奥托自动采样器验证：一种可适配通用型Franz扩散池的体外渗透研究自动化解决方案

本研究针对Franz扩散池(FDC)传统手动采样耗时费力、误差率高的问题，开发了可适配通用FDC的自动采样器Otto。通过亚甲蓝(MB)模型验证，Otto采样体积变异系数(CV=3.2%)显著优于人工操作(CV=7.4%)，能24小时无人值守完成100次采样，精准维持sink condition，为渗透研究提供高性价比自动化方案。

　　

在药物研发领域，Franz扩散池(Franz Diffusion Cell, FDC)作为评估药物经皮渗透的黄金标准装置已沿用半个世纪。这种垂直静态扩散装置通过模拟药物穿过皮肤或黏膜的渗透过程，为局部给药系统的开发提供关键数据。然而传统FDC研究存在两大痛点：一是手动采样需要研究人员定时抽取受体室液体并补充新鲜缓冲液，复杂的时间安排常导致夜间采样中断；二是人工操作引入的误差可能使不同实验室间通量数据差异高达6倍。这些问题使得许多研究被迫采用≥16小时的大采样间隔，可能因违反sink condition（受体液药物浓度<10%饱和浓度）而低估真实渗透速率。

针对这些挑战，某国内研究团队在《Journal of Pharmaceutical Sciences》发表研究，将3D打印机改造为名为Otto的FDC自动采样系统。该系统通过精确控制采样针插入深度和补液体积，在24小时内无人值守完成100次采样，采样体积变异系数(CV)低至3.2%，显著优于人工操作的7.4%。使用亚甲蓝(MB)验证显示其回收率与理论值高度吻合，在布洛芬渗透实验中成功维持sink condition，解决了传统方法因采样间隔导致的渗透速率低估问题。

关键技术方法
研究采用改装Creality Ender 3 Pro 3D打印机作为三轴机械臂，配备5通道蠕动泵和定制采样/补液针组。通过Marlin固件控制机械运动，配套HTML5/JavaScript编写的OttoMate软件生成控制代码。验证实验使用2.5 mL标准玻璃FDC，以MB溶液和布洛芬乙醇溶液为模型药物，通过紫外分光光度法和HPLC分析样品。渗透实验采用Strat-M^?
合成膜，受体室保持32℃水浴，磁力搅拌速度400 rpm。

研究结果

受体填充体积
Otto与人工操作的填充体积分别为2.247±0.028 mL和2.396±0.134 mL（p=0.049），证实自动化系统能达到人工操作精度。

温度控制
通过将补液管线25 cm段浸入32℃水浴形成温控环(TC loop)，使补入液体温度与受体室一致，红外热成像显示温差≤2℃。

样本体积一致性
Otto采集的100个样本体积为221.3-256.6 μL（CV=3.2%），显著优于人工操作的201.7-265.5 μL（CV=7.5%）。前两次采样存在体积波动，引入3次预采样循环后稳定性显著提升。

准确性验证
在加标回收实验中，Otto与人工操作的MB回收率均略低于理论值，但两者无显著差异。几何稀释实验显示Otto能准确跟踪理论稀释曲线，证实采样-补液过程未引入系统误差。

布洛芬渗透性能
相比人工操作因夜间中断导致的渗透速率下降，Otto持续采样维持了线性渗透曲线。值得注意的是，仅采样端口抽吸(MSP)的人工操作组在16小时间隔后出现明显渗透速率下降，而全受体室更换(MRC)组和Otto组均保持稳定渗透。

研究结论与意义
该研究成功验证了Otto作为低成本（<500英镑）、高性能FDC自动化解决方案的可靠性。其核心优势在于：①采用开源硬件和3D打印定制部件，可适配不同规格FDC；②通过精确控制采样针位置实现优于商业系统（如Phoenix RDS）的体积精度（±17.5 μL）；③独特的温控环设计避免温度波动对渗透速率的影响；④标准HPLC样品瓶直接进样简化下游分析流程。

特别值得关注的是，Otto解决了渗透研究中"最后一公里"难题——通过消除人为采样间隔，确保持续维持sink condition，这对半衰期短或渗透速率低的药物研究尤为重要。研究者指出，当前5通道设计可通过增加并行采样针或构建多台设备实现扩展，而开源性允许用户根据需求调整采样逻辑。这项技术为资源有限的研究团队提供了商业系统之外的新选择，有望提升渗透研究数据的可靠性和可比性。