피부의 수분은 피부학과 화장품공학에서 중요한 지표이다. 라만분광분석법은 피부의 각질층에서 물농도곡선을 결정하기 위한 아주 적합한 방법이다. 현재까지 각질층에서 물의 량은 단백질에 대한 물의 비률을 리용하여 결정되였으며 각질층의 다른 성분들은 무시되였다.
이 연구에서는 변경된 다변량곡선분해교체최소두제곱법(tMCR-ALS)을 적용하여 높은 파수구역에서 각질층의 물의 정량결정방법을 개선하였다.
연구목적을 위하여 정교한 광학체계인 공초점라만현미경을 리용하였다.
연구에는 23살부터 62살사이의 6명의 건강한 자원자들이 참가하였다. 광유를 팔앞쪽의 2×2cm2의 표시령역우에 2mg/cm2의 량으로 골고루 바르고 한시간이 지난후 기름을 바른 부위에 대하여 공초점라만현미경의 초점을 2㎛씩 증가하면서 피부속 40㎛의 깊이까지 적어도 10번의 측정을 진행하였다.
측정한 피부의 라만스펙트르(그림)로부터 물-단백질봉우리비에 기초한 두가지 방법(방법 1과 방법 2)들과 tMCR-ALS방법(방법 3)을 리용하여 피부의 물농도를 결정하였다.
방법 1은 높은 파수구역에서 물-단백질비에 기초한 방법이고 방법 2는 지문구역에서 물-단백질비에 기초한 방법이다.
방법 1에서 물의 농도는 다음의 식으로 결정된다.
물농도(%)=(W/P)/(W/P+R)
여기서 P와 W는 각각 단백질(2 910~2 965cm-1)과 물관련봉우리(3 350~3 550cm-1)들의 곡선아래면적이다. R는 물과 단백질의 혼합물로부터 얻어진 교정곡선을 리용하여 계산한 비례상수이다.
방법 2에서는 물의 질량％를 물관련봉우리(3 350~3 550cm-1)와 아미드 Ⅰ의 라만봉우리(1 650~1 676cm-1)의 비로부터 계산한다.
물농도(%)=WHWN/PFP = WHWN/(AUC1650-RWWHWN)
여기서AUC1650는 중심이 1 650cm-1인 봉우리의 곡선아래면적, WHWN는 물관련봉우리(3 350~3 550cm-1)의 곡선아래면적이고 RW는 증류수의 라만스펙트르로부터 결정한 비례상수이다.
방법 3인 tMCR-ALS법은 공개된 원천코드 《MCR-ALS GUI 2.0》을 리용하여 Matlab R2015a로 수행하였다.
방법 3에서 물의 질량퍼센트는 다음의 식으로부터 결정된다.
물농도(%)=mw/M=mw/(mw+ml+mp+mo)
여기서 mw, ml, mp, mo, M은 각각 물, 지질, 단백질, 기름과 피부의 전체 질량이다.
방법 1은 각질층의 0~70%깊이에서, 방법 2는 0~10%의 깊이에서 정확하지 못한 물농도곡선을 계산한다. 방법 3은 각질층에서 화장품기름들의 보습효과와 관련한 최근 자료와 잘 일치하는 결과를 보여주었다.
연구결과는 잡지 《Journal of Raman Spectroscopy》에 《tMCR-ALS method for the determination of water concentration profiles in the stratum corneum of untreated and treated skin in vivo》(https://doi.org/10.1002/jrs.6349)의 제목으로 출판되였다.
