и очистки (метод, используемый для выбора только желаемых элементов из смеси) потребляют много материалов и денег. Кроме того, производство лекарств также генерирует много мусора: в среднем на каждый проданный килограмм лекарств приходится более 25 кг материалов, отправляемых в отходы. Лекарства от определённых заболеваний могут иметь много стадий производства и, как правило, производить ещё больше отходов. Вот почему они стоят дороже. Может ли быть лучший способ производить лекарства? Может быть есть способ делать лекарства только в нужном объёме и для конкретных людей?
Если требуется сделать лекарства доступными для большего количества людей по всему миру, то нужно более дешёвое и устойчивое производство. Однако нельзя пожертвовать стоимостью ради качества: необходимо быть уверенными, что лекарства стоят дешевле, но сохраняют то же качество, безопасность и эффективность. Поскольку стандарты качества в фармацевтической промышленности настолько высоки, производство обычно происходит поэтапно, преобразуя химикаты в разных реакторах. Это предотвращает потерю всех химикатов на заводе, если процесс не работает должным образом. Это также облегчает удаление плохих партий лекарств с рынка, если у кого-то возникнет плохая реакция. Вот почему на всех коробках с лекарствами есть номер партии.
Но новый процесс, называемый «непрерывным производством», позволяет использовать другие способы контроля реакций и качества производства фармацевтических препаратов. В этом процессе смешивание химикатов в реакторах происходит быстрее, и весь процесс более контролируем, что делает его более быстрым и компактным. Также требуется меньше этапов очистки. Подобно достижению правильных вкусов во время приготовления пищи, некоторые химические реакции нелегко выполнять и контролировать. Например, когда вы что-то готовите, а температура очень высокая, еда может подгореть или стать невкусной. Это происходит из-за нежелательных химических реакций. Когда производятся лекарства, если температура не контролируется должным образом, вместе с лекарством может производиться токсичное соединение. Это всего лишь один пример, но есть несколько различных проблем, и каждую из них необходимо решать в процессе технологической цепочки производственных циклов. Хотя существует множество возможных решений, большинство из них полагаются на использование большего количества ресурсов или увеличение продолжительности процесса производства. Эти подходы могут сделать любую продукцию, для любой отрасли, более дорогостоящей.
Фрактальные реакторы могли бы помочь производить определённые лекарства более быстрым и устойчивым способом, так как в новых разработках можно очень легко и быстро обновить форму реактора. Фрактал — это математическое определение формы, где узор повторяется много раз, как ветви дерева. Одной из возможностей создания фрактальных реакторов для непрерывного производства, содержащих сложные реакции, является использование 3D-печати. Это похоже на складывание блоков вместе, чтобы построить здание. Главная цель - улучшить форму реактора для производства продукта, одновременно сокращая количество необходимых ресурсов и энергии.
Одним из преимуществ 3D-печати является то, что она может производить очень сложные формы, которые невозможно было создать раньше - это позволяет контролировать сложные реакции. Например, можно работать с опасными кислотами более безопасными способами и в более компактных устройствах, чем раньше. По сути, эта технология позволяет фармацевтам делать то же самое, что люди делают, когда выбирают одежду - выбирается правильный размер и нужные характеристики одежды для каждой из задач, которые требуются именно для этого процесса! Нет необходимости надевать костюм и галстук, чтобы заняться серфингом. Кроме того, модели и формы фракталов сохраняются в цифровом виде на выделенных серверах – ими можно делиться с другими подразделениями, компаниями, лабораториями и т.д. Из их элементов, с помощью анализа искусственного интеллекта, можно экспериментировать с другими вариантами химических соединений – то есть, использовать в дальнейших научных работах.
Промышленность является одним из столпов нашего благополучия и имеет основополагающее значение для человеческого общества. Новые технологии, такие как 3D-печать, могут помочь отраслям создавать продукцию, которые используют меньше ресурсов, при этом производя меньше мусора и выбросов углерода. В фармацевтической промышленности 3D-печать может помочь создавать реакторы для более быстрого производства важных лекарств, сохраняя при этом их качество.
