[发明专利]一种皮肤渗透性评估方法

权利要求书

1.一种皮肤渗透性评估方法，其特征在于，该评估方法包括如下步骤：

人体皮肤根据组成细胞的活性可分为两层，即角质层与活性皮肤层(viable skin)；角质层的阻抗大小除了主要与角质层自身材料特性有关外，还与一些外力变化如水合程度相关，因此可推测角质层的阻抗大小有关主要因素包括角质层的厚度、自身材料特性和水合程度，可用数学表达如式(2)：

Z_sc(f)＝K_sc(m_sc，w_sc，f)l_sc (2)

其中，f为频率，Zsc为角质层阻抗，Ksc为单位厚度下的角质层阻抗，分别代表角质层的材料特性、水合程度与厚度；

本发明的皮肤渗透性是指皮肤中的组织液运输到体表的难易度，主要影响因素包括运输路径长度与单位路径阻力，所以皮肤渗透性与相关生理因素可近似用数学表达如式(3)：

k_p＝1/[F_sc(m_sc，w_sc)l_sc] (3)

其中，Kp为皮肤渗透性，Fsc为角质层的单位路径运输阻力；

利用COMSOLMultiphysics平台对不同尺寸与结构的电极所形成的电场分布进行仿真分析，确定相对合适的尺寸，并在微传感器性能研究中选出实际用于评估皮肤渗透性的检测电极。

2.根据权利要求1所述的一种皮肤渗透性评估方法，其特征在于：

皮肤渗透率与皮肤直流电阻之间存在近似关系如式(1)：

k_p＝b/(R_skS) (1)

其中，Kp为某物质对应的渗透率，b为该物质的固有参数，Rsk为皮肤直流电阻，S为有效电极面积，皮肤电学构成复杂，从总体上看，皮肤阻抗信息包含容性和阻性两种成分，式(1)仅考虑了皮肤直流电阻成分对渗透率的影响，将渗透率与皮肤电学关系表达得过度简单，有待改进。

3.根据权利要求1所述的一种皮肤渗透性评估方法，其特征在于：角质层的电学特性主要响应于1000Hz以下的低频段，活性皮肤层则主要响应在高频段，根据各层频率特性，可知皮肤直流电阻主要是角质层部分的电阻，因此与皮肤渗透性直接相关的因素为角质层；角质层由失去活性的角化细胞嵌入高度有序的脂质矩阵中紧密堆叠而成，该生理结构使角质层呈疏水性并成为物质经皮运输的最大障碍，致密的结构使得角质层中离子运输路径窄，而疏水特性则导致离子运输阻力更大，综合表现为角质层电阻很大。

4.根据权利要求1所述的一种皮肤渗透性评估方法，其特征在于：运输路径长度即为皮肤厚度，单位路径阻力主要与皮肤水合程度和材料特性等因素有关；活性皮肤层主要由表皮层与真皮层等活性细胞成分构成，结构相对疏松且呈亲水性，因此组织液在活性皮肤层的运输阻力远小于角质层，可忽略不计。

5.根据权利要求1所述的一种皮肤渗透性评估方法，其特征在于：因此从生理角度，影响角质层阻抗大小的因素也是影响皮肤渗透性的因素，所以角质层与皮肤渗透性密切相关，对角质层阻抗的检测分析可为皮肤渗透性的间接表征提供有效依据。

6.根据权利要求1所述的一种皮肤渗透性评估方法，其特征在于：本皮肤渗透性评估方法的阻抗检测信号基于RCW分层阻抗模型进行拟合，从模型角度分析阻抗检测结果。

7.根据权利要求6所述的一种皮肤渗透性评估方法，其特征在于：本皮肤渗透性评估方法的皮肤阻抗传感器为带有铜屏蔽电极的基于柔性聚酰亚胺基材的金微叉指电极结构，该评估方法能够实现在无创且不改变皮肤性质的前提下区分不同个体皮肤渗透性。

8.根据权利要求7所述的一种皮肤渗透性评估方法，其特征在于：

本发明设计的传感器旨在于测量角质层的阻抗，由于部分微弱电场不可避免地泄露至活性皮肤层及以下部分，结合皮肤本身的分层异质特性，所测得的阻抗可分解如式(4)：

Z_msd(f)＝Z_at(f)+Z_sc(f)+Z_vs(f) (4)

其中，Zmsd为测量阻抗，f为频率，Zat是接触阻抗，Zsc是角质层阻抗，Zvs是活性皮肤层及以下部分所造成的阻抗；皮肤本身的生物特性无法用单纯的RC串并联表达，常相位角元件Zcpe常被用于生物体系电学模型中来弥补细胞弥散效应等造成的误差，其表达如式(5)：

Z_cpe＝A(j2πf)^-α (5)

Warburg元件是当α＝0.5时的特殊常相位角元件，适用于水分较多的皮肤，通常用于经皮渗透相关研究的皮肤都是相对细嫩、含水量较多的部位，如前臂、上臂、腹部部位；同时为了简化模型复杂度，本方法采用Warburg元件来表达皮肤的生物特性，构建RCW皮肤阻抗分层模型，模型的数学表达如式(6)：

将志愿者前臂处测得的皮肤阻抗数据在Zsimpwin平台上基于RCW分层模型进行阻抗拟合，其中Y0为仿真平台所得的Warburg元件的参数，即Y_0sc与Y_0vs分别为Asc与Avs的倒数；拟合曲线与真实曲线基本一致，参数范围合理，因此RCW分层模型适用于本检测体系的阻抗拟合分析。