目前最常用的檢測化妝品成分透皮吸收的方法為體外擴(kuò)散池法，但常規(guī)的擴(kuò)散池法無法檢測活性物質(zhì)滲透到皮膚的具體位置且無法成像，而拉曼光譜可準(zhǔn)確定位活性物質(zhì)的擴(kuò)散程度且可視化。
近年來拉曼光譜的應(yīng)用范圍越來越廣泛，在純定性分析、高度定量分析和測定分子結(jié)構(gòu)方面都有很大價(jià)值。目前最常用的檢測化妝品成分透皮吸收的方法為體外擴(kuò)散池法，但常規(guī)的擴(kuò)散池法無法檢測活性物質(zhì)滲透到皮膚的具體位置且無法成像，而拉曼光譜可準(zhǔn)確定位活性物質(zhì)的擴(kuò)散程度且可視化。因此，拉曼光譜技術(shù)這一新型光學(xué)檢測手段在透皮吸收領(lǐng)域日益受到關(guān)注和重視。
? 什么是拉曼光譜？
1928年，印度物理學(xué)家C. V. Raman他們在用汞燈的單色光來照射CCl4液體時(shí)，在液體的散射光中觀測到了頻率低于入射光頻率的新譜線。光照射到物質(zhì)上時(shí)會(huì)發(fā)生彈性散射和非彈性散射。彈性散射的散射光是與激發(fā)光波長相同的成分。非彈性散射的散射光有比激發(fā)光波長長的和短的成分，統(tǒng)稱為拉曼（Raman）效應(yīng)。
由于拉曼譜線的數(shù)目，位移的大小，譜線的長度直接與試樣分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)。因此，對拉曼光譜的研究，也可以得到有關(guān)分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的信息。目前拉曼光譜分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于物質(zhì)的鑒定，分子結(jié)構(gòu)的研究譜線特征。
拉曼(Raman)光譜基本原理是研究分子和光相互作用的散射光的頻率。一張拉曼譜圖通常由一定數(shù)量的拉曼峰構(gòu)成，每個(gè)拉曼峰代表了相應(yīng)的拉曼散射光的波長位置和強(qiáng)度。在拉曼光譜中可以得到以下信息：
根據(jù)譜峰的位置可以分析待檢物的化學(xué)組成，結(jié)構(gòu)，構(gòu)象，形態(tài)，即為成分分布圖；
根據(jù)頻率位移可以分析待檢物的應(yīng)力，溫度，即為屬性分布圖；
根據(jù)半高寬可以分析待檢物的結(jié)晶度，亦屬屬性分布圖；
根據(jù)強(qiáng)度可以分析待檢物的濃度或物質(zhì)的量，即為濃度分布圖。
圖注：拉曼成像空間分布信息
拉曼光譜與紅外光譜分析方法比較
拉曼光譜與紅外光譜都能獲得關(guān)于分子內(nèi)部各種簡正振動(dòng)頻率及有關(guān)振動(dòng)能級(jí)的情況，從而可以用來鑒定分子中存在的官能團(tuán)。但兩者產(chǎn)生的原理和機(jī)制都不同，在分子結(jié)構(gòu)分析中，拉曼光譜與紅外光譜相互補(bǔ)充，一些在紅外光譜無法檢測的信息在拉曼光譜能很好地表現(xiàn)出來。
紅外光譜側(cè)重于檢測基團(tuán)，適用于極性鍵，多用于測有機(jī)物，拉曼光譜檢測分子骨架，適用于非極性鍵，有機(jī)無機(jī)均可測試。
圖注：拉曼光譜與紅外光譜對比
? 拉曼光譜技術(shù)在皮膚領(lǐng)域的研究進(jìn)展
皮膚作為人體最大的器官，是保護(hù)人體不受外界物質(zhì)入侵的屏障，皮膚中含有水分、膠原蛋白、類胡蘿卜素和脂質(zhì)等物質(zhì)，各種物質(zhì)協(xié)同作用共同維持皮膚結(jié)構(gòu)的完整，皮膚的完整性對于維持人體正常的生理功能十分重要。
通過分析皮膚中各種組織成分的含量和分布可以評(píng)價(jià)皮膚的健康狀況。皮膚類的疾病在臨床上大多依賴醫(yī)生的主觀判斷，常用的檢測手段會(huì)對患者造成傷害，缺乏無創(chuàng)檢測手段。所以對皮膚疾病的快速無創(chuàng)診斷是目前臨床急需的檢測手段。拉曼光譜能夠?qū)崟r(shí)無損傷地完成對皮膚各種物質(zhì)的檢測，為皮膚疾病的診斷提供了一種新思路。
圖注：拉曼光譜的廣泛應(yīng)用
01-皮炎
皮膚炎癥會(huì)破壞皮膚對于外界的屏障作用。拉曼光譜為皮膚炎癥的診斷提供了一種新型的無標(biāo)簽臨床高分辨率成像診斷方法，可以實(shí)現(xiàn)快速早期診斷。有研究者采用多變量曲線分辨率解析皮膚共聚焦拉曼數(shù)據(jù)中高波數(shù)的水、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)3種成分，通過分析這3種物質(zhì)的相對質(zhì)量，驗(yàn)證了非病變和皮炎病變皮膚部位的拉曼光譜存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
02-黑色素瘤
皮膚黑色素瘤是最致命的皮膚癌形式，傳統(tǒng)方法對于黑色素瘤的排查需要對人體的痣進(jìn)行大量活檢，其中包含很多的良性痣，而對良性痣的檢測不僅對皮膚造成傷害，且浪費(fèi)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。利用拉曼光譜可實(shí)現(xiàn)了人皮膚中黑色素瘤的快速非侵入性體內(nèi)檢測，為黑色素瘤相關(guān)的無損非離體檢測提供了一種新方法。
03-皮膚光老化
皮膚長期暴露在陽光下會(huì)破壞皮膚的膠原蛋白網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致光老化，形成皺紋。皮膚的正常衰老和光化學(xué)衰老同樣可以用拉曼光譜區(qū)分，2020年Kourbaj等通過拉曼光譜檢測不同的人群發(fā)現(xiàn)，真皮中的水分含量可用于評(píng)價(jià)人體光老化程度。
? 拉曼光譜技術(shù)在透皮吸收領(lǐng)域的應(yīng)用
拉曼光譜法是一種無損、非侵入式的光學(xué)檢測技術(shù)，具有多種研究的潛力。以近紅外激光為光源，在共焦顯微鏡模式下，它可以監(jiān)測皮膚層的生物化學(xué)特征，并以高分辨模式直達(dá)皮膚表面100μm以下。拉曼光譜技術(shù)在大多數(shù)情況下不需要樣品制備，除了對樣品直接檢測外，還可以通過液體、玻璃和其他介質(zhì)直接測量樣品。
圖注：化妝品乳液成像對比圖
皮膚角質(zhì)層在大部分部位厚度僅為10-30μm，但對于活性成分能否通過皮膚角質(zhì)層到達(dá)給藥部位有很大限制。目前，常規(guī)用于測試制劑透皮情況方法并不能直接可視化或?qū)崟r(shí)監(jiān)測藥物或活性成分在皮膚中的滲透情況。此時(shí)，拉曼光譜技術(shù)是一種原位無損的分析方法，可實(shí)時(shí)獲取藥物在皮膚中分布情況，實(shí)現(xiàn)活性成分經(jīng)皮滲透領(lǐng)域的可視化分析。
拉曼光譜結(jié)合共聚焦技術(shù)，還可實(shí)現(xiàn)原位在體分析。共聚焦拉曼光譜(Confocal Raman Spectroscopy，CRM)技術(shù)是將拉曼光譜分析與光學(xué)共聚焦成像有機(jī)融合，將激光束準(zhǔn)確聚焦到檢測樣本上以獲得樣品的光譜信息，能全面直觀地呈現(xiàn)樣品的化學(xué)組成及空間分布信息。共聚焦拉曼光譜不受樣品劑型限制，是檢測化妝品中有效成分滲透性的新型手段，可以解決人體功效評(píng)價(jià)的在體、實(shí)時(shí)的皮膚內(nèi)部改善效果評(píng)估。
圖注：三維成像分析-產(chǎn)品中表面活性劑在皮膚中的滲透
圖注：活體分析案例-涂抹在手上煙酰胺成像
? 拉曼光譜技術(shù)在化妝品研究領(lǐng)域的應(yīng)用
拉曼光譜作為一種新型的無創(chuàng)光學(xué)檢測手段，具有原位、無創(chuàng)、實(shí)時(shí)、高時(shí)間和空間分辨率等優(yōu)勢，不僅可以解決護(hù)膚品活性成分的滲透評(píng)價(jià)、促滲體系的評(píng)價(jià)，還在化妝品領(lǐng)域應(yīng)用提供創(chuàng)新研究思路，為化妝品活性組分的選擇，配方的搭配及化妝品成品的開發(fā)提供了有力的支持。目前拉曼光譜技術(shù)應(yīng)用的化妝品品類包括日常護(hù)膚面霜，精華液，爽膚水，洗發(fā)水，頭皮精華液，粉底液和口紅等。
01-活性組分的選擇
拉曼光譜技術(shù)研究活性物質(zhì)或藥物輸送到皮膚的分析，大多是通過沿垂直于皮膚表面的線獲取光譜或通過拉曼成像。不僅可以監(jiān)測活性成分在皮膚中的滲透深度，同時(shí)還可以將活性成分在皮膚中的分布情況可視化。
圖注：拉曼成像研究案例-利多卡因
圖注：活性物滲透分布研究案例-維生素B3
02-配方快速篩查
基于拉曼光譜技術(shù)的分析結(jié)果，可以快速比較各種不同活性物促滲效果，從而篩選出活性物的最優(yōu)滲透體系，從而對化妝品的配方進(jìn)行優(yōu)化。通過調(diào)整不同成分的比例和組合方式，改善產(chǎn)品性能，提高穩(wěn)定性和安全性，為處于孵育階段的配方研發(fā)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
圖注：配方優(yōu)化案例-不同配方添加劑的滲透成像
03-新產(chǎn)品功效評(píng)價(jià)
拉曼光譜技術(shù)還可以用于驗(yàn)證化妝品新產(chǎn)品的功效性。例如，通過該技術(shù)可以觀察化妝品對皮膚結(jié)構(gòu)和功能的影響，從而評(píng)估新產(chǎn)品在保濕、緊致、修護(hù)等方面的效果?？梢陨鷦?dòng)地展示活性物在皮膚里的具體位置，配合相關(guān)的的功效測試結(jié)果，為即將上市的新產(chǎn)品功效宣稱提供可視化理論依據(jù)，全方位提升新產(chǎn)品營銷能力。
04-護(hù)發(fā)類產(chǎn)品功效研究
利用拉曼光譜技術(shù)，可以對頭皮的組成進(jìn)行詳細(xì)的分析，這包括頭皮的油脂、蛋白質(zhì)、水分等關(guān)鍵成分，結(jié)合頭皮的成分特點(diǎn)，可以為護(hù)發(fā)產(chǎn)品的研發(fā)提供針對性的方向。通過觀察護(hù)發(fā)成分在頭皮中的擴(kuò)散和滲透深度，了解產(chǎn)品對頭皮的滋養(yǎng)和護(hù)理效果；通過觀察頭發(fā)二硫鍵的修復(fù)情況和活性物質(zhì)滲透程度，評(píng)價(jià)護(hù)發(fā)產(chǎn)品的修復(fù)效果。
圖注：拉曼技術(shù)在頭發(fā)修復(fù)中的應(yīng)用
環(huán)特化妝品CRO服務(wù)站結(jié)合拉曼光譜技術(shù)，從定性和定量的角度研究化妝品中活性成分在皮膚中的滲透特性，包括滲透深度及滲透量，為活性成分的作用機(jī)理研究提供一定技術(shù)支持。這不僅是拉曼技術(shù)在化妝品透皮吸收研究領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，更為活性成分在皮膚中的吸收動(dòng)力學(xué)研究及配方優(yōu)化提供新的研究思路。技術(shù)咨詢請聯(lián)系：17364531293（微信同號(hào)）
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，拉曼光譜技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，在不同領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。拉曼光譜在皮膚研究中有諸多應(yīng)用，包括皮膚成分分析，透皮吸收監(jiān)測和分析，皮膚病學(xué)中的診斷功能。
利用拉曼光譜技術(shù)研究活性成分在皮膚中的滲透濃度分布，可以為產(chǎn)品處方優(yōu)化、功效評(píng)價(jià)等提供重要的數(shù)據(jù)支撐。未來，拉曼數(shù)據(jù)分析還可以結(jié)合人工智能實(shí)現(xiàn)更多跨場景應(yīng)用，在臨床及制藥相關(guān)領(lǐng)域，無損分析與監(jiān)測技術(shù)將會(huì)越來越受青睞。
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