PILL-CoDe：通过自动微分实现处方药物释放动力学的多药片逆设计
计算工程、金融与科学
2026-05-05 v2
摘要
多药片是将多种活性药物成分和辅料组合在单一口服剂型中的药物制剂，可实现固定剂量联合疗法、协调的多阶段释放以及患者特异性治疗方案的精确定制。近期的增材制造进展促进了多材料辅料的物理实现，提供了对目标释放曲线的优越定制能力。然而，多药片配方仍通过临时参数扫描进行调优。当前的设计工作流程不适合系统性地探索形状、组成和释放行为的高维空间。我们提出了 PILL-CoDe，一个多药片协同设计框架，能够同时优化药片几何形状和辅料分布以匹配处方药物释放动力学。该框架将药片几何的超形状参数化与基于坐标的神经网络辅料分布表示相结合，并通过耦合的修正 Allen-Cahn 方程和菲克扩散方程来调控溶解过程。基于 JAX 实现，整个流水线是端到端可微分的，自动微分为在可制造性约束下形状和组成的梯度协同优化提供了精确灵敏度。我们通过单相和多辅料案例研究展示了该方法，实现了对单调和非单调目标释放曲线的精确匹配。
引用
@article{arxiv.2512.09154,
title = {PILL-CoDe: Inverse Design of Polypills via Automatic Differentiation for Prescribed Drug-Release Kinetics},
author = {Rahul Kumar Padhy and Aaditya Chandrasekhar and Amir M. Mirzendehdel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.09154},
year = {2026}
}
备注
Submitted to Computer Aided Design, SI: AI + Design