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Plan
Einleitung
Grundlagen der Messtechnik
Beispiel 1: Hydratationsmessung des Stratum Corneum (SC)
Beispiel 2: Faltenmessung
Schlusserfolgerung
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Einleitung
Labor: Forschung
Produktentwicklung
Produktsicherheit
Wirkungsnachweis
Kosmetiksalon, Einzelhandel: Persönliche Beratung
Privat: zB UV Sicherheit
Messen in der Kosmetikindustrie – wo & warum?
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Einleitung
Hauptsächlich Haut, aber auch Lippen, Haar, Finger- & Zehennägel.
Haut Messungen:-
Hydratation
TEWL
Talg
Mikrorelief
Falten
Cellulitis
Farbe
Pigmentierung
Elastizität
Glanz
pH
Schuppung
Etc
NB: Das Unterstrichene wird als Beispiele weiter diskutiert.
Messen in der Kosmetikindustrie – was ?
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Einleitung
Hoch interdisziplinär - Chemie, Pharmalologie, Biologie, Physik, Statistik, Mathematik ...
In-vivo & in-vitro
Klinische Studien - oft weltweit koordiniert
Messen in der Kosmetikindustrie – wie ?
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Plan
Einleitung
Grundlagen der Messtechnik
Beispiel 1: Hydratationsmessung des Stratum Corneum (SC)
Beispiel 2: Faltenmessung
Schlusserfolgerung
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Grundlagen der Messtechnik
Direkte Messung
Man misst die Menge die von Interesse ist.
zB: die Breite eines Fensters.
Stützt sich nur auf Kalibrierung.
1. Direkte & Indirekte Messungen
Dieses Modell stimmt gut für eine Pyramide.
Stimmt es noch für eine Gesichtsfalte oder ein Korneozyt?
Indirekte Messung
Man misst eine Menge die eine Beziehung zur Menge
von Interesse hat.
zB: die Höhe einer Pyramide.
Zur Interpretation benötigt man ein quantitatives Modell.
Solchartige Modelle beruhen auf Annahmen und
Annäherungen, aber sie müssen jedenfalls den
Gesetzen der Physik entsprechen.
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Grundlagen der Messtechnik
Direkte Methoden
Gravimetrisches Verfahren (Nur in-vitro).
1. Direkte & Indirekte Messungen der SC Hydratation
Indirekte Methoden
Alles andere!
Indirekte Methoden beruhen auf Interpretation, dh Modelle & deren Annahmen und
Annäherungen.
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Grundlagen der Messtechnik
Empfindlichkeit (auf das, was man messen will)
Spezifität (unempfindlich auf alle anderen Einflüsse)
Kalibrierung
Linearität
Hysterese
Reproduzierbarkeit
Wiederholbarkeit
Etc, etc.
NB: Das Unterstrichene wird weiter diskutiert.
2. Messeigenschaften
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Grundlagen der Messtechnik
Desired Input = Erwünschtes Signal = Was man messen möchte
Interfering Input = Störsignale = Unerwünschte Einflüsse auf die Messung
2. Erwünschtes Signal & Störsignale
zB Störsignale bei der SC Hydratationsmessung:-
Tiefere Hautschichten
Kontamination der Oberfläche, zB Talg, Schweiss, Salze, Kosmetische Produkte
Qualität der Oberfläche
Anpressdruck
Okklusion
Etc, etc ...
Dies sind mögliche Quellen der systematischen Messfehler.
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Grundlagen der Messtechnik
Korrelation und Kausalität sind nicht das selbe
3. Korrelation und Kausalität
Beispiel 1
Mit Schuhen schlafen und mit Kopfschmerzen Aufwachen sind korreliert.
Deshalb sind die Schuhe für die Kopfschmerzen verantwortlich.
Falsch - da gibt es einen verborgenen Faktor!
Beispiel 2
Die Messwerte von zwei SC Hydratationsgeräten sind korreliert.
Deshalb messen beide Hydratationsgeräte wirklich SC Hydratation.
Falsch - es kann verborgene Faktoren geben die beide Geräte beeinflussen – gemeinsame Störsignale.
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Grundlagen der Messtechnik
1. Indirekte Messmethoden beruhen auf Modellen.
Sie sind nur so gut wie die Annahmen und Annäherungen des Modells.
2. Empfindlichkeit und Spezifität sind entscheidende Messeigenschafte.
Empfindlich auf das was man messen will, unempfindlich auf alles Andere.
3. Korrelation bedeutet nicht Kausalität.
Es könnte gemeinsame Störsignale geben.
Zusammenfassung
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Plan
Einleitung
Grundlagen der Messtechnik
Beispiel 1: Hydratationsmessung des Stratum Corneum (SC)
Beispiel 2: Faltenmessung
Schlusserfolgerung
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
Direkte Messung
Gravimetrisches Verfahren (Nur in-vitro).
Indirekte Messung
Spektroscopische Methoden Konfokale Raman Spektroskopie
Opto-Thermal Transient Emission Radiometry (OTTER)
ATR-FTIR
NIR Streuung
Elektromagnetische Methoden Kapazität
Wechselstrom Leitwert
Scheinwiderstand
NB Die unterstrichenen Methoden werden weiter diskutiert.
Überblick: Messmethoden
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
Hier das einfachste Hautmodell für die Hydratationsmessung.
Es besteht aus einer Oberschicht (SC) auf einem Substrat
(lebensfähiges Gewebe).
Die Haut ist kompliziert!
Ein vereinfachtes Modell ist absolut erforderlich.
Vereinfachtes Hautmodell
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
Wasserverteilung innerhalb der Oberschicht
Lebensfähiges Gewebe Stratum Corneum Hoher Hydratationsgrad Unten nass, oben trocken
Mit diesem Modell kann man bereits den SC Wassergehalt berechnen.
Es ergibt ~6g/m2 für eine 15µm SC Schichtdicke.
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
1: Konfokale Raman Spektroskopie
Diagramm von PJ Matts, P&G.
Mit Raman Spektroskopie kann man einzelne Moleküle identifizieren & studieren – Wasser in diesem Falle.
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
Konfokale Optik für Tiefenauflösung
Diagramm von:-
http://www.tcd.ie/Physics/Optoelectronics/spg/research/plasmon.php
Mittels Konfokaler Optik kann man
Konzentrationstiefenprofile messen.
Diagramm von PJ Matts, P&G.
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
Hardware for In-vivo Measurement
Die Haut kontaktiert ein Glasfenster.
Photo von River Diagnostics Verkaufsliteratur Diagramm von PJ Matts, P&G.
Messbeispiel.
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
Kapazitätsmethoden
Handliche Geräte von einigen SFr bis mehrere kSFr
Schnell und einfach in der Bedienung.
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
Electrische Eigenschaften des Hautmodells
SC Elektrisch isolierend.
Niedrige elektrische Leitfähigkeit Dank niedriger
Mobilität des Wassers. (Barriereeigenschaft).
Dielektrische Leitfähigkeit von reinem Wasser ~80.
Substrat Elektrisch leitend Dank Salzenthalt (Elektrolyt) und
hoher Mobilität des Wassers.
Die Elektrische Leitfähigkeit dieses Elektrolyts ist ca
>105 mal grösser als reines Wasser.
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
Beispiel 1:- Corneometer Elektrodenkonstruktion
Der Corneometer verwendet ein Streufeldsensor um SC Speicherkapazität in-vivo zu messen.
Beim Corneometer ist der Abstand zwisched den verschachtelten Elektroden ist ~75μm.
Corneometer ist ein Warenzeichen von Courage & Khazaka Elektronik GmbH, Köln.
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
Messtiefe bei Kapazitätsmethoden
Die Messtiefe hängt ab von:-
(a) Frequenz des elektromagnetischen Feldes.
(b) Elektrodengeometrie.
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
(a) Frequenzeffekt
Das elektromagnetische Feld dringt durch das
SC hindurch mit wenig Verminderung, weil das
SC überwiegend ein elektrischer Isolator ist.
Das elektromagnetische Feld wird im Substrat
wegen ionischer Leitfähigkeit abgeschwächt. Die Durchdringtiefe d kann man mit folgender Formel
berechnen:
𝛿 =1
𝜋𝜎𝜇𝑓
σ Elektrische Leitfähigkeit
μ Magnetische Feldkonstante (=1)
f Frequenz
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
(b) Elektrodengeometrie
Die Geometrie des elektrischen Streufeldes ist durch die Geometrie der Elektroden bestimmt. zB:-
Das elektrische Feld schwächt stark ab mit Distanz vom Sensor – schon auf
~30% hinunter nach einer Spaltdistanz.
Diese Eigenschaft gibt dem Sensor a unverhältnismässige Empfindlichkeit auf
oberflächennahe Hydratation.
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
Beispiel 2:- SkinChip Elektrodenkonstruktion
Der SkinChip verwendet auch Streufeldsensoren.
SkinChip ist ein eingetragenes Warenzeichen von L’Oréal, Paris.
12.8 x 15mm Sensorfläche
50μm Bildelementabstand
76800 Bildelemente
~2μm thick SiO2 Schutzschicht
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
Kontacteffekte bei der SC Hydratationsmessung
1. Variabler Kontakt (unebene Fläche, Haar etc).
2. Abnormale Haut eg Narbe
3. Schweiss.
(a) Xhauflaire-Uhoda E, Piérard-Franchimont C, Piérard GE. Skin Capacitance Mapping of Psoriasis. JEADV 2006, 20, 1261-5.
(b) Xhauflaire-Uhoda E, Mayeux G, Quatresooz P, Scheen A, Piérard GE. Facing up to the imperceptible perspiration. Modulatory influences by diabetic
neuropathy, physical exercise and antiperspirant. Skin Res Technol. 2011 Nov;17(4):487-93.
Solche Effekte kann man mit Einzersensorgeräten nicht festnehmen.
SkinChip ist ein eingetragenes Warenzeichen von L’Oréal, Paris.
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
Empfindlichkeit und Spezifität von Kapazitätsmethoden
Erwünschtes Signal :- SC Kapazität.
Störsignale:-
1. Signale von lebensfähigen Geweben.
2. Oberflächenkontamination.
3. Variabler Kontakt mit der unregelmäßigen SC Oberfläche, Haut Anomalien, Haare usw.
4. Variabler Kontakt in Zusammenhang mit Sonde Druck.
5. Occlusion.
6. Usw.
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Hydratationsmessung des Stratum Corneum
Okklusionseffekt bei der SC Hydratationsmessung
Okklusionswassermenge
~3mg/m2/sec für ein TEWL von 10g/m2/h.
Das ist <0.05% vom typischen SC Wassergehalt.
Oder eine Oberflächenschichtdicke von ~3nm/sec.
∴ Der Effekt der Okklusion auf die mittlere SC Hydratation ist in der Regel vernachlässigbar klein.
Jedoch
Occlusionswasser ist Oberflächenwasser das die Messwerte einiger Instrumente überproportional
beeinflussen kann.
Auch könnte Okklusionswasser eine hohe elektrische Leitfähigkeit haben, falls es mit Salzen
kontaminiert ist.
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Zusammenfassung
1. Spektroskopischen Methoden sind gut aber teuer.
2. Kapazitätsmethoden bieten praktische Alternativen, sind aber weniger spezifisch und daher
anfälliger auf systematische Messfehler.
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Plan
Einleitung
Grundlagen der Messtechnik
Beispiel 1: Hydratationsmessung des Stratum Corneum (SC)
Beispiel 2: Faltenmessung
Schlusserfolgerung
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Faltenmessung
WheelsBridge TiVi System
Detailierte Untersuchung von
selektierten Falten.
(Pyramidenverfahren)
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Faltenmessung
EOTech VisioSphere
Gemessene Faltenprofile
(Pyramidenverfahren)
Test eines
kosmetischen Produkts.
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Faltenmessung
Hier bin ich skeptisch!
Hersteller Angaben:-
Retinoic acid 0.01%
Vitamin C (sodium ascorbate) 3%
Vitamin E (tocopherol) 1750IU/g
Da muss doch mindestens 0.02% Retinoic acid drin sein !
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Plan
Einleitung
Grundlagen der Messtechnik
Beispiel 1: Hydratationsmessung des Stratum Corneum (SC)
Beispiel 2: Faltenmessung
Schlusserfolgerung