Ausgabe 32 — Januar 2003
   

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Ausgabe 32        
Kategorie Titel Autoren
Gastbeitrag Untersuchung von Hautoberflächen mittels Infrarot-Spektroskopie: Entwicklung einer neuen flexiblen faser-optischen Sonde Herbert Michael Heise, Lukas Küpper, Wolfgang Pittermann und Manfred Kietzmann

Zur Untersuchung des Stratum Corneums wird häufig die Infrarot-Spektroskopie unter Verwendung der etablierten Messtechnik der abgeschwächten Totalreflexion herangezogen, mit der Proben aus der Hauttiefe im Mikrometerbereich analysiert werden können. Mit der Entwicklung von flexiblen faser-optischen Sonden aus polykristallinem Silberhalogenid-Material, die in der englischen Version dieses Artikels noch detaillierter dargestellt wird, kann die Untersuchung von Hautoberflächen vereinfacht werden. Das Potenzial für dermatologische Studien wird darüber hinaus durch diese Entwicklung beträchtlich erweitert. Das Prinzip einer Messung der oberen Hautschicht mittels Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie und der Anwendung eines MCT-Detektors (Quecksilber-Cadmium-Tellurid) wird in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Prinzip der Messung der oberen Hautschicht mittels Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie

a) Aufbau des FTIR-Spektrometers mit flexiblen faser-optischen Sonden
b) Messprinzip eines ATR -Experimentes (attenuated total reflection, ATR). Hier wird die Messtechnik der abgeschwächten Totalreflexion eingesetzt. Die Konfiguration beruht zum einen auf einem konventionellen ATR-Kristall und zum anderen auf einer U-förmigen Faser.
c) Sonde mit austauschbarem Kopf

Die Haut des perfundierten isolierten Kuheuters (bovine udder skin, BUS-Modell) kann als Ersatz für Humanhaut für Kosmetik-Experimente herangezogen werden. In dem hier beschriebenen Artikel wird die chemische Beschaffenheit der Human- und Kuheuterhaut auf der Basis ihrer Infrarot-Spektren verglichen.

Ziel der Untersuchung war es auch, Penetrationsmessungen von topisch applizierten Wirkstoffen innerhalb des Stratum Corneums durchzuführen (siehe Abbildung 2). Hautareale der Human- und Kuheuterhaut wurden in einer Größe von weniger als 1 mm² mit einer Sonde aus Silberhalogenid-Material gemessen.

Abbildung 2: Vergleich von Infrarot-Spektren der Kuheuterhaut (a) und der Haut des menschlichen Unterarms (b).

Weiterhin sind Spektren der Bestandteile der Hautlipide des Euters sowie Lipide der Stirn eines männlichen Teilnehmers an der Studie dargestellt.



Als Ergebnis ist eine erstaunliche Ähnlichkeit der beiden Lipidspektren feststellbar. Anschliessend wurden wiederholte Abrisse mit Klebstreifen durchgeführt und so Spektren der Kuheuterhaut und der Haut des menschlichen Unterarms dargestellt.

Ein Beispiel von Hautmessungen mit der hier entwickelten Fasersonde nach Anwendung einer Hautcreme wird weiterhin in dieser Studie vorgestellt. Hier wurde eine Creme auf die Kuheuterhaut aufgebracht und die entsprechenden Hautareale nach wiederholten Abrissen mit Klebstreifen mit der Messtechnik der abgeschwächten Totalreflexion untersucht. Wiederholte Abrisse mit Klebstreifen wurden darüber hinaus spektroskopiert, um zusätzliche Information zu den jeweils abgetragenen Hornhautmengen zu erhalten.

Literatur

1. L. Küpper, H.M. Heise, L.N. Butvina, Novel developments in mid-IR fiber optic spectroscopy for analytical applications, J. Mol. Struct. 563/564, 173-181 (2001)
2. L. Küpper, H.M. Heise, W. Pittermann, L.N. Butvina, New tool for epidermal and cosmetic formulation studies by attenuated total reflection spectroscopy using a flexible mid-infrared fiber probe, Fresenius J. Anal. Chem. 371, 753-757 (2001)
3. Th. Förster, W. Pittermann, M. Schmitt, M. Kietzmann, Skin penetration properties of cosmetic formulations using a perfused bovine udder model, J. Cosmet. Sci. 50, 147-157 (1999)
4. C. Laugel; C. Do Nascimento; D. Ferrier; J.P. Marty; A Baillet, Contribution of ATR/FT-IR spectroscopy for studying the in vivo behavior of octylmethoxycinnamate (OMC) after topical application, Appl. Spectrosc. 55, 1173-1180 (2001)

Autor

Dr. H. Michael Heise



Institut für Spektrochemie und Angewandte Spektroskopie
Bunsen-Kirchhoff-Str. 11
D-44139 Dortmund
Tel.: +49 231 1392215
Fax: +49 231 1392120
E-mail: heise@isas-dortmund.de

Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. H. Michael Heise ist seit 1982 als Wissenschaftler am Institut für Spektrochemie und Angewandte Spektroskopie an der Universität Dortmund angestellt. Seine Interessen liegen im Bereich der Infrarot-Spektroskopie und Chemometrie mit Schwerpunkten der klinischen Chemie und medizinischen Diagnostik. Nach seiner Promotion war er als Wissenschaftler an der University of Western Australia in Perth, der Biologischen Bundesanstalt, sowie der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt - jeweils in Braunschweig - tätig. Er ist Autor bzw. Mitautor von mehr als 130 wissenschaftlichen Publikationen, Büchern und Buchbeiträgen.

Mitautoren sind Lukas Küpper, Infrared Fiber Sensors (IFS), Aachen, Wolfgang Pittermann, Henkel KGaA, Düsseldorf und M. Kietzmann, Institut für Pharmakologie, Toxikologie und Pharmazie, Tierärztliche Hochschule Hannover.

Dieser Artikel wurde unter dem Titel "Epidermal in vivo an in vitro studies by attenuated total reflection spectroscopy using a novel mid-infrared fibre probe" im Congress Abstract Book, Basel SC II veröffentlicht: The Essential Stratum Coreum, Hg. Ronald Marks, Jean-Luc Léveque, Rainer Voegeli, Martin Dunitz, London 2002, pp. 257-262. Das Thema wurde 2002 auf dem Kongress Stratum Corneum II in Basel vorgetragen.

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