CN107421905A - 一种用于皮肤角质层成分测量的样品测量平台和无创测量装置及方法 - Google Patents
一种用于皮肤角质层成分测量的样品测量平台和无创测量装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种用于皮肤角质层成分测量的样品测量平台和无创测量装置及方法。通过在人体手掌皮肤涂覆一组试剂，结合吸收光谱测量，实现皮肤角质层成分的无创、快速检测。通过皮肤角质层关键成分的测量，实现对人体健康状况及相关疾病发病风险的评估。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于皮肤角质层成分测量的样品测量平台和无创测量装置及测量方法，用于实现对人体健康状况及相关疾病发病风险的评估。
背景技术
角质层位于皮肤的最外层，使机体与环境隔离，它主要由角质细胞和脂质基质组成，角质细胞与脂质构成一道屏障，保护机体免受物理和化学的损伤。角质层的主要成分包括神经酰胺、脑苷脂类、胆固醇、游离脂肪酸等。角质层各成分的含量与人体健康状况、相关慢性病发生和发展的风险密切相关。如皮屑的脱落与角质层中神经酰胺、脂肪酸和胆固醇减少明显相关；表皮角质细胞间基质中的透明质酸，对表皮细胞增生和角质细胞分化过程具有重要的调节作用，其含量或结构的异常可能导致表皮的不成熟分化、增生组织减少等，其降解或丢失可抑制细胞增生，从而延缓组织的修复。角质层的屏障功能主要由脂质层决定，临床皮肤病研究证实，特应性皮炎、银屑病、鱼鳞病、干燥病等均与角质层屏障功能异常相关。皮肤中的胆固醇的含量占人体胆固醇总含量的11％，皮肤中胆固醇含量的多少与患动脉粥样硬化风险密切相关。因此实现角质层成分含量的检测对于人体健康状况及相关疾病的评估具有重要的意义。
目前，角质层成分常规检测步骤包括取样、样品前处理、分离及量化分析几个步骤。现有的皮肤角质层采集方法包括：手术切除法，从皮肤活检术或整形美容术中获取样本；胶带剥离法，用粘性强的透明胶紧贴皮肤后剥离；氰基丙烯酸酯剥离法，用含有氰基丙烯酸酯的胶水滴于玻璃片上并紧贴皮肤1min后剥离；磨砂法，湿润皮肤后用磨砂手套刮出角质层；机械刮出法，用手术刀从皮肤上轻刮角质层；有机溶剂溶解法，用有机溶剂滴于皮肤上溶解并收集角质层。这些方法大部分为有创方法，且后面还要经过处理、分离后才能进行检测。常规的分离方法包括薄层色谱、高效液相色谱和气相色谱法等。薄层液相色谱法是较为传统的分离方法，但是对于神经酰胺等含量较低的复杂性生物样品的分离上有一定的限制。因此现有的方法检测过程繁琐，获得检测结果时间长，检测设备复杂，限制了皮肤角质层成分分析及其在人体健康及相关疾病风险评估上的应用，急需发展一种快速、无创、简单的方法和装置用于皮肤角质层成分的测量。
中国专利ZL200580013893.2中提到的用胶带粘取皮肤外角质层胆固醇样品，实现胆固醇检测，但整个检测过程需要分步进行多个实验，程序复杂，耗时较长，而且，由于难以保证实验过程的可重复，导致检测结果存在差别。
美国专利US5489510提出了一组用于皮肤胆固醇非侵入性检测试剂的研制，用一种含有特异性胆固醇结合组分的试剂和一种含有指示剂组分的试剂，通过两种试剂反应后可见的颜色变化，定性判断胆固醇水平。该方法可在手掌皮肤上直接测定，虽然简单而快捷，但是需要专业人士通过主观视觉观察来判断，且没有得出量化的检测结果。
美国专利US8236516公开了一种皮肤胆固醇非侵入性检测的方法及设备，在手掌上涂覆一组与皮肤胆固醇特异性结合并发生颜色变化的试剂，通过颜色测量来判断胆固醇相对水平。该方法简单而快捷，但是，检测过程中，设备与皮肤的接触压力不同会造成皮肤表面形状变化，进而降低颜色测量的重复性，而且，皮肤是待测试剂的基底，对于不同的受试者，其颜色差异较大，对试剂颜色的测量带来较大干扰。
中国专利ZL201410390008.3公开了一种基于漫反射光谱法的皮肤胆固醇无创检测装置，该装置利用光谱仪对漫反射光谱进行测量，实现了皮肤胆固醇的半定量测量，并且通过增加温度和压力传感器的方法提高了测量的准确性和重复性。但是，漫反射光谱方法需要在体测量，受试者皮肤颜色差异对测量结果影响较大；而且，虽然压力控制能够减小不同操作者或相同操作者不同操作次数之间测量结果的差异，但保证每次测量施加相同压力很难实现，只能保证测量时压力控制在一个范围内，测量结果的重复性和准确性不能得到保证。
总之，现有技术存在检测步骤繁琐、测量结果重复性和准确性差等缺点，并且每次检测只能完成一种成分的测量，不能实现对多种成分的同时测量，本发明提供了一种用于皮肤角质层多种成分同时测量的样品测量平台和测量装置及方法，该发明提高了测量的准确性及重复性，能够实现皮肤角质层多种成分的同时测量，并且具有操作简单、无创、快速的优点。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种用于皮肤角质层多种成分同时测量的样品测量平台和无创测量装置及方法，装置的结构简单且操作方便，样品测量平台对试剂的用量少，在降低成本和减少时间的同时，提高了测量的准确性和重复性。
本发明技术解决方案：一种用于皮肤角质层成分测量的样品测量平台，包括：载物台(33)、液滴整形板(31)和光程限制柱(32)；所述载物台(33)与光程限制柱(32)连接，载物台(33)用于放置反应后试剂；光程限制柱(32)与液滴整形板(31)连接，光程限制柱(32)用于限定载物台(33)与液滴整形板(31)之间的距离，确定测量光程，保证每次测量光程相同；所述液滴整形板(31)与载物台(33)控制反应后试剂液滴的形状，反应后试剂体积的大小对测量结果无影响。
所述载物台(33)和液滴整形板(31)的材料为透明材料，优选的载物台(33)和液滴整形板(31)的材料为玻璃，所述的透明材料还可以为聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)、聚苯乙烯、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丁烯(PB)，或其中两种材料的组合。
所述载物台(33)要保证检测试剂滴到其上后，检测试剂与载物台(33)接触角大于45°，以减小对检测试剂体积的要求，同时可以增加光程，提高测量灵敏度。
所述载物台(33)与液滴整形板(31)之间的距离范围为0.1mm-20mm。
所述光程限制柱(32)的高度范围0.1mm-20mm。
一种皮肤角质层成分无创测量装置，所述测量装置包括检测试剂槽(1)、光源部件(2)、样品测量平台(3)、光探测部件(4)、结果处理部件(5)和显示部件(6)；
检测试剂槽(1)为双孔设计，包括第一检测试剂槽(11)和第二检测试剂槽(12)，第二检测试剂槽(12)套于第一检测试剂槽(11)内，检测时先将第一检测试剂槽(11)黏贴于待测皮肤处，后滴加第一检测试剂A，第一检测试剂槽(11)能够限定测量位置及检测试剂A的形状，等待一段时间后，用吸水性介质吸出未反应的第一检测试剂A，第一检测试剂槽(11)与皮肤接触处缝隙会残留部分未反应的第一检测试剂A，影响后续反应结果，将第二检测试剂槽(12)黏贴于第一检测试剂槽(11)的检测孔内，后再滴加第二检测试剂B，此时，第一检测试剂槽(11)与皮肤接触处缝隙残留的第一检测试剂A将不能与第二检测试剂B接触，避免了第一检测试剂A残留对测量结果的影响，提高测量的准确性和重复性，相对于单孔设计，双孔设计能够有效降低第一检测试剂A残留对测量结果的影响；
光源部件(2)发出的光直接照射或耦合到样品测量平台(3)上，然后由光探测部件(4)接收，结果处理部件(5)与光探测部件(4)电连接，用于数据的分析、处理和记录，通过采集光探测部件(4)的光谱数据，获得相应成分含量，并结合受试者年龄、性别、身高、体重、病史相关信息，对相关疾病的发病风险及受试者的健康状况进行评估、记录；显示部件(6)与结果处理部件(5)连接，用于结果的显示和人机交互。
所述光源部件(2)由电源及发光器组成，电源与发光器电连接，为发光器提供稳定的电流，发光器发出的光直接照射到样品测量平台(3)上，也可以耦合到光纤之后再照射到样品测量平台(3)上；发光器为发光二极管LED、白炽灯、氖灯或卤素灯，或其中两种及以上的组合，优选的发光器为LED，波长范围200-1000nm，能够对在200-1000nm范围内有吸收的成分进行测量。
一种皮肤角质层成分无创测量方法，实现如下：将第一检测试剂槽(11)黏贴在皮肤表面，向第一检测试剂槽(11)滴入能够与待测角质层成分特异性结合，并且能够与第二检测试剂发生反应的第一检测试剂A，待第一检测试剂A与皮肤角质层待测成分充分结合后，用吸水棒吸取多余未结合的检测试剂A，此时与角质层成分结合的第一检测试剂A的量与角质层待测成分的含量正相关；黏贴第二检测试剂槽(12)，并向第二检测试剂槽(12)滴加第二检测试剂B，待充分反应后，用移液枪将第二检测试剂槽(12)内反应后的试剂吸取到样品测量平台(3)上进行测量，该试剂中反应产物的含量与角质层待测成分的含量正相关，通过测量反应后试剂的吸收光谱，实现皮肤角质层成分的测量。
所述的检测试剂具有如下功能：第一检测试剂A既能够与角质层成分特异性结合，又能够与第二检测试剂B发生反应或催化第二检测试剂B反应，第一检测试剂A可以包含一种或多种能够与皮肤角质层成分特异性结合的成分，每种特异性结合成分都分别连接不同的、能够与第二检测试剂B反应或催化第二检测试剂B反应的成分，当第一检测试剂A只包含一种能够与皮肤角质层特异性结合的物质时，能够实现对一种角质层成分的测量，当第一检测试剂A包含多种能够与皮肤角质层成分特异性结合的物质时，能够实现对皮肤角质层多种成分的同时测量，相应的第二检测试剂B的成分与第一检测试剂A的成分相对应，反应后包含多种反应产物，每种产物并具有不同的吸收光谱特征，通过测量反应后试剂的吸收光谱，经过数据处理，得到待测皮肤角质层不同成分的含量。优选的第一检测试剂A中与第二检测试剂B作用的成分为各种酶，第二检测试剂B的成分为对应的酶的底物，第一检测试剂A中与第二检测试剂B作用的成分和第二检测试剂B的成分也可以是其他能够发生反应的组合。
本发明与现有技术相比的优点在于：提供一种用于皮肤角质层成分测量的样品测量平台和无创测量装置及方法，该样品测量平台具有结构简单，试剂用量少，不需要确切的检测试剂体积等优点；该测量装置具有操作简单，重复性和准确性高的优点；该测量方法能够实现角质层多种成分的同时测量，同时具有无创、检测速度快，结合数据处理算法，对受试者的年龄、性别等参数进行修正后，可以实现对受试者健康状况的评估，有助于多种慢性病高危人群的早发现。
附图说明
图1是无创测量装置整体结构图；
图2是检测试剂槽的结构图，11是第一检测试剂槽，12是第二检测试剂槽；
图3是样品测量平台的结构图，31是液滴整形板，32是光程限制柱，33是载物台。
具体实施方式
如图1所示，本发明的皮肤角质层成分无创测量装置由检测试剂槽1、光源部件2、样品测量平台3、光探测部件4、结果处理部件5和显示部件6组成；结果处理部件5与光探测部件4、光源部件2电连接，显示部件6与结果处理部件5和光源部件2电连接；光源部件2由电源及发光器组成，电源发光器电连接，为发光器提供稳定的电流，发光器发出的光直接照射到样品测量平台3上，也可以耦合到光纤之后再照射到样品测量平台3上；发光器为发光二极管LED、白炽灯、氖灯或卤素灯，或其中两种及以上的组合，优选的发光器为LED，波长范围200-1000nm，能够对在200-1000nm范围内有吸收的成分进行测量。
如图2所示，本发明的检测试剂槽1包括第一检测试剂槽11和第二检测试剂槽12，第二检测试剂槽12套于第一检测试剂槽11内，检测时先将第一检测试剂槽11黏贴于待测皮肤处，第一检测试剂槽11用于限定测量位置及第一检测试剂A的形状，用吸水性介质吸出多余的第一检测试剂A，第一检测试剂槽11与皮肤接触的地方会残留部分第一检测试剂A，影响后续检测，因此将第二检测试剂槽12黏贴于第一检测试剂槽11的检测孔内，后滴加第二检测试剂B，此时，第一检测试剂槽11与皮肤接触处缝隙残留的第一检测试剂A不与第二检测试剂B接触，相对于单孔设计，双孔设计能够有效降低第一检测试剂A残留对测量结果的影响，提高测量的准确性和重复性；
如图3所示，本发明的样品测量平台3包括载物台33、液滴整形板31和光程限制柱32；所述载物台33与光程限制柱32连接，载物台33用于放置反应后的试剂；光程限制柱32与液滴整形板31连接，光程限制柱32用于限定载物台33与液滴整形板31之间的距离，确定测量光程，保证每次测量光程相同；所述液滴整形板31与载物台33限制反应后试剂液滴的形状，反应后试剂体积的大小对测量结果无影响。
实施例1
本实施例中采用具有如下功能的检测试剂，其中第一检测试剂A其即能够与皮肤角质层中的胆固醇、神经酰胺特异性结合，又能够催化第二检测试剂B反应生成有色产物，如第一检测试剂A选择洋地黄皂苷-辣根过氧化物酶共聚物、神经酰胺抗体-碱性磷酸酯酶混合溶液，第二检测试剂B选择3,3',5,5'-四甲基联苯胺、4-硝基苯磷酸二钠混合溶液。第一检测试剂A中的酶催化第二检测试剂B生成两种具有不同吸收特征的产物，产物的量分别反应角质层中胆固醇和神经酰胺的量。
测量装置由检测试剂槽1、光源部件2、样品测量平台3、光探测部件4、结果处理部件5和显示部件6组成。光源部件2由LED光源和电源组成，LED波长范围为200-1000nm，可以对在200-1000nm范围内有吸收的物质进行测量。样品测量平台3由载物台33、液滴整形板31和光程限制柱32组成，液滴整形板31可以抬起，便于反应后试剂滴加到载物台33上，载物台33和液滴整形板31均由玻璃材料构成，光程限制柱在0.1mm-20mm之间。光探测部件4由微型光谱仪和光纤组成。
测量时，首先清洁受试者手掌皮肤，待皮肤干燥后，黏贴第一检测试剂槽11到待测皮肤上，后滴加第一检测试剂A到第一检测试剂槽11内。等待10分钟，吸除第一检测试剂槽11内未与胆固醇、神经酰胺结合的第一检测试剂A。然后，黏贴第二检测试剂槽12于第一检测试剂槽11内，并滴加第二检测试剂B，等待2分钟，吸取反应后试剂到测量装置的样品测量平台3上进行测量。
首先，抬起液滴整形板31，将试剂滴加到载物台33中心部位，光源发出的光直接照射到反应后试剂上，通过反应后试剂由光纤接收传输到微型光谱仪中，经过结果处理部件5分析处理后，得到待测皮肤胆固醇、神经酰胺的相对含量。
实施例2
本实施例中，所使用的检测试剂槽1包括第一检测试剂槽11和第二检测试剂槽12，其中第一检测试剂槽11包括阴性对照孔、检测孔和阳性对照孔，阴性对照孔可用于消除手掌上能够直接与第二检测试剂B反应的物质的干扰，阳性对照孔可用于验证第一检测试剂A和第二检测试剂B的有效性。当阴性对照孔内的试剂无颜色变化、阳性对照孔内的试剂出现颜色变化，才能保证结果的可靠性，否则要重新进行测量。
测量装置由检测试剂槽1、光源部件2、样品测量平台3、光探测部件4、结果处理部件5和显示部件6组成。光源部件2由钨灯作为光源，光源发出的光经过透镜组整形后直接照射到待测样品。载物台33与液滴整形板31由两块玻璃组成，载物台33与液滴整形板31的距离在0.1mm-20mm之间，由光程限制柱32确定。光探测部件4由光纤和微型光谱仪组成。
本测量装置使用时，将反应后试剂滴加到载物台33中心部位，光源部件2发出的光直接照射到反应后试剂上，通过反应后试剂后由光纤接收并传输到微型光谱仪中，经过结果处理部件5分析处理，得到待测皮肤胆固醇相对含量，可以用于评估受试者患动脉粥样硬化的风险。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于皮肤角质层成分测量的样品测量平台，其特征在于：包括载物台(33)、液滴整形板(31)和光程限制柱(32)；所述载物台(33)与光程限制柱(32)连接，载物台(33)用于放置反应后试剂；光程限制柱(32)与液滴整形板(31)连接，光程限制柱(32)用于限定载物台(33)与液滴整形板(31)之间的距离，确定测量光程，保证每次测量光程相同；所述液滴整形板(31)与载物台(33)控制反应后试剂液滴的形状，反应后试剂体积的大小对测量结果无影响。
2.根据权利要求1所述的一种用于皮肤角质层成分测量的样品测量平台(3)，其特征在于：所述载物台(33)和液滴整形板(31)的材料为透明材料，优选的载物台(33)和液滴整形板(31)的材料为玻璃，所述的透明材料还可以为聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)、聚苯乙烯、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丁烯(PB)，或其中两种材料的组合。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于皮肤角质层成分测量的样品测量平台，其特征在于：所述载物台(33)要保证检测试剂滴到其上后，检测试剂与载物台(33)接触角大于45°，以减小对检测试剂体积的要求，同时可以增加光程，提高测量灵敏度。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于皮肤角质层成分测量的样品测量平台，其特征在于：所述载物台(33)与液滴整形板(31)之间的距离范围为0.1mm-20mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于皮肤角质层成分测量的样品测量平台，其特征在于：所述光程限制柱(32)的高度范围0.1mm-20mm。
6.一种皮肤角质层成分无创测量装置，其特征在于：所述测量装置包括检测试剂槽(1)、光源部件(2)、样品测量平台(3)、光探测部件(4)、结果处理部件(5)和显示部件(6)；
检测试剂槽(1)为双孔设计，包括第一检测试剂槽(11)和第二检测试剂槽(12)，第二检测试剂槽(12)套于第一检测试剂槽(11)内，检测时先将第一检测试剂槽(11)黏贴于待测皮肤处，后滴加第一检测试剂A，第一检测试剂槽(11)能够限定测量位置及检测试剂A的形状，等待一段时间后，用吸水性介质吸出未反应的第一检测试剂A，第一检测试剂槽(11)与皮肤接触处缝隙会残留部分未反应的第一检测试剂A，影响后续反应结果，将第二检测试剂槽(12)黏贴于第一检测试剂槽(11)的检测孔内，后再滴加第二检测试剂B，此时，第一检测试剂槽(11)与皮肤接触处缝隙残留的第一检测试剂A将不能与第二检测试剂B接触，避免了第一检测试剂A残留对测量结果的影响，提高测量的准确性和重复性，相对于单孔设计，双孔设计能够有效降低第一检测试剂A残留对测量结果的影响；
光源部件(2)发出的光直接照射或耦合到样品测量平台(3)上，然后由光探测部件(4)接收，结果处理部件(5)与光探测部件(4)电连接，用于数据的分析、处理和记录，通过采集光探测部件(4)的光谱数据，获得相应成分含量，并结合受试者年龄、性别、身高、体重、病史相关信息，对相关疾病的发病风险及受试者的健康状况进行评估、记录；显示部件(6)与结果处理部件(5)连接，用于结果的显示和人机交互。
7.根据权利要求6所述的皮肤角质层成分无创测量装置，其特征在于：所述光源部件(2)由电源及发光器组成，电源与发光器电连接，为发光器提供稳定的电流，发光器发出的光直接照射到样品测量平台(3)上，也可以耦合到光纤之后再照射到样品测量平台(3)上；发光器为发光二极管LED、白炽灯、氖灯或卤素灯，或其中两种及以上的组合，优选的发光器为LED，波长范围200-1000nm，能够对在200-1000nm范围内有吸收的成分进行测量。
8.一种皮肤角质层成分无创测量方法，其特征在于：实现如下，将第一检测试剂槽(11)黏贴在皮肤表面，向第一检测试剂槽(11)滴入能够与待测角质层成分特异性结合，并且能够与第二检测试剂发生反应的第一检测试剂A，待第一检测试剂A与皮肤角质层待测成分充分结合后，用吸水棒吸取多余未结合的检测试剂A，此时与角质层成分结合的第一检测试剂A的量与角质层待测成分的含量正相关；黏贴第二检测试剂槽(12)，并向第二检测试剂槽(12)滴加第二检测试剂B，待充分反应后，用移液枪将第二检测试剂槽(12)内反应后的试剂吸取到样品测量平台(3)上进行测量，该试剂中反应产物的含量与角质层待测成分的含量正相关，通过测量反应后试剂的吸收光谱，实现皮肤角质层成分的测量。
9.根据权利要求8所述的一种皮肤角质层成分无创测量方法，其特征在于：所述第一检测试剂A既能够与角质层成分特异性结合，又能够与第二检测试剂B发生反应、或催化第二检测试剂B反应，第一检测试剂A可以包含一种或多种能够与皮肤角质层成分特异性结合的成分，每种特异性结合的成分都分别连接不同的、能够与第二检测试剂B反应、或催化第二检测试剂B反应的成分，当第一检测试剂A只包含一种能够与皮肤角质层特异性结合的物质时，能够实现对一种角质层成分的测量，当第一检测试剂A包含多种能够与皮肤角质层成分特异性结合的物质时，能够实现对皮肤角质层多种成分的同时测量，第二检测试剂B的成分与第一检测试剂A的成分相对应，反应后包含多种反应产物，每种产物具有不同的吸收光谱特征，通过测量反应后试剂的吸收光谱，经过数据处理，得到待测皮肤角质层不同成分的含量，优选的第一检测试剂A中与第二检测试剂B作用的成分为各种酶，第二检测试剂B的成分为对应的酶的底物，第一检测试剂A中与第二检测试剂B作用的成分和第二检测试剂B的成分也可以是其他能够发生反应的组合。
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