ⓒ 采访：李叶
ⓒ 受访：陈培鸿（2025年戴森设计大奖中国大陆赛区亚军，中国药科大学博士研究生）
前言
来自中国药科大学陈培鸿的作品AI-3D药物制造研发平台夺得本年度戴森设计大奖中国大陆赛区亚军。该设计通过提供精准的药物释放时间、空间、速度与剂量控制，能够解决儿童、老人需手工分剂量用药、罕见病人群按需制药成本高等痛点，实现个性化精准用药，并且其AI打印技术，还可以为药物制作触觉标签，减轻视障群体用药困难。
观点提纯
“AI-3D药物制造研发平台”的核心使命是“设计”药品。通过一次性载药墨盒与专用的DIW打印设备，平台将药物的释放时间、作用位置与剂量转化为可精准编程的参数，在一个完全闭环的系统中，实现了前所未有的安全性与合规性。
这不仅是一个硬件或软件的创新，更是一个从研发到终端制造的完整生态闭环。它整合了载药“墨水”、AI优化模型、打印硬件和处方数据库，并具备高度的应用拓展性，未来可延伸至精准营养、营养补充剂等多元场景。
2025年戴森设计大奖中国大陆赛区三强名单日前公布。这项国际性的设计与工程大奖由戴森创始人詹姆斯·戴森设立，旨在激励更多年轻人通过工程、科技、设计，解决科技、医疗、环境、可持续发展等领域的全球性难题。自2016年入华以来，大赛持续为中国年轻发明家提供全球性的交流和展示平台，并为优秀作品搭建通往成功的道路，帮助他们产出有社会价值和产业潜力的创新发明。
在传统制药的宏大叙事中，一种颠覆性的力量正在悄然兴起，它由人工智能的深邃智慧与3D打印的精微工艺共同驱动，旨在为那些被标准化生产线遗忘的少数派——罕见病患者、儿童以及视障人士——谱写个性化医疗的新篇章。这便是“AI-3D药物制造研发平台”的核心使命：它并非简单地制造药品，而是“设计”药品。通过一次性载药墨盒与专用的DIW打印设备，平台将药物的释放时间、作用位置与剂量转化为可精准编程的参数，在一个完全闭环的系统中，实现了前所未有的安全性与合规性。这套系统支持“分布式生产”理念，未来，医院或药房将能现场按需打印，让每一片药都成为独一无二的、为个体生命而生的精密设计。
这不仅是一个硬件或软件的创新，更是一个从研发到终端制造的完整生态闭环。它整合了载药“墨水”、AI优化模型、打印硬件和处方数据库，并具备高度的应用拓展性，未来可延伸至精准营养、营养补充剂等多元场景。平台的设计充满了人文关怀：它能在药物表面打印盲文，为视障患者点亮用药安全的灯塔；它也能为肾功能不全的慢性病患者设计复杂的缓控释结构，通过物理形态的智慧，有效降低药物在体内的蓄积风险，减少给药频次。这不仅是技术的胜利，更是设计的温度。
展望未来，团队的计划清晰而具体，分为六大战略方向。首先是通过运动控制与新设计进行硬件升级，以提升合规性与精度；其次是加速多发性硬化症药物制剂的研发，并推进临床前/临床研究；第三，团队将致力于拓展配方库，通过开发新的辅料和数字协议，支持微剂量及复杂释放曲线的实现。在商业模式上，将着力构建B2B生态，联合药房与医院部署就地按需生产方案。同时，团队将扮演罕见病倡导者的角色，在全球论坛上展示3D打印的应用方案，以推动法规革新。最后，为实现临床转化，将严格执行试点与合规流程，完成GMP批次的生产，并准备用于申报FDA/EMA药物临床试验的全部材料。
《设计》：陈博士，您的学术背景是药学。是什么契机让您将“AI”和“3D打印”这两种看似属于工科领域的技术，与传统的药物研发相结合？您最初想解决的核心“痛点”是什么？
陈培鸿：我最初想解决的核心“痛点”，是传统“一刀切”的药品生产模式与精准医疗日益增长的个性化需求之间的矛盾。本科在省妇幼保健院实习时，我了解到儿童用药需要精准剂量，但常规操作是将成人药片手动分劈或磨粉。虽然可以将药片大致分为2份或4份，但要精确分出三分之一或五分之一几乎是不可能的任务，不仅存在显著的剂量误差，还伴随着污染和交叉污染的风险。罕见病患者因人群基数小，药厂缺乏研发与生产动力，药物可及性极差；视障患者则需要可识别的标识来确保服药的自主性与尊严。这些本质上是小批量的用药需求和传统大规模制造方式之间的矛盾，需要有新的技术来平衡。
我本科的专业是制药工程，对制药机械的设计和药物制造工艺非常感兴趣。后来我接触到了3D打印技术，看到它被广泛应用于消费品、医疗器械等领域，实现产品的快速原型验证和小批量制造。我便开始思考，能否将这种为个性化而生的制造方式，应用到药品研发与生产中来，从而实现小批量、精准剂量的药物制备。我硕士期间的研究工作就是围绕如何使用3D打印应用于个性化、改良型药物制剂展开的。我们可以实现精准剂量、特殊标志（数字、盲文等）以及缓控释制剂的小批量按需制造。到了博士阶段，我们面临一个更深层次的问题：硕士阶段的研究让我们有能力开发出结构复杂的药物制剂，但这引出了一个新难题——如何精准预知这些复杂结构的药物释放行为？在当时，答案依旧是依赖繁杂且重复的试错试验。因此，我们又进一步将人工智能（AI）融合进来，训练AI来指导我们的制剂结构设计，即给定一个结构，即可获得准确度高的释放曲线。那一刻我意识到，我们做的不再仅仅是一枚药片，而是一个可以被重新设计、被赋予全新功能的“产品”，它让我们朝着个性化用药的理想迈进了一大步。
《设计》：在您看来，传统的药片是“工业品”，而您通过3D打印技术制造的药片更像是“设计品”或“软件定义的产品”。您如何重新定义“药物设计”这个概念？其内涵发生了怎样的变化？
陈培鸿：我所说的“药物设计”，特指药物制剂的设计，我将其重新定义为一种更接近“设计工程”的“药物递送系统设计”。它的目标是在已有药物分子的基础上，采用AI辅助结构设计，关联制剂结构与功能，设计出具有预期给药途径、剂型特征和体内释放行为的制剂。传统的药物设计更关注药物分子本身，即开发新的有效成分，但无论分子多新颖，最终都会被制造成单一规格的工业品。而我所定义的“药物设计”，其核心是回答4个递送问题：药物要送到哪里去？什么时候开始释放？释放速度多快？以及释放剂量多少？这本质上是一个“设计工程”的命题，需要针对不同患者进行个性化设计，但传统的大规模工业化生产模式恰恰无法满足这种灵活性。
我希望通过这种理念，推动“药物设计”的内涵从过去的“分子化学”走向“系统工程”，从单一的成分研发扩展为对药物释放的时间、空间、位置和剂量的整体规划。我们借助AI和3D打印技术，把药物看作一个可编程的系统，设计的重心从药物的“成分是什么”，扩展到了药物“如何被递送”的全过程。这意味着药品不再是被动制造的标准品，而是可以根据个体需求主动设计的、可编程的非标品。
《设计》：从药学跨到智能硬件和软件生态，这种跨界思维对您和团队提出了哪些挑战？您认为“设计思维”（Design Thinking）在其中起到了怎样的桥梁作用？
陈培鸿：在将药学与智能硬件及AI技术相结合的过程中，团队遭遇的最大挑战并非单纯的学科差异，而是思维逻辑上的不兼容：药学强调药物的疗效与安全性，而工程与AI则追求结构效率和预测精度，两者在问题定义和评价标准上存在冲突。举例来说，药学研究往往关注药物成分能否达到治疗目标，而工程师更在意设备如何稳定、快速地打印，AI研究人员则希望算法能够从有限数据中得到泛化模型。单一学科的思路无法满足临床对个性化、安全性和可操作性的多重需求。正是在这一矛盾下，设计思维成为关键的桥梁。它要求团队以“用户体验”为中心，将复杂问题转化为系统化的设计逻辑：先从患者需求出发，再将其分解为可实现的结构和功能模块。由此，药片的剂量、释放节奏和外观标识不再是孤立的研究变量，而被重新整合为可编程的设计参数。例如，团队为视障患者引入盲文标识，解决了药物识别和服药尊严的问题；为儿童开发精准剂量的分割打印药片，避免了人工分药导致的误差和污染；并通过结构设计控制药物在肾功能不全患者体内的释放速度，有利于降低蓄积风险。这些案例表明，设计思维不仅帮助团队跨越了药学、硬件和AI之间的学科壁垒，更让药物制剂从传统的工业化标准品转变为以患者需求为导向的可编程系统，实现了功能、体验与疗效的有机统一。
《设计》：“个性化”往往意味着“高成本”。您如何通过设计（包括产品设计、商业模式设计）让这项技术不仅服务于高端市场，更能普惠到广大真正需要的患者，从而推动用药公平？
陈培鸿：确实，在传统制药模式里，“个性化”常常被视为“奢侈品”，因为它往往意味着小批量生产、额外的研发投入和更高的单位成本。但我们认为，随着技术和模式的变革，个性化完全可以做到“低成本普惠”。我们主要从3个层面来解决这个矛盾：
（1）制造方式上的降本——3D打印与自动化结合。传统药物需要开模、建产线，任何剂量或规格的调整都意味着重新生产一整批，固定成本极高。我们的平台采用数字化、无模具的3D打印，一旦有处方数据即可直接打印，不存在批量开工的浪费。同时，通过AI优化设计，能显著减少试错实验和研发周期。再加上自动化与一次性墨盒的应用，人力需求大幅降低。尤其是在物联网、人工智能和自动化快速发展的推动下，越来越多地区已经出现“黑灯工厂”。我们认为，未来这种制造模式的成本结构将被进一步简化，其核心将主要取决于能源与原材料，而非人力和产线投入。
（2）我们借鉴了“云打印”和“预制菜”的理念，以期推动药品从传统的单一规格、大批量的集中生产，转变为“中央预制—分布式中心个性化制造”的模式。这实际上是一种“化整为零、化集中为分散”的思路：由中央工厂集中生产标准化的载药墨水，再分发到各地药房或医院，由终端设备根据处方按需打印个性化药物。这样既保留了工业规模化的成本优势，又兼顾了患者的个体化需求。尤其是对于罕见病或儿童用药这类“小市场”，分布式模式能够有效避免因批量过小而无人愿意生产的困境，从而提升药物的可及性和公平性。
（3）价值层面——个性化的普惠化转型。过去个性化药物常被认为是“奢侈品”，因为小批量生产成本太高。我们的模式通过成本结构重构，让个性化也能批量化、网络化——罕见病患者不用再为高价买单，儿童能安全用药，基层医院也能就地拿到个性化药品。换句话说，我们是把个性化从“高端标签”变成人人可负担的基本保障。这正是我们提出“科技平权”的核心初衷。
《设计》：平台专门为儿童、罕见病患者、视障人士等群体设计。您能分享一个在用户研究过程中最让您触动的故事吗？这个故事如何直接影响了产品的最终设计？（例如：盲文标识的引入、剂量的精确分割）
陈培鸿：第一个是我在省妇幼保健院药房实习时看到的场景：很多孩子需要低剂量用药，但市面上只有成人规格。药师或监护人只能把药片掰开、磨粉再分装，1/2或许还能做到，但像1/3、1/5的剂量几乎没法保证准确，更别说不同人操作时的误差和交叉污染。有一句话让我触动很深：“用药靠掰、剂量靠猜”，那一刻我觉得必须有一种更精准、更安全的方式。后来和罕见病患者交流，他们说“不仅可用的药少，而且还很贵”，因为人太少研发与生产积极性低。这些经历让我意识到，所谓“技术创新”不只是为了做出更复杂的药片，而是要把患者最真实的痛点转化为产品功能。也正是这些朴素的需求，直接促成了我们在平台中引入剂量精准控制、免污染小批量制造，以及药片盲文标识等功能设计。
《设计》：AI算法是平台的“大脑”，但它是无形的；而3D打印出的药片是“有形”的最终体验。您如何通过设计，让医生、药师和患者信任并理解这个由“黑科技”驱动的复杂系统？在交互界面、硬件外观或药片本身的设计上做了哪些努力来建立这种信任？
陈培鸿：这是一个非常核心的问题。药品关乎健康和生命，因此，建立信任是我们整个系统能够被接受和应用的前提。我们将此视为一个系统工程，从无形的算法到有形的设备，都贯穿着“建立信任”的设计考量。首先，我们必须让无形的AI算法变得有据可循。我们的AI“大脑”并非一个凭空决策的“黑箱”，它是根据实验室大量的研究数据，并且决策过程符合药剂学的基本逻辑的。它要解决一个非常具体的痛点：3D打印可以制造出各种复杂结构，但何种结构对应何种药物释放曲线？这在过去需要大量的试错实验。我们的AI模型通过精准预测，让研究人员只需输入结构参数，就能计算出理论的剂量和释放曲线。这种方式用科学模型代替了“猜”和“试”的过程，为医生、药师和研究人员的决策提供了科学依据，这是建立专业信任的第一步。
其次，我们通过严谨的闭环系统设计，确保全流程的安全与合规，让信任看得见、摸得着。我们设计的“一次性载药墨盒”是保障药品安全的基石，它采用预充填、密封的设计，用完即弃，从根本上杜绝了不同药物交叉污染的风险。同时，我们采用气动方式驱动打印，通过压缩空气而非机械部件与药物接触，保证了打印过程的纯净，也免去了繁复的清洁步骤。在硬件外观上，我们希望它看起来像一台精密的“桌面仪器”，而非冰冷的工业机器，简洁友好的设计旨在让它无缝融入应用环境，让使用者第一眼就觉得它可靠、好用。
最后，信任最终要通过有形的体验来传递。我们在药片本身的设计上下了很大功夫，例如在药片上打印盲文、数字编码甚至可追溯的二维码。当视障患者能亲手触摸到标识，当用户能用手机扫码了解药品信息时，这种“黑科技”所带来的关怀就变得具体可感，信任感也油然而生。此外，我们采取了务实的落地策略：目前并非研发全新的药物，而是对市面上已有的药品进行二次加工，相当于用我们的设备以更高的精度，去完成药师日常掰药、磨粉的工作。从本质上讲，我们是“药物的搬运工”，这让我们的设备更容易被行业理解和信任，当然，最终的信任还是要靠严谨的临床数据来证明，我们正与多家医院合作开展临床研究，用科学验证其安全性和有效性。
《设计》：这台设备的设计语言是什么？你们是希望它看起来像一台严谨的“医疗设备”，还是一台友好的“桌面电器”？这种外观上的决策是如何做出的？
陈培鸿：我们在外观设计上最核心的关键词是“稳定、安全、可靠”，这是所有药品和医疗设备必须具备的基本气质。但我们并不希望它看起来像一台冰冷庞大的工业机器，而是更接近一台友好的桌面级医疗设备。因此，我们在设计上做了大量取舍——设备整体小型化、外观简洁，界面采用直观的触控屏，让人一眼就能明白操作逻辑。这样不仅保留了医疗设备的严谨感和专业性，也降低了操作者在使用时的心理距离。我们的最终目标是“让医药不再严肃”，希望通过设计，在保证专业性与严谨的前提下，为操作人员创造一个更温和、更具人文关怀的体验。
《设计》：您的“分布式生产”理念是对传统集中化、大规模制药模式的颠覆。在设计这套新模式时，你们遇到的最大阻力是什么？是技术瓶颈、法规限制，还是人们固有的观念？
陈培鸿：“分布式生产”确实是我们最想传达的理念，在研发过程中遇到的最大阻力也源于此，它主要来自法规的限制和人们固有的观念。当一项新技术出现时，必然会受到很多质疑。起初，很多人觉得这项技术只能停留在实验室里“刷论文”，因为它成本高、效率低、产量低。2023年，当我们带着第一代原型机去寻求合作时，就遭遇了非常直接甚至令人沮丧的拷问：“你们这机器又傻又大还贵，速度又这么慢，放在这里能挣钱吗？”这种来自外界效率至上、金钱至上的观念压力，一度让我陷入深深的自我怀疑。
除了观念上的阻力，更深层次的挑战来自现有的药品监管体系。全球的药品法律法规，都是围绕着中心化、大规模的生产模式建立的，没有任何法规是为小批量、去中心化的制造模式而设计的。我们的模式，是对这个现有框架的根本性挑战。但是，我们认为技术的发展与法规之间是一种相互推动的关系，就像自动驾驶技术一样，当它刚出现时也没有对应的法规，但技术的发展最终推动了法规的完善。所以我们的理念是：要通过技术去推动法律法规的完善，而不是等待法规允许了我们才开始做。
《设计》：药品监管是世界上最严格的监管之一。你们的设计流程如何主动融入对GMP（生产质量管理规范）和FDA/EMA申报的考量？是否为此发明了新的设计准则或验证方法？
陈培鸿：的确，合规性是我们从设计之初就必须面对的核心问题。令人欣慰的是，全球的监管环境也在与时俱进。美国FDA已经在为3D打印医疗器材设计新的监管框架，而国内在今年9月也颁发了第一个3D打印药品的生产许可证，这标志着合规性已经取得了突破性进展。我们的设计流程是主动朝着合规方向走的，我们并非在技术成型后才去考虑如何满足法规，而是在设计的源头就将合规性作为核心准则。比如，我们设计的封闭式系统、一次性载药墨盒以及气动打印技术，使其天生就满足GMP对避免污染的核心要求。
由于传统药品的质量控制标准并不完全适用于3D打印，在研发过程中，我们确实建立了一系列针对3D打印工艺的质量标准和验证方法，即关键工艺属性（CQA）和关键产品质量属性（CPP）。目前我们已经能做到单批次95%以上的生产率、98%的合格率，为未来大规模验证提供了可靠的数据。此外，我们也在和医院合作，把3D打印药物用于临床研究，比如清晨高血压的治疗。如果这些试验能从实验室走向临床，就意味着我们获得了监管层面的认可。
《设计》：基于您的愿景，描绘一下10年后，一家部署了你们系统的“未来药房”或“未来诊所”会是什么样子？患者和医生的体验将发生怎样的革命性变化？
陈培鸿：在我们的设想里，10年后的“未来药房”将会让拿药像取快递一样方便。患者拿着医生开具的二维码处方到社区药房，几分钟内就能打印出一整疗程、为自己量身定制的药物。背后是“中央工厂+分布式打印”的模式：中央大药房生产标准化的载药墨水，再配送到各个分布式中心，由药房或诊所的打印机根据处方即时生产。
对患者而言，儿童用药可以做到毫厘不差的精准剂量，不再需要掰药片或磨粉；慢性病患者则能通过特殊结构的药片实现控释与减负，减少给药频次，降低身体负担；视障患者甚至可以直接通过药片上的盲文识别药物，维持生活的独立与尊严。对医生和药师而言，这将彻底改变工作流程：处方不再对应单一规格的工业化药片，而是一个个可编程的治疗方案。未来诊疗会更高效、更安全，同时也更以患者为中心。
《设计》：您提到平台可拓展至精准营养、宠物用药等领域。这是否意味着你们正在设计一个“万物皆可打印”的通用型平台？设计的扩展性是如何被考虑的？
陈培鸿：是的，我们的目标确实是构建一个具有高度扩展性的通用型平台。您可以把我们的系统想象成一个“桶装水机”：这台“水机”本身是通用的硬件，您可以装入“桶装水”（一种药物），也可以换成“果汁”（另一种药物或营养补充剂）。但我们解决的核心问题，并不仅仅是简单的剂量控制，我们的创新之处在于，这台设备能对标准的“药物墨水”进行“深加工”，通过改变其内部的3D结构，来实现高度的个性化输出。也就是说，即便使用同一种药物，我们也能通过不同的结构设计，实现截然不同的释放时间和释放位置。例如，治疗胃部幽门螺杆菌的药物，我们不希望它很快进入肠道。传统药片会沉到胃底，而我们可以把它设计成中空的，或者带有“气囊”，让它能漂浮在胃液上；甚至可以设计成进入胃部后会“盛开”的结构，尺寸变大后就不会被轻易排空，从而在患处停留足够长的时间，最大程度地发挥药效。这种通过结构设计来控制药效的底层逻辑是通用的，因此我们的平台具备很强的扩展性，可以轻松拓展至精准营养、营养补充剂等多个领域。
《设计》：作为一种颠覆性创新，这个平台的技术壁垒高不高？会不会成为热门赛道？目前的团队构成是怎样的？
陈培鸿：这个行业的技术壁垒非常高，这也是为什么从2015年美国FDA批准第一款3D打印药物上市以来，未出现第二款的原因。我们团队从2023年开始宣传这项技术，国内的另外一家同行已经开始了临床研究。
它的门槛之所以高，是因为要求一种极为罕见的跨学科知识融合：团队不仅要精通药剂学，还要熟悉机械设计、系统工程原理乃至软件算法。对于单纯懂机械设计的厂家来说，制造出类似的机器或许不难，但我们平台真正的核心与护城河，不在于机器本身，而在于“墨水”——也就是如何将药学知识深度融合到机械制造中，把药物制备成合规、有效且能稳定打印的“水”，这是一个极其困难且痛苦的融合过程。
正因为技术壁垒极高，所以它目前还不是一个拥挤的热门赛道，但这恰恰是它的潜力所在。颠覆性创新在初期往往是孤独的，高门槛过滤掉了绝大多数的参与者，为我们创造了专注研发和建立标准的机会。我们相信，随着个性化医疗的趋势愈发明确，以及我们在法规和临床应用上的不断突破，这个赛道的热度会随之而来，但届时，率先跨越了技术鸿沟的团队将拥有定义行业格局的先发优势。
我们目前的团队构成正是为了攻克这种跨学科挑战而组建的。团队有3位核心合伙人，分工明确：我主要负责最核心的“墨水”研发，以及平台的设计和AI算法模块，另一位合伙人罗建旭负责硬件的制造生产以及公司的整体运营管理。还有一位合伙人则专注于财务、商业化和市场推广。除此之外，我们的团队还包括一些在校的硕博研究生，以确保我们与学术前沿保持紧密连接。
《设计》：对于同样想用设计和技术去挑战传统行业、解决社会问题的年轻设计师和创业者，您有什么基于自身经验的心得可以分享？
陈培鸿：我有几点非常深刻的体会想和大家分享。
好设计源于具体而朴素的社会问题。就像戴森创始人 詹姆斯·戴森先生所鼓励我们的那样，设计是为了更好地解决问题。我自己的灵感来自童年时一个很小的困惑：“为什么小孩子要吃大人掰碎的药片？”所以我建议大家先沉下心，关注那些真正让你共情的问题，这些问题就是支撑你坚持下去的原始动力。
第二，要敢于挑战“存在即合理”。很多传统行业看起来理所当然，其实只是因为暂时没人想出更好的办法。药品大规模生产牺牲了个性化需求，这并不是一个完美模式，而是一种无奈的现状。年轻人最大的优势，就是敢于打破常规，去尝试新的可能。
第三，要有“坐冷板凳”的心理准备。在追求效率的时代，真正的创新往往漫长而孤独，且充满挫折。我们这个项目做了将近8年，也曾因为外界质疑而想过放弃。团队内部常互勉说：“在无人问津处播种，在万众瞩目前生根。”想要挑战传统行业，就得耐得住寂寞。
最后，要关注“系统”，而不仅仅是“产品”。解决复杂的社会问题，往往需要一个完整的生态闭环。我们做的不只是打印机，还有载药墨水、AI模型、硬件和未来服务网络。与此同时，还要考虑如何把“创新”变成“创业”，找到既能产生社会价值又能维持经济可持续的模式，让设计真正落地，产生长期影响。多参加像戴森设计大奖这样的比赛，也能帮你获得曝光和资源支持，让我们有机会建立起一些潜在的合作关系，也提升我们的知名度。