納米技術與化妝品應用研究

納米（namometer，nm） 科技是上世紀60年代初迅速發展起來的一門前沿高新學科，特指在納米尺度空間內，研究電子、原子和分子運動規律和特性的一門嶄新技術。目前，納米科技已成為繼互聯網、基因之后倍受人們關注的又一大熱點，并被認為是對21世紀一系列高新技術產生和發展有極為重要影響的一門學科；同時，納米科技也被世界各國列為21世紀的關鍵技術之一，投入大量的人力物力進行研究開發。目前，結合納米科技所建立和發展起來的相關學科主要包括納米生物學、納米材料學、納米機械學、納米化學、納米電子學等。

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，大約是三四個原子的寬度。人們在研究物質構成的過程中發現，在納米尺度下隔離出來的幾個、幾十個可數原子或分子，顯著地表現出許多新的特性，而利用這些特性并通過物理或化學方法制造出具有特定功能產品的科學技術，就稱之為納米技術。一般來說，納米技術所制造物體的體積不超過數百個納米，其寬度相當于幾十個原子聚集在一起的寬度。由此可見，納米技術是在現代物理學與先進工程技術相結合的基礎上誕生的，是一門基礎研究與應用探索緊密聯系、學科之間交叉性很強的新型綜合科學技術。

在現代科學技術快速發展的今天，納米科技成果已經在現代科技的多個學科領域得以廣泛滲透和發展，其中就包括與人們日常生活密切相關的日用化學工業領域。我們知道，化妝品作為一種特殊日用化工產品，由各種原料或添加劑經過合理配方加工而成。因此，化妝品學也通常被認為是一門交叉性很強的綜合學科，其主要涉及物理、化學、生物、生理、化工工藝、化工工程機械、醫藥衛生、材料等多種學科。因此，在化妝品產品的研發和生產過程中，將納米技術科研成果轉化并應用到新的化妝品產品中，能從根本上大大提高化妝品的性能、科技含量及市場競爭力。正因為如此，納米技術有望在未來的化妝品產業中得到廣泛的應用。

一、納米科技與化妝品納米化

1. 納米科技與納米級功能材料

目前，納米科學的研究主要集中在納米材料領域，取得的成果也多在此。因此，作為納米科技的基石，納米材料和納米結構是當今新興材料研究領域中最富有活力、對未來經濟和社會發展有著十分重要影響的研究對象，也是納米科技中最為活躍、最接近轉化為應用的重要組成部分。

在過去的十幾年里，廣大科技工作者在納米材料的制備、性質、表征乃至應用方面進行了系統和規范性研究，尤其在功能材料方面做了大量的基礎研究工作。所謂功能材料主要是指基于物質的光、電、磁等功能開發的材料。研究發現，納米級功能材料主要可產生小尺寸效應、量子化尺寸、宏觀量子隧道效應以及表面效應。這些功能都是與物質的電子層結構和能級密切相關的。當物質的粒徑下降至納米級時，由于此時物質的粒徑與電子的德布羅意波長接近，因此量子化效應、小尺寸效應等對物質的能級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

一般認為，化妝品對皮膚的清潔、護膚、營養和保護作用主要取決于通過滲透或吸收進入皮膚中的各種功效成分，而傳統工藝所生產的各種活性成分卻往往難以充分發揮作用。我們知道，化妝品的各種性能及質量除了與配方、生產設備和工藝密切相關外，關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，就越容易透過皮膚角質層而到達皮膚深層，起到應有的護膚和療膚效果，反之，即便是很好的配方也不能對皮膚產生應有的護理和保養作用?；诖?，化妝品的研制者一直致力于化妝品功效添加劑粒子細小化的工作，這一點與納米技術點的發展是不謀而合。結合納米生物學、納米材料學等學科優勢將各種化妝品材料／原料納米化的技術，即為化妝品納米化技術。利用納米化技術可使各種納米級化妝品功效成分顆粒能夠順利滲透到皮膚深層，并通過其產生的表面效應和尺寸效應最大限度地發揮護膚、療膚效果。目前，對納米化妝品的研制，第一步是要突破微米級（100～300nm），第二步就是進入國際上所公認的納米尺度(1～100nm)范圍內。

化妝品功效成分納米化后，對人體皮膚所產生的兩個主要效應為表面效應和尺寸效應。（1）表面效應：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，比表面積將會增大，說明表面原子所占的百分數將會顯著地增加；同時由于處于表面的原子數較多，表面原子的晶場環境和結合能與內部原子不同而使得表面原子周圍缺少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性質，易與其它原子相結合而穩定下來，故具有很大的化學活性和反應特性，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，達到使人體肌膚白皙的目的；能夠充分與病原體接觸，達到抑菌和殺菌的作用效果；能夠充分散射和吸收紫外線，達到防曬的目的。（2）尺寸效應：人體皮膚隨年齡的增長及環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，出現皺紋，皮膚抵抗力、免疫力和排除廢物的能力下降，從而出現和加深了各種色素斑點等。因此要在化妝品中加入一些功效成分，對皮膚的生理結構、細胞組成成分及新陳代謝進行修復、保養和調整，使皮膚煥發出青春活力。皮膚的滲透和吸收作用與物質粒子的大小密切相關。隨著化妝品功效成分納米化程度的提高，皮膚組織對功效成分的滲透和吸收就會變得更加快捷和深入，從而能夠對深層皮膚起到深層清潔護理、抑菌殺菌、促進細胞新陳代謝、補充營養和水分等作用，達到增強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和保養，更加健康美麗。

二、納米技術在化妝品中的應用

1. 在化妝品添加劑經皮給藥中的應用

化妝品納米化技術的一個方向是發展化妝品原料納米微粒技術，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與現代藥學結合的產物之一，具有許多作用：容易被組織或細胞吸收，恒速緩釋功效成分并確保功效成分在較長時間維持在有效濃度內，以及增加有效成分穩定性，減少特殊添加劑對皮膚的刺激等，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。納米微球為一種多孔的微粒載體，直徑為納米級。納米微球由于多孔而使球體表面積增加，從而具有更強的吸附能力，可運載更多的有效成分，同時也具有緩釋和定向釋放的效應。目前，應用上述兩種新型載體的多種化妝品已在國外成功上市，市場前景已被業內人士看好。

2. 在化妝品乳化技術中的應用

乳化技術是膏霜和乳液類化妝品制備的重要技術。傳統乳化工藝制備的化妝品膏體其內部結構一般為膠團狀或膠束狀，直徑通常為微米級，對皮膚滲透能力很弱，不易通過表皮和皮膚附屬腺體兩條主要途徑被皮膚所吸收。通過納米乳化技術所制備的化妝品，其膏體微粒直徑可達到納米級。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的利用率隨之大為提高。目前，市場上銷售的此類護膚品在美白、抗衰老等功效方面效果更好。另外，由于此類護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者。

3. 在防曬產品中的應用

防曬化妝品中防曬劑的選擇對防曬產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，國內傳統防曬產品中，常用的防曬劑主要為化學防曬劑（有機防曬劑）和物理防曬劑（無機防曬劑），其中以化學防曬劑為多。化學防曬劑品種多，效果好，但光穩定性相對較差；物理防曬劑光穩定性好，但使用時含量不宜過高。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，對無機材料防曬劑的研究和開發以及多種防曬劑復合使用的研究一直是該領域的研究熱點。最近幾年，應用納米技術開發生產的多種無機防曬劑在化妝品中的應用已經初顯良好的應用前景。納米無機材料在防曬化妝品中應用，可有效解決化學防曬劑的缺點，提高物理防曬劑的防曬效果。目前，這些防曬劑中研究和應用最多的是納米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，但是由于毒性或過深的顏色，限制了他們在化妝品中的使用。納米TiO2作為紫外吸收劑有其獨特的長處。首先，納米TiO2在UVA和UVB波段都表現出吸收，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，這是傳統的有機紫外吸收劑所不具備的特點。納米ZnO也具有類似特點，但吸收峰主要在UVA波段。在美國，FDA已經批準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，國內外以納米TiO2和納米ZnO為原料的防曬化妝品已經面市。

4. 在天然藥物化妝品中的應用

近年來，隨著人們對回歸自然需求的增加，天然藥物化妝品以其獨特的功效和副作用少而在市場上倍受青睞。然而，大多數中藥添加劑有效成分存在分子量大和溶解度差所導致的吸收差利用率低等問題。為了提高藥物的吸收率，利用納米技術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揮。

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

5. 在化妝品包裝材料中的應用

納米化材料可廣泛應用于化妝品包裝材料中，其中應用最為廣泛的是納米塑料。納米塑料的特點是具有耐高溫、耐磨、外觀好（透明度和光澤度）、重量輕，而且質地堅硬等良好的物理性狀；同時，納米塑料還有耐化學腐蝕、耐老化、不生銹和無毒等特點；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中將會有廣闊的應用前景。

三、展望

有科學家預言：納米時代的到來不會很久，它在未來的應用將遠遠超過計算機工業，并成為未來信息時代的核心。納米技術對原子和分子的進一步駕馭，將引發一場比微米技術更為深遠的大規模變革。目前，在化妝品領域內一些較早開展納米化妝品研究的公司或研究機構依托各學科的科研力量，通過不懈努力已經將納米化妝品推向市場。部分納米化妝品已走出微米級進入納米級，其化妝品功效成分微粒達到100nm左右，有望在不久的將來通過進一步努力，爭取使功效成分微粒早日進入國際所公認的納米尺度（1～100nm）。

作為近十年在世界范圍內蓬勃興起的新科技，納米技術是一門嶄新的、面向21世紀的科學技術，已滲透到化妝品學的方方面面，可以預言，隨著納米科學技術的飛速發展，化妝品納米化技術也會發生巨大變革。因此，廣大從事化妝品研制與生產的研究機構或廠家，不妨抓住這一歷史機遇，整合科研力量，迎接挑戰，搶占新的制高點。

（編輯/申利珍）