T-ray-teknologi afslører, hvad der kommer ind under din hud

En ny metode til at analysere hudens struktur ved hjælp af en type stråling kendt som T-stråler kan hjælpe med at forbedre diagnosticering og behandling af hudsygdomme såsom eksem, psoriasis og hudkræft.

Forskere fra University of Warwick og The Chinese University of Hong Kong (CUHK) har vist, at ved at bruge en metode, der involverer at analysere T-stråler affyret fra flere forskellige vinkler, de kan opbygge et mere detaljeret billede af strukturen af ​​et hudområde og hvor hydreret det er, end de nuværende metoder tillader.

Deres metode er rapporteret i Advanced Photonics Research og kan give et nyt værktøj for forskere og klinikere til at karakterisere egenskaberne af huden hos individer, at hjælpe med at håndtere og behandle hudsygdomme.

Terahertz (THz) stråling, eller T-stråler, sidde mellem infrarød og WiFi på det elektromagnetiske spektrum. T-stråler kan se gennem mange almindelige materialer såsom plastik, keramik og tøj, hvilket gør dem potentielt nyttige i ikke-invasive inspektioner. T-strålernes lavenergifotoner er også ikke-ioniserende, hvilket gør dem meget sikre i biologiske omgivelser, herunder sikkerhed og medicinsk screening.

Kun de T-stråler, der passerer gennem de ydre hudlag (stratum corneum og epidermis), før de reflekteres tilbage, kan detekteres. da de, der rejser dybere, svækkes for meget. Dette gør T-ray-billeddannelse til en potentielt effektiv måde at overvåge disse yderste lag på. For at teste dette, terahertz lys fokuseres på huden via et prisme, at justere strålen i et bestemt brændplan. Afhængig af hudens egenskaber, at lyset reflekteres lidt anderledes tilbage. Forskere kan derefter sammenligne lysets egenskaber før og efter det kommer ind i huden.

Der er dog begrænsninger i standard THz-reflektionsspektroskopi, og for at overvinde disse brugte forskerne bag denne nye forskning i stedet ellipsometri, som involverer fokusering af T-stråler i flere vinkler på det samme hudområde.

De demonstrerede med succes, at ved hjælp af ellipsometri kunne de nøjagtigt beregne brydningsindekset for huden (som bestemmer, hvor hurtigt strålen bevæger sig gennem den) målt i to retninger vinkelret på hinanden. Forskellen mellem disse brydningsindekser kaldes dobbeltbrydning - og det er første gang, at THz-dobbeltbrydningen af ​​menneskelig hud er blevet målt in vivo. Disse egenskaber kan give værdifuld information om, hvor meget vand der er i huden og gøre det muligt at beregne hudtykkelsen.

Professor Emma Pickwell-MacPherson, fra Institut for Fysik ved University of Warwick og Institut for Elektronikteknik ved CUHK, sagde:"Vi ønskede at vise, at vi kunne udføre in vivo ellipsometrimålinger i menneskelig hud og beregne hudens egenskaber nøjagtigt. I almindelig terahertz-reflektionsbilleddannelse, du har tykkelse og brydningsindeks kombineret som én parameter. Ved at tage målinger i flere vinkler kan du adskille de to.

"Hydreret hud vil have et andet brydningsindeks end dehydreret hud. For mennesker med hudlidelser, vi vil være i stand til at undersøge hydreringen af ​​deres hud kvantitativt, mere end eksisterende teknikker. Hvis du forsøger at forbedre hudplejeprodukter til mennesker med tilstande som eksem eller psoriasis, vi ville potentielt være i stand til at foretage kvantitative vurderinger af, hvordan huden forbedres med forskellige produkter eller at differentiere hudtyper.

"For hudkræftpatienter, du kan også bruge THz-billeddannelse til at sondere huden før operationen påbegyndes, for at få et bedre indtryk af, hvor langt en tumor har spredt sig. Hudkræft påvirker hudens egenskaber, og nogle af dem er usete, da de er under overfladen."

Dr. Xuequan Chen, studiets første forfatter og post-doc stipendiat fra Institut for Elektronikteknik ved CUHK, sagde:"T-stråler har været kendt for at være følsomme over for hydreringsniveauet i huden. vi påpeger, at den cellulære struktur i stratum corneum også reagerer på terahertz-reflektionerne. Vores teknik gør det muligt at undersøge denne strukturegenskab følsomt, som giver omfattende information om huden, og den er yderst nyttig til huddiagnose."

For at teste deres metode, forskerne fik frivillige til at placere deres arm på billedvinduet på deres T-ray udstyr i 30 minutter, efter akklimatisering til den omgivende temperatur og tørhed i laboratoriet. Ved at holde deres hud mod overfladen af ​​billedvinduet, de forhindrede vand i at slippe ud af deres hud som sved, en proces kaldet okklusion.

Forskerne foretog derefter fire målinger vinkelret på hinanden hvert andet minut over en halv time, så de kunne overvåge effekten af ​​okklusion over tid. Fordi T-stråler er særligt følsomme over for vand, de kunne se en mærkbar forskel, da vand akkumuleredes i huden, antyder, at metoden kunne vise, hvor effektivt et produkt er til at holde huden hydreret, for eksempel.

Yderligere forskning vil se på at forbedre instrumenteringen af ​​processen, og hvordan den kan fungere som en praktisk enhed.

Professor Pickwell-MacPherson sagde:"Vi har ikke noget, der er rigtig nøjagtigt til at måle hud, som klinikere kan bruge. Dermatologer har brug for bedre kvantitative værktøjer til at bruge, og nemt at bruge.

"Hvis det fungerer godt, kan du gå ind på en klinik, læg din arm på en scanner, din okklusionskurve ville blive plottet, og et passende produkt til din hud kunne anbefales. Vi kunne få mere skræddersyet medicin og udvikle produkter til forskellige hudreaktioner. Det kunne virkelig passe ind i det nuværende fokus på skræddersyet medicin.«