一種皮膚組織光透明溶液及其製備方法和應用與流程

2024-03-04 14:49:16 2

本發明屬於生物醫學光學成像技術領域，尤其涉及一種皮膚組織光透明溶液及其製備方法和應用。

背景技術：

皮膚是活體光學成像研究的重要靶點，其在周圍血管性疾病、糖尿病、腫瘤、微脈管損傷與重塑、免疫學等領域的研究中具有非常重要的意義。利用光學成像技術不僅能夠實現對皮膚血管、血流及血氧代謝水平的監測，還能在單細胞水平對免疫應答過程中炎症細胞的運動行為進行跟蹤。然而，皮膚的混濁特性限制了光在組織中的穿透深度，使得這些技術只能對淺表層組織進行成像，且圖像對比度和解析度較低。生物組織光透明技術的提出為這一問題的解決提供了新思路，它通過向組織中引入高滲、高折射率的光透明試劑來降低組織的散射，以達到提高光在生物組織中穿透深度的目的。

一直以來，篩選高效的皮膚光透明試劑都是皮膚光透明研究領域和實現高解析度獲取皮膚血管結構、血流與血氧分布信息等研究的重中之重。分子動力學模擬為快速篩選高效的皮膚光透明試劑提供了便捷，不僅可以避免實驗篩選方法的盲目與耗時，其理論預測與實驗結果具有很好的一致性，如學術論文：W.Feng*，R.Shi*，N.Ma，Daria.K.Tuchina，Valery V.Tuchin，and D.Zhu，「Skin optical clearing potential of disaccharides」Journal of Biomedical Optics，21(8)：081207(2016)所示：理論模擬與實驗都表明蔗糖的光透明效果較果糖好.然而，單純的糖類試劑由於受到皮膚角質層及緻密表皮的阻礙，其在提升皮膚血管結構與功能的高解析度活體成像方面的能力有限，如學術論文：J.Wang，N.Ma，R.Shi，Y.Zhang，T.Yu，and D.Zhu，「Sugar-induced skin optical clearing：From molecular dynamics simulation to experimental demonstration，」IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics，20(2)：7101007(2014)所示.受其影響，蔗糖在皮膚光透明的活體應用及其在提升活體光學成像研究方面的能力也不容樂觀。

技術實現要素：

針對現有技術中的上述問題，本發明的主要目的在於提供一種皮膚組織光透明溶液及其製備方法和應用，所述溶液能使皮膚組織變得透明，提高成像深度。

為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案：一種皮膚組織光透明溶液，以所述皮膚組織光透明溶液的體積為基礎，包括如下體積百分比的原料：

單糖及其衍生物或二糖及其衍生物的水溶液 40-55％

醇類聚合物 40-50％

促滲劑 5-10％

還包括能溶於水和有機溶劑的促溶劑，所述促溶劑佔前述三種物質總體積的3-5％.

作為進一步的優選，所述單糖及其衍生物選自果糖、葡萄糖、半乳糖和甘露糖，所述二糖及其衍生物選自蔗糖和麥芽糖.

作為進一步的優選，所述醇類聚合物選自聚乙二醇-400、聚乙二醇-300和聚丙二醇-2000.

作為進一步的優選，所述促滲劑選自噻酮、氮酮和丙二醇。

作為進一步的優選，所述促溶劑選自二甲基亞碸、乙醇和丙酮.

作為進一步的優選，所述水溶液為質量分數為60-68％的蔗糖水溶液.

一種皮膚組織光透明溶液的製備方法，包括如下步驟：

提供第一溶液，其中所述第一溶液包含單糖及其衍生物或二糖及其衍生物分散於水中；

提供第二液體；其中所述第二液體包含促滲劑；

提供第三液體，其中所述第三液體包含醇類聚合物；

提供第四液體，其中所述第四液體包含能溶於水和有機溶劑的促溶劑；

混合所述第二液體及第三液體，得到一次混合物；

在所述第一混合物中加入所述第一溶液，得到二次混合物；

在所述二次混合物中加入所述第四溶液，得到所述光透明溶液.

作為進一步的優選，所述第二液體為噻酮的加熱熔融物。

一種皮膚組織光透明溶液的應用，其用於處理皮膚組織表面，使皮膚組織變透明.

作為進一步的優選，所述處理方法包括如下步驟：

1)用膠黏物粘貼皮膚；

2)將所述光透明溶液塗抹於皮膚表面；

3)按摩皮膚至皮膚組織對光透明.

本發明的有益效果是：

(1)本發明皮膚組織光透明溶液作用於皮膚組織之後，能迅速使得組織內部折射率均一化，降低組織散射，使得皮膚組織變得對光透明，提高成像深度，為獲取皮膚微血管結構、血流與血氧的分布信息等提供了新的方法。

(2)本發明皮膚組織光透明溶液涉及多種物質的混合與使用，所選擇的物質均是常規原料，來源豐富，實用性強。

(3)本發明皮膚組織光透明溶液的製備方法簡單，可重複大量製備。

(4)本發明皮膚組織光透明溶液應用於皮膚組織時，在短時間內即可使皮膚組織變得透明，效果顯著，可應用於各類生物的皮膚組織。

附圖說明

圖1為本發明實施例皮膚組織光透明溶液的製備方法的工藝流程圖。

圖2a、2b為使用CCD相機拍攝的正常Balb/c小鼠皮膚經本發明實施例1光透明溶液處理前(左)、後(右)的血管分布示意圖。

圖3a、3b為使用雷射散斑襯比成像系統獲取的正常Balb/c小鼠皮膚經本發明實施例3光透明溶液處理前(左)、後(右)的血流分布信息示意圖.

圖4a、4b為使用高光譜成像系統獲取的正常Balb/c小鼠皮膚經本發明實施例10光透明溶液處理前(左)、後(右)的血氧分布信息示意圖。

具體實施方式

本發明通過提供一種皮膚組織光透明溶液及其製備方法和應用，解決了現有糖類試劑在皮膚光透明的活體應用及其在提升活體光學成像研究方面的能力差的缺陷。

為了解決上述缺陷，本發明實施例的主要思路如下：

本發明實施例皮膚組織光透明溶液，以所述皮膚組織光透明溶液的體積為基礎，包括如下體積百分比的原料：

單糖及其衍生物或二糖及其衍生物的水溶液 40-55％

醇類聚合物 40-50％

促滲劑 5-10％

還包括能溶於水和有機溶劑的促溶劑，所述促溶劑佔前述三種物質總體積的3-5％.

如圖1所示，本發明實施例皮膚組織光透明溶液的製備方法，包括如下步驟：

S01：提供第一溶液，其中所述第一溶液包含單糖及其衍生物或二糖及其衍生物分散於水中；

S02：提供第二液體；其中所述第二液體包含促滲劑；

S03：提供第三液體，其中所述第三液體包含醇類聚合物；

S04：提供第四液體，其中所述第四液體包含能溶於水和有機溶劑的促溶劑；

S05：混合所述第二液體及第三液體，得到一次混合物；

S06：在所述第一混合物中加入所述第一溶液，得到二次混合物；

S07：在所述二次混合物中加入所述第四溶液，得到所述光透明溶液。

所述單糖及其衍生物或二糖及其衍生物具有較高的折射率，例如蔗糖折射率為1.478，並帶有羥基官能團，可與皮膚的真皮膠原通過氫鍵相互作用，從而置換出膠原水化層中的水分子，使皮膚內部各組分的折射率均一化，以實現皮膚光透明。其主要用於實現皮膚光透明。所述單糖及其衍生物包括但不限於果糖、葡萄糖、半乳糖或甘露糖，所述二糖及其衍生物包括但不限於蔗糖或麥芽糖.

所述醇類聚合物同樣也具有較高的折射率，例如聚乙二醇-400折射率為1.473，並帶有羥基官能團，可與皮膚的真皮膠原通過氫鍵相互作用，從而置換出膠原水化層中的水分子，使皮膚內部各組分的折射率均一化，以實現皮膚光透明.其主要用於實現皮膚光透明.所述醇類聚合物包括但不限於聚乙二醇-400、聚乙二醇-300或聚丙二醇-2000。所述醇類聚合物可直接選用液體狀的。

所述促滲劑可有效降低生物體表角質層及緻密表皮對試劑滲透的阻礙作用，以促使有效成分向皮膚組織中有效滲透。其主要用於實現增加試劑的滲透。所述促滲劑包括但不限於噻酮、氮酮或丙二醇.所述促滲劑可處理成液體狀，例如加熱融化得到液體，以與第二液體、第一溶液混合。

由於促滲劑可能不溶於水，因而二次混合物溶液會呈現出渾濁現象；選用既能溶於水，又能與有機溶劑混溶的促溶劑加入二次混合物溶液中，加入少量便可使二次混合物溶液變得透明澄清。所述促溶劑包括但不限於二甲基亞碸、乙醇或丙酮。

為了讓本發明之上述和其它目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數實施例，來說明本發明所述之皮膚組織光透明溶液及其製備方法和應用.

實施例1

本發明實施例1皮膚組織光透明溶液，以所述皮膚組織光透明溶液的體積為基礎，包括如下體積百分比的原料：

質量分數60％的蔗糖 45％

聚乙二醇-400 45％

噻酮 10％

還包括醫用酒精，所述醫用酒精佔前述三種物質總體積的5％。

本發明實施例1皮膚組織光透明溶液的製備方法如下：

由於在室溫環境下蔗糖為白色固體物質，噻酮為微黃至白色粉狀結晶體，因而在配置皮膚組織光透明溶液前首先進行蔗糖水溶液的配置與噻酮加熱融化的操作，具體如下：

a)取適量噻酮晶體放於潔淨乾燥的玻璃燒杯中，待水浴恆溫箱中的水溫達到50-60度時，將盛有噻酮晶體的燒杯放於其中，直至噻酮晶體完全融化為微黃至無色液體。此過程中切忌噻酮中有水分滲入。

b)取適量蔗糖固體放於潔淨乾燥的玻璃燒杯中，並加入適量水使蔗糖所佔的質量分數為60％，待水浴恆溫箱中的水溫達到60-70度時，將混合物放於其中，直至蔗糖完全溶解.

c)取適量體積融化後的噻酮液體(上述步驟a所得)，使其在皮膚組織光透明溶液中的體積百分比為10％；再取適量體積的聚乙二醇-400，使其在皮膚組織光透明溶液中的體積百分比為45％；之後將兩者混合，並置於搖床上充分搖勻。

d)取適量體積的蔗糖水溶液(上述步驟b所得)，使其在皮膚組織光透明溶液中的體積百分比為45％，並將其與上述步驟c所得溶液混合，置於搖床上充分搖勻.

取適量體積的醫用酒精，其體積與上述步驟d所得溶液的體積比例為5％，充分混合搖勻後即得本發明實施例1光透明溶液.

實施例2

本發明實施例2皮膚組織光透明溶液，以所述皮膚組織光透明溶液的體積為基礎，包括如下體積百分比的原料：

質量分數60％的蔗糖 45％

聚乙二醇-400 45％

噻酮 10％

還包括二甲基亞碸，所述二甲基亞碸佔前述三種物質總體積的5％。

本發明實施例2皮膚組織光透明溶液的製備方法類似於實施例1，不再贅述。

實施例3

本發明實施例3皮膚組織光透明溶液，以所述皮膚組織光透明溶液的體積為基礎，包括如下體積百分比的原料：

質量分數60％的蔗糖 50％

聚乙二醇-400 45％

噻酮 5％

還包括醫用酒精，所述醫用酒精佔前述三種物質總體積的3％。

本發明實施例3皮膚組織光透明溶液的製備方法類似於實施例1，不再贅述。

實施例4

本發明實施例4皮膚組織光透明溶液，以所述皮膚組織光透明溶液的體積為基礎，包括如下體積百分比的原料：

質量分數60％的蔗糖 55％

聚乙二醇-400 40％

噻酮 5％

還包括二甲基亞碸，所述二甲基亞碸佔前述三種物質總體積的3％。

本發明實施例4皮膚組織光透明溶液的製備方法類似於實施例1，不再贅述。

實施例5

本發明實施例5皮膚組織光透明溶液，以所述皮膚組織光透明溶液的體積為基礎，包括如下體積百分比的原料：

質量分數68％的蔗糖 55％

聚乙二醇-400 40％

噻酮 5％

還包括二甲基亞碸，所述二甲基亞碸佔前述三種物質總體積的3％。

本發明實施例5皮膚組織光透明溶液的製備方法類似於實施例1，不再贅述.

實施例6

本發明實施例6皮膚組織光透明溶液，以所述皮膚組織光透明溶液的體積為基礎，包括如下體積百分比的原料：

質量分數68％的蔗糖 45％

聚乙二醇-400 50％

噻酮 5％

還包括醫用酒精，所述醫用酒精佔前述三種物質總體積的3％。

本發明實施例6皮膚組織光透明溶液的製備方法類似於實施例1，不再贅述。

實施例7

本發明實施例7皮膚組織光透明溶液，以所述皮膚組織光透明溶液的體積為基礎，包括如下體積百分比的原料：

質量分數50％的葡萄糖 45％

聚乙二醇-300 45％

氮酮 10％

還包括醫用酒精，所述醫用酒精佔前述三種物質總體積的5％。

本發明實施例7皮膚組織光透明溶液的製備方法類似於實施例1，不再贅述。

實施例8

本發明實施例8皮膚組織光透明溶液，以所述皮膚組織光透明溶液的體積為基礎，包括如下體積百分比的原料：

質量分數60％的果糖 45％

聚乙二醇-300 45％

丙二醇 10％

還包括二甲基亞碸，所述二甲基亞碸佔前述三種物質總體積的5％。

本發明實施例8皮膚組織光透明溶液的製備方法類似於實施例1，不再贅述。

實施例9

本發明實施例9皮膚組織光透明溶液，以所述皮膚組織光透明溶液的體積為基礎，包括如下體積百分比的原料：

質量分數60％的麥芽糖 55％

聚丙二醇-2000 40％

氮酮 5％

還包括二甲基亞碸，所述二甲基亞碸佔前述三種物質總體積的3％。

本發明實施例9皮膚組織光透明溶液的製備方法類似於實施例1，不再贅述.

實施例10

本發明實施例10皮膚組織光透明溶液，以所述皮膚組織光透明溶液的體積為基礎，包括如下體積百分比的原料：

質量分數50％的甘露糖 55％

聚乙二醇-400 40％

噻酮 5％

還包括二甲基亞碸，所述二甲基亞碸佔前述三種物質總體積的3％.

本發明實施例10皮膚組織光透明溶液的製備方法類似於實施例1，不再贅述。

本發明實施例1-10均能夠在5-10分鐘內使得皮膚組織變得透明。使用時，一)用膠帶輕微粘貼皮膚；二)將光透明溶液局部塗抹於皮膚；三)輕微按摩皮膚數分鐘即可讓皮膚組織對光透明。皮膚血管結構、血流與血氧分布信息能夠以更高的解析度和對比度被獲取，如圖2b、3b、4b所示.

效果實施例

Balb/c小鼠(8周齡)被用於在體實驗。光透明溶液按照實施例1-10中的任意配方配置，用膠帶輕微粘貼脫毛後的小鼠皮膚後直接局部塗抹於皮膚上(0.5-0.8ml/cm2)，並加以輕微按摩5-10分鐘。圖2a、2b為使用CCD相機拍攝的正常Balb/c小鼠皮膚經本發明實施例1皮膚光透明溶液處理前(左)、後(右)的血管分布；圖3a、3b為使用雷射散斑襯比成像系統獲取的正常Balb/c小鼠皮膚經本發明實施例3皮膚光透明溶液處理前(左)、後(右)的血流分布信息；圖4a、4b為使用高光譜成像系統獲取的正常Balb/c小鼠皮膚經本發明實施例10皮膚光透明溶液處理前(左)、後(右)的血氧分布信息。以上結果表明：經皮膚光透明溶液處理前，由於皮膚的混濁特性，皮膚的血管分布，血流及血氧信息很難被探測到；而經皮膚光透明溶液處理5-10分鐘後，皮膚變得透明，皮膚的血管結構、血流及血氧分布信息可以被成像系統以較高的解析度所獲取.

上述本申請實施例中的技術方案，至少具有如下的技術效果或優點：

(1)本發明皮膚組織光透明溶液作用於皮膚組織之後，能迅速使得組織內部折射率均一化，降低組織散射，使得皮膚組織變得對光透明，提高成像深度，為獲取皮膚微血管結構、血流與血氧的分布信息等提供了新的方法。

(2)本發明皮膚組織光透明溶液涉及多種物質的混合與使用，所選擇的物質均是常規原料，來源豐富，實用性強.

(3)本發明皮膚組織光透明溶液的製備方法簡單，可重複大量製備。

(4)本發明皮膚組織光透明溶液應用於皮膚組織時，在短時間內即可使皮膚組織變得透明，效果顯著，可應用於各類生物的皮膚組織。

儘管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明範圍的所有變更和修改。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。