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化妆品的种类繁多，从清洁类的洗面奶、沐浴露，到保养类的润肤乳、精华液，再到美容类的香水、唇彩等，几乎人人都会用。细心的人可能还会留意一下化妆品的成分表，看看我们每天往脸上涂的究竟是哪些东西。如果对化妆品有一些了解，大家会注意到，尽管不同化妆品的成分千差万别，但除水以外，主要就是保湿剂、防腐剂、有效成分和表面活性剂等几大类。保湿剂用于保湿，有效成分是化妆品发挥作用的关键，防腐剂使产品具有一定的保质期，那么表面活性剂是起什么作用的呢？大家可别小看了表面活性剂，因为它们是化妆品中不可或缺的一份子。 表面活性剂——我们是两面派 表面活性剂（surfactant）指的是一类能够降低液体的表面张力，或液-液，液-固相的界面张力的化合物。它的英文名字surfactant就是surface active agent [1]的合成词，表示“表面活性剂就是能使表面（或界面）活性增强的物质”。 日常生活中常见的肥皂就是典型的表面活性剂。肥皂可以用来洗净衣服、皮肤表面的油渍，而单用水却不容易洗掉，因为油是不溶于水的。那么，肥皂为什么能够洗净油渍呢？这得归功于表面活性剂的“两面派”特性。肥皂的成分是脂肪酸金属盐，它一头易溶于水，我们称之为“亲水基团”；另一头则难溶于水而易溶于油，我们称之为“憎水基团”或“亲油基团”。正因为这样特殊的结构，肥皂能够一头扎进水中，另一头扎进油中。这样，水拉着肥皂分子，肥皂分子再拉着油，就把油渍从衣服上拉下来啦！ 表面活性剂分子中同时具有亲水基团和亲油基团，这种特性也叫做“双亲”（amphiphilic）。由于表面活性剂的这种特性，在适当浓度时，它们在水中能形成胶束（micelle）[1]：亲水的头部被水吸引朝外，亲油的尾部被水排斥从而朝里。在洗衣服的过程中，油渍就是被亲油基团拉到胶束的内部，而整个胶束又被水带走。如果是在油性环境中，它们又可以形成反胶束（inverse micelle），即头在内尾在外。这些胶束在化妆品中有着举足轻重的作用。
图1. 胶束示意图。图片来自Nature Materials 9,381–382 (2010)
图2. 反胶束示意图。图片来自http://www.britannica.com 化妆品为什么需要表面活性剂？ 常见的化妆品一般都是膏状或乳霜状的，其中既含有油也含有水，而且分散得非常均匀。水油不相容，那如何能使它们在护肤品中和平共处呢？表面活性剂在这时就发挥了重要的作用——乳化作用（Emulsification）。在水性环境中，表面活性剂形成胶束，把油的小颗粒包裹在胶束的中心，相当于在油颗粒外面套上了一件亲水的外衣，使它们能够自在又均匀地分散在水中，形成稳定的乳液（emulsion）。而当乳液被涂到皮肤上时，这些胶束就会破裂，从而释放出油颗粒（通常即是化妆品的有效成分）被皮肤吸收。 并非所有的化妆品有效成分都是油性的，有些有效成分是水溶性的，所以需要油和水的成分能够均一分布。另外，纯油性的有效成分在纯品或浓度较高时很不美观[1]，大概不会有人想把它们往脸上或身上涂；高浓度的有效成分也不能起到最佳的护肤效果——比如甘油可以保湿，但必须用水稀释，如果用纯甘油，非但不能保湿，反而会吸走皮肤里的水分。所以，制作成乳液，不仅更美观，也适当稀释了有效成分，使得它们能发挥出更好的功效。那么，我们能不能买回高浓度的护肤有效成分，等使用的时候再自己稀释呢？这种想法并不实际，因为这样非但不方便，水和油的比例也难以控制。还是让制造化妆品的专业人士为我们代劳吧。 在上面讨论的情况中，表面活性剂在化妆品中是起着幕后英雄的作用，但对于清洁类化妆品来说，比如洗面奶和洗发水，表面活性剂就成了主角。表面活性剂的一大特性就是能够去除油污。当然，皮肤受不了肥皂、洗衣液那样强烈的表面活性剂，所以一般化妆品会选用温和无刺激，并且不易引起过敏反应的表面活性剂。 除此之外，表面活性剂还能起护理（condition）的作用。由于它们一般带有“油性”的部分（亲油基团），表面活性剂能改善皮肤或头发的手感，本身能起到一定的护理作用。比如在护发素中常用的司拉氯铵（Stearalkonium Chloride）[2]，是一种阳离子性表面活性剂，它的亲水基团是带正电荷的，从而能够被头发受损蛋白部位的负电荷所吸引，不易被水洗掉，能够留在头发上起到护理的作用。由于受损的带负电荷的头发相互排斥，使用阳离子表面活性剂季铵盐，如山嵛基三甲基氯化铵（behentrimonium chloride），还能起到中和电性，减少毛糙的效果。 由此可见，表面活性剂在化妆品中起着乳化、清洁和护理等多种作用，化妆品的确离不开它们。而近几十年来在化妆品中应用的新型表面活性剂——脂质体，更是让化妆品的护理效果如虎添翼。 脂质体：非典型表面活性剂 在分子层面上，脂质体有着与普通表面活性剂一样的“双亲”特性，但是它更为挑剔：必须是由脂类分子，如磷脂来构成。而且与普通表面活性剂不同，这些脂类分子并不组成胶束，而是形成双分子层微囊。如图3所示，磷脂分子尾靠尾排在一起，而头分别是伸向周围环境和微囊内部。这样特殊的结构和分子组成，使脂质体较普通表面活性剂来说有很多优势。 我们知道人体的细胞膜就是由磷脂双分子层构成的，脂质体的组成成分——磷脂分子和细胞膜的主要成分完全一样[3]，所以用脂质体做表面活性剂无毒且不会引起过敏，这对于化妆品来说是非常重要的。其次，与细胞膜相似的结构和组成，使脂质体能更好地进入皮肤深层，送入内部携带的营养成分。 也有观点认为，脂质体甚至能与细胞融合[4]，把有效成分直接送入细胞里，不仅更有针对性，而且递送过程持续时间更长，达到缓释的效果。另外，由于脂质体的双分子层结构，内部的空腔可以携带水分和水溶性营养物质，有利于提供营养并保持肌肤水润。因为其优异的特性，很多高端护肤品会选用脂质体作为有效成分的载体[5]，把有效成分送入皮肤深层并且缓慢释放，达到迅速吸收又长时间滋养的效果。
图3. 脂质体结构示意图 。图片来自http://coudremode.com/my-current-fabric-obession 参考资料： [1] (1, 2, 3) 化妆品中的表面活性剂介绍 [2] 化妆品中有哪些表面活性剂 [3] 什么是脂质体 [4] 化妆品中的常用名词和产品成分表 [5] Applications of Liposomes, D.D. LASIC, Handbook of Biological Physics, Volume 1, 1995 Elsevier Science |
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