Измерение и моделирование Сократительная Сушка в роговом слое кожи человека
Summary
В данной статье описывается метод количественной оценки динамических характеристик сушки и механические свойства рогового слоя путем измерения с пространственным разрешением в плоскости сушки перемещения образцов ткани круговыми привязанных к эластомерной подложке. Этот метод может быть использован для измерения, как различные виды химической обработки изменяют высыхание и ткани механические свойства.
Abstract
Роговой (SC) является наиболее поверхностный слой кожи. Его контакт с внешней средой означает, что этот слой ткани подвергается обоим очистительных средств и суточных колебаний в окружающей влажности; оба из которых могут изменить содержание воды в ткани. Снижение содержания воды от тяжелой барьерной дисфункции или низкой влажности может изменять жесткость SC и вызвать накопление сушильных напряжений. В экстремальных условиях, эти факторы могут привести к механическому разрыву ткани. Мы создали метод с высокой пропускной способностью количественной оценки динамических изменений в механических свойствах SC при сушке. Этот метод может быть использован для количественной оценки изменений в поведении сушки и механические свойства SC с косметическим моющим средством и увлажняющее средство лечения. Это достигается путем измерения динамических изменений в пространственно решенных плоскостных сушильных перемещений образцов круговых тканей, прилипших к эластомерным субстратом. В плоскости радиальных перемещений ПОЛУЧuired во время сушки азимутально усредненные и оснащены профилем на основе линейной упругой модели сократимости. Динамические изменения в сушильном стресса и SC модуля упругости можно извлечь из профилей подобранной модели.
Introduction
Наружный самый слой эпидермиса, или роговой слой (SC) , состоит из липких клеток корнеоцитов , окруженных богатой липидами матрицей 1, 2. Состав и структурная целостность СК имеет важное значение для поддержания правильного функционирования барьера 3, который предотвращает вторжение от микроорганизмов и противостоит как механические силы и чрезмерную потерю воды 4. Способность продуктов личной гигиены для поддержания или ухудшать функцию барьера кожи представляет большой интерес для кожи здравоохранения и косметической промышленности 5. Ежедневное применение средств личной гигиены , как известно, изменяют механические свойства SC 6, 7, 8. Например, поверхностно-активные вещества, содержащиеся в косметических моющих средств может привести к значительному увеличению модуля упругости и наращиваниесушильные напряжения в СК, увеличение склонности ткани к треснуть 7, 9. Глицерин содержится почти во всех косметических увлажняющих средств может смягчить SC и уменьшить накопление сушильных напряжений 8, 10, 11, уменьшая вероятность разрыва ткани.
Подробно описано в данной статье метод позволяет количественной оценки динамических характеристик сушки и механические свойства SC сушки в контролируемых средах 7, 8. Ранее эта техника была продемонстрирована быть способным выяснении влияния различных косметических продуктов на изменения в динамическом режиме сушки и механические свойства SC ткани. Это достигается с помощью количественного анализа сушильно-индуцированной усадки ткани SC человека приклеена к подложке из мягкого эластомера, подгонка сушильных смещениях с простымсократимость модель, а затем извлечения модуля упругости и сушки напряжение от подогнанной профиля. Когда требуется тестирование нескольких образцов SC, этот способ предлагает более быстрый альтернативой одноосного тензометрии, использует значительно меньше тканей и обеспечивает более физиологически соответствующую сушку путем предотвращения испарения с образца нижней стороны.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этой статье мы опишем метод, который может быть использован для измерения динамических характеристик сушки и механические свойства человеческого SC. Предыдущие исследования показали , что этот метод может быть использован для количественной оценки последствий условий окружающей ср…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors have no acknowledgements.
Materials
| Silicone elastomer base | Dow-Corning | 1064291 |
| Silicone elastomer Curing Agent | Dow-Corning | 1015311 |
| FluoSpheres Carboxylate 0.1 µm yellow green fluorescent 505/515 | Thermo Fisher | F8803 |
| FluoSpheres Carboxylate 1 µm yellow green fluorescent 505/515 | Thermo Fisher | F8823 |
| FluoSpheres Carboxylate 1 µm nile red fluorescent 535/575 | Thermo Fisher | F8819 |
| Trypsin from porcine pancreas | Sigma-Aldrich | T6567 |
| Trypsin inhibitor type II-s | Sigma-Aldrich | T9128 |
| (3-aminopropyl)triethoxysilane | Sigma-Aldrich | 440140 |
| Sodium tetraborate | Sigma-Aldrich | 221732 |
| Boric acid | Sigma-Aldrich | B0294 |
| Phosphate buffered saline | Sigma-Aldrich | P7059 |
| N-(3-Dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride | Sigma-Aldrich | E7750 |
| Vortexer mixer | VWR | 58816-123 |
| 6mm diameter hole punch | Sigma-Aldrich | Z708860 |
| SOLA 6-LCR-SB | Lummencor light engine | No.3526 |
| Cfi Plan Achro Uw 1x Objective | Nikon Plan UW | MRL00012 |
| CFI Plan Fluor 40x Oil Objective 1.3 na – 0.20mm wd | Nikon Plan Fluor | MRH01401 |
| Nikon Eclipse Ti-U inverted microscope | Nikon | MEA53200 |
| Clara-E Camera | Andor | DR-328G-C02-SIL |
| Remote Focus Attachment E-RFA Ergo Design | Nikon | 99888 |
| Ti-S-E Motorized Stage | Nikon | MEC56110 |
References
- Van Hal, D., Jeremiasse, E., Junginger, H. E., Spies, F., Bouwstra, J. Structure of fully hydrated human stratum corneum: a freeze-fracture electron microscopy study. J. Invest. Dermatol. 106 (1), 89-95 (1996).
- Norlén, L., Al-Amoudi, A. Stratum corneum keratin structure, function, and formation: the cubic rod-packing and membrane templating model. J. Invest. Dermatol. 123 (4), 715-732 (2004).
- Liu, X., Cleary, J., German, G. K. The global mechanical properties and multi-scale failure mechanics of heterogeneous human stratum corneum. Acta Biomater. , (2016).
- Geerligs, M. . Skin layer mechanics. , (2010).
- Farage, M. S., Miller, K. W., Maibach, H. I. . Textbook of Aging Skin. , (2010).
- Levi, K., Kwan, A., Rhines, A. S., Gorcea, M., Moore, D. J., Dauskardt, R. H. Emollient molecule effects on the drying stresses in human stratum corneum. Br. J. Dermatol. 163 (4), 695-703 (2010).
- German, G. K., Pashkovski, E., Dufresne, E. R. Surfactant treatments influence drying mechanics in human stratum corneum. J. Biomech. 46 (13), 2145-2151 (2013).
- Liu, X., German, G. K. The effects of barrier disruption and moisturization on the dynamic drying mechanics of human stratum corneum. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 49 (13), 80-89 (2015).
- Levi, K., Weber, R. J., Do, J. Q., Dauskardt, R. H. Drying stress and damage processes in human stratum corneum. Int. J. Cosmet. Sci. 32 (4), 276-293 (2010).
- Levi, K., et al. Effect of glycerin on drying stresses in human stratum corneum. J. Dermatol. Sci. 61, 129-131 (2011).
- Fluhr, J. W., Darlenski, R., Surber, C. Glycerol and the skin: holistic approach to its origin and functions. Br. J. Dermatol. 159 (1), 23-34 (2008).
- German, G. K., et al. Heterogeneous drying stresses in stratum corneum. Biophys. J. 102 (11), 2424-2432 (2012).
- Willert, C. E., Gharib, M. Digital particle image velocimetry. Exp. Fluids. 10 (4), 181-193 (1991).
- Mertz, A. F., et al. Scaling of traction forces with the size of cohesive cell colonies. Phys. Rev. Lett. 108 (19), 1-5 (2012).
- Banerjee, S., Marchetti, M. C. Substrate rigidity deforms and polarizes active gels. Euro Phys. Lett. 96 (2), 28003 (2011).
- Edwards, C. M., Schwarz, U. S. Force localization in contracting cell layers. Phys. Rev. Lett. 107 (12), 128101 (2011).
- Cesa, C., et al. Micropatterned silicone elastomer substrates for high resolution analysis of cellular force patterns. Rev. Sci. Instrum. 78 (3), 34301 (2007).
- Wu, K. S., Van Osdol, W. W., Dauskardt, R. H. Mechanical And Microstructural Properties Of Stratum Corneum. Mater. Res. Soc. 724, 27-33 (2002).
- Yuan, Y., Verma, R. Measuring microelastic properties of stratum corneum. Colloids Surf. B. 48 (1), 6-12 (2006).
- Christensen, M. S., Hargens, C. W., Nacht, S., Gans, E. H. Viscoelastic properties of intact human skin: instrumentation, hydration effects, and the contribution of the stratum corneum. J Invest. Dermatol. 69 (3), (1977).
- Pailler-Mattei, C., Bec, S., Zahouani, H. In vivo measurements of the elastic mechanical properties of human skin by indentation tests. Med. Eng.Phys. 30 (5), 599-606 (2008).
