皮肤防晒化妆品的技术革命

来源:用户上传      作者: 丁克祥

　　目前，人们讨论得最多、也最为引人关注的话题之一就是全球气候变暖和人类环境污染及这种污染所造成的温室效应。然而，我们可能还没有完全将注意力集中在这些负面效应可能在地球的南北两极上各形成一个巨大的臭氧层空洞的多层面防护问题。因为，这种“空洞”将不仅可能使地球的大气源源不断地从臭氧层上的空洞泄漏出去，而且，也可能将有害的紫外线辐射从臭氧层空洞里涌进大气层。如果大气泄漏或紫外线的涌入保持现在的速度，那么地球上的人类将在不久地将来面临着巨大的生存危机、甚至是环境恶化灾难。尤其是同温层里那薄薄的臭氧层，像一道天然屏障，阻挡了太阳紫外线中的有害辐射，使在地球上生存的人类和所有生物免受了强烈紫外线的破坏和损伤。
　　然而，如果人类赖以生存的生态环境进一步遭受破坏，尤其是臭氧层的臭氧含量进一步减少，进入地球的紫外线强度将会日益增加。而当人类长时间、大剂量遭受紫外线照射的时候，会对皮肤乃至整个机体造成很大的损伤。由于皮肤是机体最外层的器官和组织，因此，受紫外线的损伤将会更加突出和明显。
　　通常，当紫外线照射在皮肤表面的表皮层时，皮肤表面将会首先变红、甚至红肿及脱皮；而当紫外线继续照射穿透并进入皮肤真皮层时，则会导致真皮层的细胞基质和结缔组织及胶原蛋白和弹性纤维及网状纤维损害，久而久之就会产生明显的皮肤粗糙、弹性降低、皱纹增多或加深、并最终会形成皮肤过早衰老及光老化；此外，强烈的紫外线的照射还会使皮肤表皮基底细胞层内的大量黑素细胞增生活跃、多巴反应明显加强、炎性细胞逐步浸润、皮肤浅表部位多种细胞所表达和释放的多种促黑素物质增加；同时，加快产生组胺、5一羟色胺、内皮素、促黑色素细胞生成激素、自由基及其衍生物等，使皮肤出现色素沉着及晒黑或晒斑；更加严重的是，如果我们长期疏于对紫外线照射的有效防护，将可能出现严重的日光性皮炎、皮肤硬化、甚至可能发生危及生命的皮肤肿瘤。因此，前瞻性提高对对紫外线损伤的认识和防护、特别是在紫外线防护制剂及防晒性美容化妆品研制的创新性及技术革命显得尤其必要和重要。
　　事实上，近些年来，随着人类物质及生活水平的提高和自身保护意识的增强，人们越来越注重皮肤防晒，也在各种皮肤防晒遮光剂、防晒添加、天然防晒功效成分以及相关皮肤防晒制剂和化妆品剂型方面做了大量工作。
　　
　　一　当前防晒剂的应用现状
　　
　　目前，根据皮肤防晒剂的作用原理和来源主要可将其分为三类：物理防晒剂、化学防晒剂、天然防晒剂。其中，目前应用较多的防晒剂仍为物理和化学防晒剂。如物理防晒剂：主要有二氧化钛、氧化锌、陶土、高岭土等粉末状物质。随着纳米技术发展，已有纳米二氧化钛和纳米氧化锌防晒剂。它们均可以在皮肤表面形成保护膜，靠其有效的阳光反射作用，使得紫外线无法穿透皮肤表面，从而，屏蔽和防护阳光中紫外线、达到皮肤防晒之目的。又如化学防晒剂：则主要是靠对紫外线的有效吸收作用，使阳光中大量紫外线被吸收在皮肤之外的化妆品中、并其转化为热量全部释放出去，从而达到皮肤紫外线防护及防晒的功效。如甲氧基肉桂酸异辛酯(OMC)、octocrylene、辛一水杨酸(OCS)、PABA(对一胺基苯甲酸)、聚羟基硬脂酸(polyhydroxy-stearic acid)、二乙基胺羟苯基己基苯甲酸盐(Diethyl amino ydroxylbenzoyl hexylbenzoate)等都是目前较为常用的化学性防晒剂。当然，也有一些使用某些天然防晒剂，如黄芩苷、白藜芦醇、茶多酚、甘草黄铜、以及某些天然植物提取的自由基的清除剂等。
　　总体上来讲，虽然当前使用的防晒剂均具有一定的安全性和皮肤防晒效果，但实际上仍然存在一些不尽人意的地方，如物理防晒剂有摩擦皮肤感、手感欠缺，特别是某些具有较高防晒系数(Sun Protection Factor，SPF)的防晒产品，需要添加大剂量的二氧化钛、氧化锌等，在皮肤均匀铺展后皮肤原色掩盖、略显不自然或具有明显的“涂脂抹粉”现象。尽管有些新型纳米级物理防晒剂超微细粉的应用可使手感和舒适感及防晒效果提高，但这有可能增加对皮肤毛孔及皮脂腺和汗腺等堵塞的可能性、或使皮肤组织天然的通道及通透性减弱，甚至可能会增加油性皮肤粉刺发生率、加重痤疮，并可能引起接触性皮炎等皮肤疾病。而化学防晒剂虽然具有紫外线吸收及防晒功能，但在吸收紫外线的过程中，本身也会在紫外线的作用下发生分解、裂变、稳定性下降等。通常情况下，化学防晒剂对光稳定性不高，其光降解作用降低了化学防晒剂对紫外线的防护作用。有科研人员曾经测试，目前在防晒化妆品中使用的化学防晒剂在经过10倍最小红斑紫外线剂量辐射后，大约有近70％的光降解。由于化学防晒剂的光降解效应，使其配方中必须添加较高剂量的化学防晒剂才能保证使用时有足够高的防晒系数(SPF)及紫外线防护效果。而过多的化学防晒剂，又容易发生对皮肤的刺激性，甚至使皮肤出现过敏、光敏、起红疹、皮肤发炎、老化和变黑及接触性皮炎等。另外化学防晒剂较易渗透入皮肤，特别是降解后的小分子，更容易被皮肤吸收，这又可能对皮肤产生潜在的蓄积性毒副作用，加上防晒化妆品在皮肤上搽涂的面积大，使用时间长，且承受烈日曝晒，因此，确保防晒产品的安全性和稳定性及有效性非常重要。
　　由此可见，一种优质的皮肤防晒化妆品，在使用过程中不仅要具有良好的防晒效果，而且还应具有较好的使用安全和舒适性及产品稳定性。而要达到这些指标，不仅要充分考虑所用防晒剂及功效成分的重要理化特性和生物学作用，而且，还要充分考虑如何维护和确保这些功效成分的理化特性和生物学作用稳定及高效发挥，而这些不仅与配方和制备工艺技术有关，实际上也与所使用的载体制剂有很大的关系。面对某些防晒剂及其过多、过久、过频使用可能出现的皮肤刺激性、致敏性、毒副作用及防晒效率降低等问题，是通过降低防晒剂在化妆品中的含量、或是合成更高效的防晒剂，还是去发现或挖掘、或者提取分离出一些新的天然防晒剂?显然，降低防晒剂的用量并不一定能解决防晒剂的稳定性，反而由于防晒剂的不稳定性，光分解加速会使其防晒的有效性会大大降低；合成更高效的防晒剂，需要投入大量人力物力财九也不一定能解决好防晒剂的安全性和稳定性；或者去提取分离出一些新的天然防晒剂，同样也不一定能确保防晒剂的稳定性、有效性和安全性。如何使得防晒剂更好的应用于化妆品之中，且能保持防晒剂良好的稳定性和有效性及降低其刺激和过敏性，又如何使那些添加到防晒化妆品中的防晒剂只在需要的时候、即在达到紫外线损伤强度时才定时释放、并

最大限度地发挥其生物学作用，已成为当今同学科领域高度关注、且最具挑战性的难题之一，也被誉为防晒化妆品创新性研制的革命性技术。
　　
　　二　光控引爆智能防晒化妆品研制的设想
　　
　　随着智能高分子生物材料研究和应用的飞速发展，人们对智能生物材料的研究开发和应用产生了极大兴趣，特别是在医药和生物学领域中，由于智能高分子生物材料可模拟外界环境条件，并通过人为调控其PH值、温度、化学结构、光、电、磁等条件，其自身的性能可随之而变化，其应用前景十分的广阔。在医药和生物制药领域中，高分子生物材料可随机体的生理条件的变化而控制药物的释放及其代谢，从而可以达到使目的药物缓释、控释及定时、定量、定位释放的智能化、自动化调控的目的。根据这些智能高分子生物材料所具有的理化特性、反应原理和技术方法，有可能将其合理延伸并灵活应用到护肤保健和美容化妆品领域。
　　由于目前用于皮肤防晒的制剂尚存在一定的应用局限和技术不足，因此，我们希望研制一种可以通过紫外线照射时间及剂量调控的光控智能防晒剂化妆品，即利用某些智能高分子生物材料作为载体，而此载体对紫外线照射时间及剂量的刺激具有较为敏感的反应性和可感知性，并通过此反应性和感知性迅速作出自反馈响应，从而达到智能化控制防晒剂的实时释放，即防晒剂只在需要时释放或加快释放，不需要时则不释放或者停止释放，从而达到防晒剂智能化控制的目的。这一技术一方面需要把某些单一或复合防晒剂包裹和封闭在用某些智能高分子生物材料制备的载体之中，以提高防晒功效成分在防晒化妆品及自然环境中的稳定性，从而大大降低防晒剂的分解和降解率；另一方面需要在这些智能高分子生物材料制备的载体之中添加一种具有光敏效应的响应剂，当有紫外线照射到一定时间或达到一定剂量时，该光敏剂即可迅速响应，使包裹有防晒剂的囊膜渗漏，内含的防晒剂增加释放，照射时间越长、照射剂量越大，防晒剂释放越多、越迅速，从而达到有效防晒的目的。也就是说，防晒剂只在需要的时候才会从载体中释放，而不需要的时候就在载体中，这样可以减少防晒剂与皮肤直接接触的剂量和时间，大大减少防晒剂及其降解物对皮肤的刺激性、过敏等不良反应，使防晒剂应用的安全性得以大大提高。以下是我们对于研制光控智能防晒剂化妆品的初步设想。
　　1　利用已有的光敏高分子材料或合成新光敏材料作为防晒功效成分的载体。如光敏感高分子凝胶可因光辐照而发生体积相转变的特性，当紫外光辐照时，凝胶网络中的光敏感基团发生光异构化或光解离，导致基团构象和偶极矩变化而使凝胶溶胀而控制凝胶内的防晒剂释放。还有学者合成一种光降解的聚合物，在特定紫外线波长范围内照射时，偶联键断裂，聚合物进而降解为小分子。如采用此材料制得的微胶囊，将防晒功效成分包裹其中，在紫外光照射时，聚合物合成的微胶囊降解或溶解，生物活性物质和功效成分得以释放，在皮肤防晒方面无疑意义重大，并具有广阔的应用前景。
　　2　在普通载体中加入光敏材料。在紫外光的照射下，光敏材料被打开，在载体上形成孔，防晒功效成分就能从中孔中释放出来；而没有紫外线或减弱的情况下光敏材料的构相发生变化，将载体上的孔关闭，通过这样达到智能控释效果。如在凝胶中引入光敏成分如三苯基甲烷无色氰化物、叶氯酸钠盐或偶氮化合物，水凝胶受光照而引起构型的改变或光解离，属于光异构化反应，使得发色团的偶级矩和几何结构改变而引起的聚合物溶胀体积的不连续变化，常见的异构化反应有无色三苯基甲烷衍生物解离和偶氮基团的顺反异构。光响应高分子凝胶的最大特点是响应过程具有可逆性，离开光的作用凝胶会恢复到原来的状态。
　　3　用一般材料做载体外膜，在防晒成分中加入光敏物质，使之溶胀或者产生压力使得冲破载体外膜达到控释的效果。有学者制备了一种光照引发膜破裂的载体，他们在膜载体中包装一种称之为AIBN的材料，同时包裹生物活性物质和功效成分。当光照时，其中AIBN立即分解产生氮气，氮气产生的压力将膜胀破，膜载体中所包裹的生物活性物质和功效成分迅速得以释放，而发挥应有的生物学作用。
　　这些设想能否实现，需要更多的深入的研究。而关键的问题是寻找或合成一种合适的光敏性智能材料，这种光敏材料要在特定的波长内响应，而在特定波长外条件下不响应，从而达到智能控制的效果。
　　
　　三　光控智能防晒化妆品研制的设计
　　
　　以智能分子材料作为功效成分释放的载体，并集传感、处理及执行功能于一体，对外界刺激可感知，并根据自反馈做出响应，这种系统即为药物智能控释系统。而将这些载体应用于防晒领域，给了我们很好的思路。本设计介绍了一种光控智能防晒剂化妆品的实施举例，希望对本领域研究人员起到抛砖引玉的效果。本设计以生物载体作为包裹防晒剂的微囊载体，并在此生物载体中加入一种对阳光中紫外线具有灵敏响应的光敏响应剂，这种光敏响应剂在阳光中紫外线照射作用下，立即加快微囊载体膜双脂质结构分子层的流动性而发生载体囊膜渗漏、甚至崩解，从而逐步释放出包裹在其中的防晒剂、以发挥其特有的皮肤防晒作用；而在没有紫外线或弱紫外线下时，光敏响应剂难以启动响应，微囊载体膜双脂质结构分子层的流动性减慢或流动性不变，从而可以达到光控智能防晒的效果。
　　1　光敏微囊载体材料筛选的初步设计：在光敏微囊载体材料的选择中，主要包括可形成微囊的材料、对紫外线敏感的光敏响应剂和防晒剂三个部分。所选择的防晒剂可以根据需要选择单一防晒剂或复合防晒剂，但防晒效果应该是同学科领域所公认、并被实验研究和临床应用及消费者反映是最为有效的、且能被微囊载体完全包裹、并不影响微囊载体结构完整性和稳定性的防晒剂；而选择的对紫外线敏感的光敏响应剂则应该能与微囊载体融为一体、且也不影响微囊载体结构完整性和稳定性及对皮肤无刺激性的材料。此外，对于整个体系中辅料的选择也尤其重要，如合理的PH缓冲液、合适的离子浓度、以及微囊载体膜的稳定剂、抗氧化剂、防晒协同体系等。需要特别说明的是，辅料也是整个组方及材料选择中的重要组成部分，不同辅料组成，对体系的影响有很大的影响。合适的辅料能促进微囊载体的形成，且能使整个体系更加稳定。因此，本设计光敏微囊载体的主要材料选择时应根据其相关原料各自特有的理化性质和化学结构和本设计载体系统特点，对整个体系的成分进行系统的研究，使其达到一个稳定，效果良好，智能控释的系统。总的来说，整个体系应该是：适合皮肤外用，易于涂布；体系稳定，具有良好的智能控释性能；安全性好，无不良反应及皮肤刺激

性和过敏反应，防晒效果良好等特点。处方筛选可采用正交实验设计、均匀设计等优化方法，对多个处方进行评价，筛选出最优组方。
　　2　光敏微囊载体的制备工艺初步设计：称取处方量的微囊载体原料、并置于合适的容器之中后，立即加入溶剂，并置于65℃水浴中，液体快速混合器充分搅拌使其完全溶解，然后置于旋转蒸发仪上旋转蒸发，使微囊溶液逐步成膜；通过减压除去溶剂，即可制备得到微囊载体薄膜。再取经过一定温度预热的处方量PH缓冲液、抗氧化剂、囊膜稳定剂及相应防晒剂，分别加至含有微囊载体膜的容器中，继续置于65℃恒温水浴中充分搅拌水合作用10min，使其与微囊膜充分反应；再于室温自然搅拌30min，使其充分混匀，即可得到具有防晒功效的光敏微囊载体。将此光敏微囊载体按照一定的比例添加到各种不同类型的化妆品基质之中，即可制备出不同剂型的光控智能皮肤防晒化妆品。
　　3　光敏微囊载体的质量评价体系设计：对于已经制备好的光敏微囊载体，需要采用较为科学的质量评价体系进行鉴定，以便未来对其应用进行可靠的质量控制与评估，达到光敏微囊载体所需条件和质量标准。
　　①对光敏微囊的形态学鉴定：该鉴定主要观察光敏微囊的粒径大小和外观形态，此指标可以采用扫描电镜、激光散射法或激光扫描法测定。如采用电镜观察，将防护体系混悬液稀释后取一滴置于铜网上，以滤纸吸收边缘的液体，干煤后用2％的磷钨酸负染色，置于电镜下即可观察。
　　②渗漏率的检测：就是在设计剂量和时间的紫外线照射下和没有紫外线照射条件下，　光敏微囊载体膜内防晒剂渗漏率的大小。渗漏率=(放置前介质中药物量一放置后介质中的药量)／制剂中药量×100％。本设计的光敏微囊载体的防晒原理是：紫外线可以引起光敏材料发生构相变化，增加微囊载体膜的流动性防晒剂成分释放增加；反之在紫外线弱的情况下降低膜流动，可减小渗漏率。如果渗漏率太大，则达不到控释的效果，太小了就达不到防晒的效果。因此，要根据渗漏率的大小调整整个组亢以达到最佳的智能防晒效果。
　　③包封率的测定：以10mg防晒剂配制标准液，在荧光分光光度计上绘制出标准曲线。取光敏微囊载体混悬液0.5mL，再加入4mL缓冲液，3000r／min，20min(具体条件根据实验结果调整)离心沉淀，取上清液用于测定游离药物的含量。取少量光敏微囊载体，加入少量变性剂破坏微囊载体膜，加适量PBS液稀释至标准曲线范围，用于测定总的防晒剂浓度。根据标准曲线测定游离及总的防晒剂浓度，根据公式：包封率=(总的防晒剂浓度一游离防晒剂浓度)／总的防晒剂浓度×100％，即可算出光敏微囊载体的包封率。
　　④稳定性鉴定：稳定性鉴定对于考察反馈调整光敏微囊载体组方至关重要。考察条件：一般需进行影响因素(高湿、强光、高温、低温等)试验、加速试验和长期留样试验(25℃、RH60％或室温条件)。考察指标：通常包括性状、pH值、分层、渗漏率、微生物限度等关键指标。
　　⑤光敏微囊载体防晒效果研究：对于本设计光敏微囊载体防晒效果可从动物实验和人体实验两部分去考虑。在动物实验中，可采用健康白色豚鼠j脱毛后，第二天进行实验，在脱毛部位使用本设计的光敏微囊载体，于紫外灯下距光源20cm直接照射。之后观察24h内动物皮肤的变化情况，并与没使用防晒剂部位进行比较。同样，在人体预试验中，可在自愿受试者(男女各半)的手臂内侧使用本设计的光敏微囊载体，于夏季阳光充足条件下直接照射，观察24h内人体皮肤的变化情况。由此可确定光敏微囊载体的防晒效果和使用安全性。通过以上质量控制及评价方法，可以确定光敏微囊载体的性质，稳定性以及智能控释的效果。如果达不到智能防晒应用的要求，可通过质量控制反馈的结果对组方和制备工艺进行不断调整，反复摸索。只要我们不断努力探索，定能研制一种稳定性好、安全性高、皮肤防晒效果好、且具有革命性突破的智能控释防晒剂产品。
　　
　　结语
　　
　　随着可自动化调控的智能化理念的不断完善和更新及发展，智能高分子生物材料在美容化妆品领域中应用上引起了人们越来越大的兴趣。迄今为止，由于这类材料的敏感机制还不是很清楚，因此在化妆品领域应用也寥寥无几。本文通过将一种智能高分子生物载体与光敏响应剂相结合的方式设计一种光敏微囊载体，并将目前公认的单一或复合防晒剂包裹和封闭其中，当人体所处环境中紫外线量较少时，光敏微囊载体双分子层的膜流动性降低，阻止微囊载体膜内部的防晒剂向外渗漏和释放，此时光敏微囊载体膜处于“关闭”状态；而当阳光中紫外线较为强烈，且紫外线强度逐步增大时，光敏微囊载体膜结构发生改变，此时的紫外线迅速导致光敏微囊双分子层膜的流动性增强，使光敏微囊膜处于“开放”状态，囊膜内部的防晒剂迅速渗漏并向外释放，从而达到光控智能防晒的效果。当然，我们也可以将防晒剂通过物理包埋或共聚键合于智能材料聚合物网络之中，通过光敏效应实现对防晒剂的智能缓释和控释作用，这对于目前防晒剂及其制剂研制的传统观念和常规方法而言，无疑是一次值得尝试和探索的技术革命。
　　但需要特别强调和说明的是，要真正研制成一种长时间稳定、成熟应用的光控智能防晒体系，仅目前我们所做的初步设计和阶段性研究工作还远远不够，未来还需要进行更多更长、更深入和系统的反复研究和不断探索，并需要在整个体系的原理设计、制备工艺、操作方法、质量标准、控制技术、评价体系、鉴定方法、安全性试验、疗效试验和实际应用中反复实践和不断验证及研发，才有可能梦想成真，以实现真正意义上的技术创新和革命性突破，我们相信人类的智慧和努力及未来科技进步，定会在不久地将来在此领域有所作为并取得更大的成就。
　　
　　编辑／华雯

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