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Confocal Raman microspectroscopy of stratum corneum: a pre-clinical validation study

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Synopsis Skin moisturization is not only important for maintaining skin functional properties but also has great impact on the skin’s aesthetic properties. The top layer of the skin, the stratum corneum (SC), plays a key role in protecting and preventing against external aggressions as well as in regulating water flux in and out. Confocal Raman microspectroscopy is the first commercially available technique that provides a non-invasive, method to determine depth profiles of water concentration in the skin, however, in this case it was applied in an setting. As the first phase of validating the usefulness of confocal Raman microspectroscopy, we used porcine skin as a surrogate for human skin. Water concentration profiles were obtained using confocal Raman microspectroscopy from isolated pigskin SC and compared with that using the Karl Fischer titration method. The two methods correlated very well with a regression coefficient of 1.07 as well as a correlation coefficient,  = 0.989, which demonstrated the consistency and accuracy of confocal Raman microspectroscopy for water concentration determination. To evaluate the instrument’s response to different skin care/cleansing products, a wide range of products were tested to compare their skin moisturization ability. Among those tested were a lotion, commercial soap bar, syndet bar, traditional non-emollient shower gel (water, Sodium Laureth Ether Sulfate (SLES), cocamidopropyl betaine system) and emollient containing shower gel (water, sunflower oil, SLES, cocamidopropyl betaine, glycerin, petrolatum). The results were consistent with what was expected. The water content on skin treated with (A) lotion was significantly higher than the non-treated control; (B) syndet bar-treated skin had a significantly higher water content than soap-based bar-treated sites; (C) non-emollient shower gel washed sites were more moisturized than soap-based bar-treated samples; and (D) emollient shower gel-treated skin was significantly more hydrated than non-emollient shower gel washed skin. The unique and direct quantitative water content information provided by confocal Raman microspectroscopy offers a whole new perspective for fundamental skin moisturization studies and will play an important role in evaluating moisturizing profiles and the hydration potential of products designed for personal care in the cosmetic industry.

French
Résumé

L’hydratation de la peau n’est pas seulement importante pour maintenir ses propriétés fonctionnelles, mais elle a aussi un grand impact sur ses propriétés esthétiques. La partie supérieure de la peau, le stratum corneum (SC) joue un rôle important de protection et de prévention contre les agressions externes, ainsi qu’un rôle régulateur du flux d’entrée et de sortie de l’eau. La microscopie confocale Raman est la première technique disponible commercialement qui permet d’accéder à une méthode in vivo non invasive capable de déterminer le profil en profondeur de la concentration d’eau dans la peau. Cependant, dans cette étude, cette technique a été utilisée dans un montage in vitro. Dans une première phase de validation, l’utilité de la microscopie confocale Raman a été testée sur de la peau de porc en tant que substitut de peau humaine. Les profils de concentration en eau ont été obtenus à l’aide de cette technique à partir du SC de peau de porc isolé et comparés aux résultats de la méthode de Karl Fischer. Les deux méthodes sont très bien corrélées avec un coefficient de régression de 1,07 et un coefficient de corrélation R 2 = 0,989, ce qui démontre la consistance et l’exactitude de la microscopie confocale Raman pour cette mesure. Pour évaluer la réponse de l’instrument à divers produits de soin et d’hygiène de la peau, un grand nombre de produits a été testé pour comparer leur facultéà hydrater la peau. Parmi ces produits, on trouve une lotion, un pain de savon commercialisé, un syndet et un gel émollient pour la douche (eau, huile de tournesol, SLES, cocamidobétaïne, glycérine, petrolatum). Les résultats sont cohérents avec ceux que l’on attendait. La teneur en eau de la peau traitée avec la lotion (A) est significativement supérieure à celle du contrôle non traité. La peau traitée avec le syndet (B) présente une teneur en eau significativement supérieure aux sites traités avec le pain de savon. Les sites lavés avec le gel de douche non émollient (C) sont plus hydratées que ceux traités avec le pain de savon, la peau traitée avec le gel de douche émollient (D) est significativement plus hydratée que celle traitée avec le gel de douche non émollient. Les renseignements uniques et immédiats de la teneur en eau qu’apporte la microscopie confocale Raman offrent de nouvelles perspectives pour les études fondamentales d’hydratation de la peau et jouera un rôle important pour évaluer les profils d’hydratation et le pouvoir hydratant des produits formulés pour l’hygiène personnelle par l’industrie cosmétique.
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Keywords: Karl Fischer titration; confocal Raman microspectroscopy; leave-on/rinse-off product; pigskin; water content

Document Type: Research Article

Publication date: February 1, 2008

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