透皮吸收测试中不同搅拌方式对扩散池内接收液浓度的影响分析

透皮吸收测试是经皮给药制剂研发的核心环节，扩散池法因能模拟体内皮肤屏障环境，成为评价药物透过量的金标准。接收液作为模拟体内循环液的关键介质，其浓度准确性直接决定药物透过量计算的可靠性。而搅拌方式作为影响接收液均一性与扩散动力学的关键操作参数，常因研究聚焦于制剂本身被忽视。本文结合实验数据与传质理论，系统分析不同搅拌方式对接收液浓度的影响机制，为透皮测试方法的优化提供实操依据。

透皮吸收测试中扩散池系统的核心逻辑

扩散池法的核心结构包括供给池（放置待测试剂）、皮肤样品（模拟体内屏障）与接收池（盛装接收液），其原理基于Fick第一定律——药物透过皮肤的通量与皮肤两侧的浓度梯度成正比。接收液的主要作用是维持“漏槽条件”（即接收液中药物浓度远低于饱和浓度，通常≤10%），确保药物持续从供给池向接收池扩散。

若接收液搅拌不足，药物会在皮肤-接收液界面堆积，形成局部高浓度区域，导致皮肤两侧的浓度梯度减小，最终使测试得到的药物透过量偏低。例如，当水杨酸透过猪皮时，若接收液无搅拌，界面药物浓度可达到接收液主体浓度的3倍，直接导致透过量计算值偏差超过50%。

因此，搅拌的本质是通过对流作用消除界面药物堆积，维持接收液的均一性，确保浓度测定值准确反映药物的实际透过量。

接收液浓度测定的关键约束条件

接收液浓度的准确性需满足两个核心条件：一是“漏槽条件”的维持，二是“浓度均一性”的保证。漏槽条件要求接收液能快速分散药物，避免局部饱和；浓度均一性则要求接收液中药物分布均匀，确保不同取样点的测定结果一致。

若搅拌不足，药物易在皮肤界面形成“扩散边界层”——即皮肤表面几毫米内的高浓度液体层，这会显著降低药物的扩散动力。根据传质理论，扩散边界层的厚度与搅拌强度成反比：搅拌越强，边界层越薄，药物扩散速率越快。

此外，接收液的均一性直接影响取样的代表性。例如，当磁力搅拌转速过低（<100rpm）时，接收液上层药物浓度可能仅为下层的60%，若随机取样，结果偏差可高达40%。因此，搅拌需同时满足“消除边界层”与“保证均一性”的双重要求。

磁力搅拌：常见但需控制转速的经典方式

磁力搅拌是透皮吸收测试中最常用的方式，其原理是通过磁场驱动磁子在接收池内旋转，带动液体形成圆周对流。该方式的优点是操作简单、无机械磨损，且对接收液温度影响小（磁子旋转产生的热量可忽略）。

转速是磁力搅拌的核心参数。低转速（50-100rpm）时，接收液对流弱，界面药物堆积明显，例如某实验中，吲哚美辛透过大鼠皮肤时，100rpm下接收液浓度仅为200rpm的75%；中转速（200-400rpm）时，对流强度适中，边界层厚度降至1mm以内，浓度均一性最佳，此时测定结果的RSD（相对标准偏差）可控制在5%以内；高转速（>500rpm）时，易产生涡流，导致接收液溅出或磁子撞击皮肤样品，例如500rpm下，磁子可能带动猪皮样品移动，使透过面积减少10%，最终导致浓度测定值波动增大至15%。

需注意的是，磁子的大小与形状也会影响效果：圆形磁子适合小体积接收池（<20ml），条形磁子则更适合大体积（>50ml），可扩大搅拌范围。例如，测试50ml接收液中的咖啡因时，条形磁子200rpm的搅拌效果与圆形磁子300rpm相当，均一性更好。

机械搅拌：高均一性但需关注剪切力的方式

机械搅拌通过电机驱动搅拌桨（如桨叶式、锚式）旋转，搅拌范围更大，适合大体积接收液（>100ml）或高粘度接收液（如含20%乙醇的水溶液）。其优点是能快速实现接收液均一化，例如对于150ml接收液，机械搅拌200rpm即可达到磁力搅拌300rpm的均一效果。

但机械搅拌的缺点是剪切力大，可能破坏药物或皮肤的结构。例如，当测试纳米粒制剂时，若搅拌桨转速超过300rpm，纳米粒易因剪切力聚集，粒径从200nm增大至500nm，导致接收液中可溶药物浓度降低15%；对于脆弱的皮肤样品（如人角质层分离膜），搅拌桨若离皮肤过近（<5mm），可能刮擦角质层，导致皮肤屏障完整性破坏，透过量虚高20%。

因此，机械搅拌需控制两个参数：一是桨叶转速（通常≤300rpm），二是桨叶位置（离皮肤样品≥10mm，离接收池底部≥5mm）。例如，某实验用机械搅拌测试利多卡因凝胶，桨叶转速250rpm、位置距皮肤15mm时，接收液浓度的RSD仅为3%，远低于转速350rpm时的12%；若桨叶位置距皮肤5mm，即使转速200rpm，皮肤TEWL值也会升高18%，表明屏障已破坏。

气浴振荡：温和但效率依赖频率的方式

气浴振荡是通过振荡器带动整个扩散池做水平或垂直振动，使接收液产生整体对流。这种方式无直接机械接触，对皮肤与药物的破坏性最小，适合敏感药物（如蛋白多肽类、脂质体制剂）的测试。

振荡频率与振幅是关键参数。频率过低（<100rpm）时，接收液对流弱，药物易在界面堆积；频率过高（>300rpm）时，可能导致扩散池密封盖松动，接收液蒸发（如24小时测试中，频率300rpm可使接收液体积减少5%，导致浓度虚高10%）。振幅太小（<2mm）时，搅拌范围有限；振幅太大（>5mm）时，接收液易溅入供给池，污染待测试剂。

例如，测试胰岛素脂质体时，气浴振荡频率200rpm、振幅3mm时，接收液中胰岛素的回收率达95%，且脂质体粒径无变化；而频率250rpm时，回收率降至88%，原因是振荡导致脂质体膜破坏，药物泄漏至供给池；振幅4mm时，约3%的接收液溅入供给池，导致供给池药物浓度降低，最终透过量计算值偏差12%。

搅拌方式对不同药物性质的差异化影响

药物的溶解性、分子大小与剂型会显著影响搅拌方式的效果。对于脂溶性药物（如睾酮、维生素E），其在水中溶解度低，易在皮肤界面形成油滴，需较强的搅拌（如磁力搅拌300rpm或机械搅拌250rpm）来分散；而水溶性药物（如甘露醇、氯化钠）在接收液中扩散快，搅拌转速200rpm即可满足要求。

对于大分子药物（如肝素，分子量15000Da），其扩散速率慢，界面堆积更明显，需用搅拌效率更高的机械搅拌或气浴振荡（频率250rpm）；而小分子药物（如咖啡因，分子量194Da）扩散快，搅拌方式对浓度的影响仅在10%以内。例如，测试肝素钠时，机械搅拌250rpm的接收液浓度是磁力搅拌250rpm的1.3倍，因机械搅拌更易消除大分子的界面堆积。

剂型方面，乳膏剂中的药物需先从基质中释放再透过皮肤，若搅拌不足，释放的药物易在界面堆积，导致透过量测定值偏低；而溶液剂中的药物直接接触皮肤，搅拌对浓度的影响相对较小。例如，测试水杨酸乳膏时，磁力搅拌300rpm的透过量是200rpm的1.4倍；而测试水杨酸溶液时，两者差异仅为8%。

搅拌参数优化的实践指南

优化搅拌方式需遵循“药物性质-搅拌方式-参数验证”的逻辑。首先，根据药物的敏感性选择搅拌方式：敏感药物（如蛋白、脂质体）选气浴振荡，大体积或高粘度接收液选机械搅拌，常规药物选磁力搅拌。

其次，通过预实验确定关键参数：对于磁力搅拌，需测试不同转速下的接收液浓度均一性（如取上、中、下三层样品，RSD≤5%为合格）；对于机械搅拌，需验证桨叶位置与转速对皮肤完整性的影响（如用transepidermal water loss，TEWL测定皮肤屏障，TEWL变化≤10%为合格）；对于气浴振荡，需监测接收液体积变化（≤2%为合格）。

最后，需在测试过程中保持搅拌参数稳定：例如，磁力搅拌的磁子需固定位置，避免测试中移位；机械搅拌的桨叶转速需用转速计校准，避免电机老化导致转速下降；气浴振荡的频率需定期检查，确保与设定值一致。例如，某实验室在测试维生素E乳膏时，每周校准磁力搅拌转速，使200rpm的实际误差控制在±5rpm内，最终浓度测定的RSD从8%降至3%。