納米技術(shù)與化妝品應(yīng)用研究

納米（namometer，nm） 科技是上世紀(jì)60年代初迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)前沿高新學(xué)科，特指在納米尺度空間內(nèi)，研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性的一門(mén)嶄新技術(shù)。目前，納米科技已成為繼互聯(lián)網(wǎng)、基因之后倍受人們關(guān)注的又一大熱點(diǎn)，并被認(rèn)為是對(duì)21世紀(jì)一系列高新技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展有極為重要影響的一門(mén)學(xué)科；同時(shí)，納米科技也被世界各國(guó)列為21世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一，投入大量的人力物力進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。目前，結(jié)合納米科技所建立和發(fā)展起來(lái)的相關(guān)學(xué)科主要包括納米生物學(xué)、納米材料學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)等。

作為一種幾何尺度的量度單位，一納米等于十億分之一米，千分之一微米，大約是三四個(gè)原子的寬度。人們?cè)谘芯课镔|(zhì)構(gòu)成的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在納米尺度下隔離出來(lái)的幾個(gè)、幾十個(gè)可數(shù)原子或分子，顯著地表現(xiàn)出許多新的特性，而利用這些特性并通過(guò)物理或化學(xué)方法制造出具有特定功能產(chǎn)品的科學(xué)技術(shù)，就稱(chēng)之為納米技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，納米技術(shù)所制造物體的體積不超過(guò)數(shù)百個(gè)納米，其寬度相當(dāng)于幾十個(gè)原子聚集在一起的寬度。由此可見(jiàn)，納米技術(shù)是在現(xiàn)代物理學(xué)與先進(jìn)工程技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上誕生的，是一門(mén)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用探索緊密聯(lián)系、學(xué)科之間交叉性很強(qiáng)的新型綜合科學(xué)技術(shù)。

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，納米科技成果已經(jīng)在現(xiàn)代科技的多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域得以廣泛滲透和發(fā)展，其中就包括與人們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的日用化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域。我們知道，化妝品作為一種特殊日用化工產(chǎn)品，由各種原料或添加劑經(jīng)過(guò)合理配方加工而成。因此，化妝品學(xué)也通常被認(rèn)為是一門(mén)交叉性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，其主要涉及物理、化學(xué)、生物、生理、化工工藝、化工工程機(jī)械、醫(yī)藥衛(wèi)生、材料等多種學(xué)科。因此，在化妝品產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中，將納米技術(shù)科研成果轉(zhuǎn)化并應(yīng)用到新的化妝品產(chǎn)品中，能從根本上大大提高化妝品的性能、科技含量及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。正因?yàn)槿绱?，納米技術(shù)有望在未來(lái)的化妝品產(chǎn)業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

一、納米科技與化妝品納米化

1. 納米科技與納米級(jí)功能材料

目前，納米科學(xué)的研究主要集中在納米材料領(lǐng)域，取得的成果也多在此。因此，作為納米科技的基石，納米材料和納米結(jié)構(gòu)是當(dāng)今新興材料研究領(lǐng)域中最富有活力、對(duì)未來(lái)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著十分重要影響的研究對(duì)象，也是納米科技中最為活躍、最接近轉(zhuǎn)化為應(yīng)用的重要組成部分。

在過(guò)去的十幾年里，廣大科技工作者在納米材料的制備、性質(zhì)、表征乃至應(yīng)用方面進(jìn)行了系統(tǒng)和規(guī)范性研究，尤其在功能材料方面做了大量的基礎(chǔ)研究工作。所謂功能材料主要是指基于物質(zhì)的光、電、磁等功能開(kāi)發(fā)的材料。研究發(fā)現(xiàn)，納米級(jí)功能材料主要可產(chǎn)生小尺寸效應(yīng)、量子化尺寸、宏觀量子隧道效應(yīng)以及表面效應(yīng)。這些功能都是與物質(zhì)的電子層結(jié)構(gòu)和能級(jí)密切相關(guān)的。當(dāng)物質(zhì)的粒徑下降至納米級(jí)時(shí)，由于此時(shí)物質(zhì)的粒徑與電子的德布羅意波長(zhǎng)接近，因此量子化效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)等對(duì)物質(zhì)的能級(jí)和電子躍遷的影響驟然增加，從而影響了材料性能。

2. 納米材料與化妝品納米化

一般認(rèn)為，化妝品對(duì)皮膚的清潔、護(hù)膚、營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)作用主要取決于通過(guò)滲透或吸收進(jìn)入皮膚中的各種功效成分，而傳統(tǒng)工藝所生產(chǎn)的各種活性成分卻往往難以充分發(fā)揮作用。我們知道，化妝品的各種性能及質(zhì)量除了與配方、生產(chǎn)設(shè)備和工藝密切相關(guān)外，關(guān)鍵取決于化妝品中功效成分的粒子大小。功效成分的粒子越小，就越容易透過(guò)皮膚角質(zhì)層而到達(dá)皮膚深層，起到應(yīng)有的護(hù)膚和療膚效果，反之，即便是很好的配方也不能對(duì)皮膚產(chǎn)生應(yīng)有的護(hù)理和保養(yǎng)作用?；诖耍瘖y品的研制者一直致力于化妝品功效添加劑粒子細(xì)小化的工作，這一點(diǎn)與納米技術(shù)點(diǎn)的發(fā)展是不謀而合。結(jié)合納米生物學(xué)、納米材料學(xué)等學(xué)科優(yōu)勢(shì)將各種化妝品材料／原料納米化的技術(shù)，即為化妝品納米化技術(shù)。利用納米化技術(shù)可使各種納米級(jí)化妝品功效成分顆粒能夠順利滲透到皮膚深層，并通過(guò)其產(chǎn)生的表面效應(yīng)和尺寸效應(yīng)最大限度地發(fā)揮護(hù)膚、療膚效果。目前，對(duì)納米化妝品的研制，第一步是要突破微米級(jí)（100～300nm），第二步就是進(jìn)入國(guó)際上所公認(rèn)的納米尺度(1～100nm)范圍內(nèi)。

化妝品功效成分納米化后，對(duì)人體皮膚所產(chǎn)生的兩個(gè)主要效應(yīng)為表面效應(yīng)和尺寸效應(yīng)。（1）表面效應(yīng)：眾所周知，球形粒子的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積／體積）與直徑成反比，隨著粒子直徑變小，比表面積將會(huì)增大，說(shuō)明表面原子所占的百分?jǐn)?shù)將會(huì)顯著地增加；同時(shí)由于處于表面的原子數(shù)較多，表面原子的晶場(chǎng)環(huán)境和結(jié)合能與內(nèi)部原子不同而使得表面原子周?chē)鄙傧噜彽脑?，有許多懸空鍵，具有不飽和性質(zhì)，易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來(lái)，故具有很大的化學(xué)活性和反應(yīng)特性，晶體微粒化使這種活性表面原子增多，其表面能大大增加，這樣就使得化妝品中功效成分的粒子能充分發(fā)揮其功效。如：能夠充分抑制酪氨酸酶的活性，分解和阻斷黑色素的形成和上浮的通過(guò)，達(dá)到使人體肌膚白皙的目的；能夠充分與病原體接觸，達(dá)到抑菌和殺菌的作用效果；能夠充分散射和吸收紫外線，達(dá)到防曬的目的。（2）尺寸效應(yīng)：人體皮膚隨年齡的增長(zhǎng)及環(huán)境條件的不同而有不同程度的變化，如：真皮中的膠原蛋白減少、分子變硬，致使皮膚逐漸失去彈性和韌性，出現(xiàn)皺紋，皮膚抵抗力、免疫力和排除廢物的能力下降，從而出現(xiàn)和加深了各種色素斑點(diǎn)等。因此要在化妝品中加入一些功效成分，對(duì)皮膚的生理結(jié)構(gòu)、細(xì)胞組成成分及新陳代謝進(jìn)行修復(fù)、保養(yǎng)和調(diào)整，使皮膚煥發(fā)出青春活力。皮膚的滲透和吸收作用與物質(zhì)粒子的大小密切相關(guān)。隨著化妝品功效成分納米化程度的提高，皮膚組織對(duì)功效成分的滲透和吸收就會(huì)變得更加快捷和深入，從而能夠?qū)ι顚悠つw起到深層清潔護(hù)理、抑菌殺菌、促進(jìn)細(xì)胞新陳代謝、補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)和水分等作用，達(dá)到增強(qiáng)肌膚彈性和表面張力的目的，并使人體肌膚最終能得到更加完美的呵護(hù)和保養(yǎng)，更加健康美麗。

二、納米技術(shù)在化妝品中的應(yīng)用

1. 在化妝品添加劑經(jīng)皮給藥中的應(yīng)用

化妝品納米化技術(shù)的一個(gè)方向是發(fā)展化妝品原料納米微粒技術(shù)，即將功效成分包裹在直徑納米尺度的微粒中。載藥納米微粒作為納米技術(shù)與現(xiàn)代藥學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物之一，具有許多作用：容易被組織或細(xì)胞吸收，恒速緩釋功效成分并確保功效成分在較長(zhǎng)時(shí)間維持在有效濃度內(nèi)，以及增加有效成分穩(wěn)定性，減少特殊添加劑對(duì)皮膚的刺激等，因此，載藥納米微粒已成為化妝品活性成分的理想載體和新劑型，在化妝品添加劑經(jīng)皮給藥及控釋和緩釋方面初顯奇效。納米微粒主要包括納米微膠囊和納米微球。微膠囊是指用聚合物薄膜將微量固體、液體或氣體物質(zhì)包裹制成微小囊狀物，厚壁僅為10nm。微膠囊可有效防止各種有效成分間的相互干擾，控制添加劑的釋放速度。納米微球?yàn)橐环N多孔的微粒載體，直徑為納米級(jí)。納米微球由于多孔而使球體表面積增加，從而具有更強(qiáng)的吸附能力，可運(yùn)載更多的有效成分，同時(shí)也具有緩釋和定向釋放的效應(yīng)。目前，應(yīng)用上述兩種新型載體的多種化妝品已在國(guó)外成功上市，市場(chǎng)前景已被業(yè)內(nèi)人士看好。

2. 在化妝品乳化技術(shù)中的應(yīng)用

乳化技術(shù)是膏霜和乳液類(lèi)化妝品制備的重要技術(shù)。傳統(tǒng)乳化工藝制備的化妝品膏體其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般為膠團(tuán)狀或膠束狀，直徑通常為微米級(jí)，對(duì)皮膚滲透能力很弱，不易通過(guò)表皮和皮膚附屬腺體兩條主要途徑被皮膚所吸收。通過(guò)納米乳化技術(shù)所制備的化妝品，其膏體微粒直徑可達(dá)到納米級(jí)。這種化妝品在皮膚各層的滲透性可以明顯增加，而皮膚的選擇性吸收物質(zhì)的利用率隨之大為提高。目前，市場(chǎng)上銷(xiāo)售的此類(lèi)護(hù)膚品在美白、抗衰老等功效方面效果更好。另外，由于此類(lèi)護(hù)膚品不含或少含表面活性劑，因此，尤其適用于敏感皮膚消費(fèi)者。

3. 在防曬產(chǎn)品中的應(yīng)用

防曬化妝品中防曬劑的選擇對(duì)防曬產(chǎn)品功能具有決定性作用，是防曬化妝品配方的核心所在。目前，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)防曬產(chǎn)品中，常用的防曬劑主要為化學(xué)防曬劑（有機(jī)防曬劑）和物理防曬劑（無(wú)機(jī)防曬劑），其中以化學(xué)防曬劑為多?；瘜W(xué)防曬劑品種多，效果好，但光穩(wěn)定性相對(duì)較差；物理防曬劑光穩(wěn)定性好，但使用時(shí)含量不宜過(guò)高。因此，在最大限度地追求防曬劑的安全性、高效、廣譜和降低成本方面，對(duì)無(wú)機(jī)材料防曬劑的研究和開(kāi)發(fā)以及多種防曬劑復(fù)合使用的研究一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。最近幾年，應(yīng)用納米技術(shù)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的多種無(wú)機(jī)防曬劑在化妝品中的應(yīng)用已經(jīng)初顯良好的應(yīng)用前景。納米無(wú)機(jī)材料在防曬化妝品中應(yīng)用，可有效解決化學(xué)防曬劑的缺點(diǎn)，提高物理防曬劑的防曬效果。目前，這些防曬劑中研究和應(yīng)用最多的是納米TiO2，其次為納米ZnO和SiOx。其他一些金屬氧化物的納米粒子如Fe2O3，Cr2O3，盡管也具有紫外吸收性質(zhì)，但是由于毒性或過(guò)深的顏色，限制了他們?cè)诨瘖y品中的使用。納米TiO2作為紫外吸收劑有其獨(dú)特的長(zhǎng)處。首先，納米TiO2在UVA和UVB波段都表現(xiàn)出吸收，是廣譜紫外吸收劑。其次，除了能夠吸收紫外線，它還可以在一定程度上散射紫外線，這是傳統(tǒng)的有機(jī)紫外吸收劑所不具備的特點(diǎn)。納米ZnO也具有類(lèi)似特點(diǎn)，但吸收峰主要在UVA波段。在美國(guó)，F(xiàn)DA已經(jīng)批準(zhǔn)TiO2和ZnO為化妝品的原料，而日本甚至要求防曬化妝品中必須加入納米TiO2。目前，國(guó)內(nèi)外以納米TiO2和納米ZnO為原料的防曬化妝品已經(jīng)面市。

4. 在天然藥物化妝品中的應(yīng)用

近年來(lái)，隨著人們對(duì)回歸自然需求的增加，天然藥物化妝品以其獨(dú)特的功效和副作用少而在市場(chǎng)上倍受青睞。然而，大多數(shù)中藥添加劑有效成分存在分子量大和溶解度差所導(dǎo)致的吸收差利用率低等問(wèn)題。為了提高藥物的吸收率，利用納米技術(shù)直接將難溶解的中草藥納米化，制備成化妝品添加劑，可有效增加中藥添加劑有效成分溶解速率和接觸面積，可使皮膚對(duì)天然藥物成分的吸收更加順利，從而使天然藥物藥效得以充分發(fā)揮。

“納米中藥”是我國(guó)科研工作者首先提出的研究方向。徐輝碧教授等人在對(duì)雄黃進(jìn)行納米化處理后，發(fā)現(xiàn)其對(duì)腫瘤細(xì)胞S180和上皮細(xì)胞ECV-304的細(xì)胞毒性和細(xì)胞凋亡作用呈現(xiàn)明顯的尺寸效應(yīng)。納米石決明在對(duì)血清微量元素的藥效上也表現(xiàn)出類(lèi)似作用。這些研究充分體現(xiàn)了中藥的納米化對(duì)其效果提高的影響。采用納米化的人參、靈芝、黃芪等代替相應(yīng)提取物，在很大程度上提高了藥物的吸收率和利用率，同時(shí)在一定意義上達(dá)到了延長(zhǎng)藥效的效果。因?yàn)榧{米化的中藥吸收很快，但是釋放卻不像提取物那樣迅速，是相對(duì)緩慢的釋放過(guò)程。這對(duì)功能性化妝品具有重要意義。如人參、蘆薈、靈芝和黃芪等經(jīng)納米化后添加到化妝品中，其產(chǎn)品功效可明顯提高。因此，中藥添加劑有效成分納米化技術(shù)在天然藥物化妝品中的應(yīng)用具有非常重要的意義。

5. 在化妝品包裝材料中的應(yīng)用

納米化材料可廣泛應(yīng)用于化妝品包裝材料中，其中應(yīng)用最為廣泛的是納米塑料。納米塑料的特點(diǎn)是具有耐高溫、耐磨、外觀好（透明度和光澤度）、重量輕，而且質(zhì)地堅(jiān)硬等良好的物理性狀；同時(shí)，納米塑料還有耐化學(xué)腐蝕、耐老化、不生銹和無(wú)毒等特點(diǎn)；此外，納米塑料還有物理祛臭和抗菌作用。因此，納米塑料在化妝品行業(yè)中將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。

三、展望

有科學(xué)家預(yù)言：納米時(shí)代的到來(lái)不會(huì)很久，它在未來(lái)的應(yīng)用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)計(jì)算機(jī)工業(yè)，并成為未來(lái)信息時(shí)代的核心。納米技術(shù)對(duì)原子和分子的進(jìn)一步駕馭，將引發(fā)一場(chǎng)比微米技術(shù)更為深遠(yuǎn)的大規(guī)模變革。目前，在化妝品領(lǐng)域內(nèi)一些較早開(kāi)展納米化妝品研究的公司或研究機(jī)構(gòu)依托各學(xué)科的科研力量，通過(guò)不懈努力已經(jīng)將納米化妝品推向市場(chǎng)。部分納米化妝品已走出微米級(jí)進(jìn)入納米級(jí)，其化妝品功效成分微粒達(dá)到100nm左右，有望在不久的將來(lái)通過(guò)進(jìn)一步努力，爭(zhēng)取使功效成分微粒早日進(jìn)入國(guó)際所公認(rèn)的納米尺度（1～100nm）。

作為近十年在世界范圍內(nèi)蓬勃興起的新科技，納米技術(shù)是一門(mén)嶄新的、面向21世紀(jì)的科學(xué)技術(shù)，已滲透到化妝品學(xué)的方方面面，可以預(yù)言，隨著納米科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，化妝品納米化技術(shù)也會(huì)發(fā)生巨大變革。因此，廣大從事化妝品研制與生產(chǎn)的研究機(jī)構(gòu)或廠家，不妨抓住這一歷史機(jī)遇，整合科研力量，迎接挑戰(zhàn)，搶占新的制高點(diǎn)。

（編輯/申利珍）