作者：博乐达创始人——吕绍祥、刘乐天，刊登于欧洲化妆品杂志，2015年3月期刊, p38-42

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最近针对超分子化学在化妆品和个人护理用品应用方面的研究，已日趋重要，而且也确实获得了业界的重视。在传统的化学概念中，分子是由不同原子之间通过化学 反应来合成的，原子与原子间的链接是共价键，而超分子化学与传统化学不同的是：超分子化学是分子之间通过选择性自组装的方式形成一种有序的聚集体，而这种 有序的聚集体可以为化妆品和个人护理用品提供一种崭新的功能性运用；例如，基于这一理念开发成功的新型智能水凝胶输送体系可以在室温下呈现液体状态，但接触皮肤后，在皮肤温度下迅速转变成剪切敏感的凝胶态。 此外，基于这一理念开发成功的水溶性超分子水杨酸可以在不使用任何溶剂的情况下很容易地将水杨酸溶解于水中，并保持很低的pH值。这种创新材料可以非常方便地在使用在非缓冲或缓冲产品配方中。

超分子化学扩展了经典合成化学的范围，并在过去几十年中迅速发展【1,2,3,4,5】。该技术提供了制造纳米尺度体系的新方法，并可以设计出智能化、功能性 新材料，具有从生物学到材料科学的广泛应用前景。传统的合成化学涉及的是含共价键的分子，而超分子化学涉及的是分子间有序复合聚集体。这种超分子复合聚集 体是由两个或更多分子通过分子间非共价键选择性地结合在一起，这种分子间非共价这种分子间非共价键包括氢键、偶极-偶极的相互作用，范德华力，阳离子-π，π-π键，CH/PI的相互作用或疏水效应等。超分子化学可以定义为“超越分子的化学”。其发展需要多学科的共同协作，并且，结合特定选择性非共价分子间相互作用。 这种超分子复合聚集体最重要的益处是具有可逆特性，特别是在化妆品和个人护理用品应用方面，也就是说，可以以受控的方式通过外部刺激,比如温度、pH值、 水分、压力等，来改变这种复合聚集体的一种或是多种物理性能。

1. 智能水凝胶传输体系

水凝胶是化妆品和个人护理产品中活性成分的理想载体，经典温敏可逆水凝胶是在低于凝胶相转变温度时为具有一定粘度的凝 胶，在高于凝胶相转变温度下变成溶液流体状态；与此相反，逆向温敏可逆水凝胶是随温度的上升粘度增加，而随温度的下降粘度下降。该体系随温度的增加由低粘 度的水溶液转变成高粘度的凝胶，即溶液至凝胶的转换。这种逆向温敏水凝胶的溶液至凝胶转变温度可以通过调节组分的浓度进行控制，来达到满足制备温度在人体 生理温度范围的要求。这种新型智能水凝胶系统成为化妆品及个人护理用品领域新产品开发应用最有希望的途径之一。在这种情况下，产品在室温下是低粘度的溶液，而在人体皮肤温度下（32 -33 °C），会快速地转变为高粘度的水凝胶。 该智能化水凝胶体输送系统具有无论是在液体状态下可以非常方便地添加活性成分，而在凝胶状态下又可使成分发挥功效：比如在液态下可以方便地添加活性成分，同时使其在凝胶状态下，缓控释有效成分。 有多种高分子材料在水中表现出逆向温敏特性，如异丙基丙烯酰胺、聚（乙二醇）-嵌段-聚（乳酸）-嵌段-聚（乙二醇）、聚（环氧乙烷）-嵌段-聚（环氧丙烷）-嵌段-聚（环氧乙烷）聚合物。这些高分子材料的水溶液都具有从溶液到凝胶的转变温度。当温度达到体系的溶液-凝胶转变温度时，其体系粘度迅速从低粘度的水溶液转变成高粘度的凝胶态。在使用上述高分子时，为达到与人体生理温度相符的溶液-凝胶相转变温度，必须使用高浓度的上述高分子溶液，这反过来又会提高溶液的粘度，同时可能引起不良 的生理性反应或是毒性问题。比如：巴斯夫公司生产的泊咯沙姆407，聚(环氧乙烷)-嵌段-聚(环氧丙烷)- 嵌段-聚(环氧乙烷)共聚物，在18-20%重量百分比水溶液中能产生相转变温度为25°C的液态至凝胶态转变温度。问题是，如何在不使用高浓度的聚合物 的情况下而又能使水凝胶达到与人体生理温度相符的相变温度，是亟需解决的重大课题。如上所述，超分子化学的最新发展为开发出在皮肤温度下由液体转变为为剪切敏感的水凝胶提供了可能，而又克服了上述提到的缺陷【6】。这种由水溶性超分子复合物组成的温敏水凝胶体系可以应用于化妆品和个人护理产品领域，比如由Broda Tech，LLC生产的IntelliGel® BS，在水中易于溶解，能够形成清澈透明的水凝胶，而它的溶液-凝胶相转变温度又能很好地与我们人体皮肤温度相符。这种新型实用材料是由水溶性的嵌段共聚物和至少一种不溶于水的关联凝胶佐剂组成。这种关联凝胶佐剂自身不溶于水的，并且当他们在水中独自使用时不能使水稠化或凝胶化。这种由亲水和疏水链接组成的独特结构的超分子聚集态，能够在不使用溶剂的情况下，溶解那些不溶于水或者微溶于水的活性成分。在化妆品产品如抗衰老产品的应用上具有很好的安全性。使用这种体系的配方产品将在室温下呈液体状态，但涂抹施用于皮肤后，将转变为凝胶态，从而缓慢释放活性成分。另外，该体系还具有其他外在感官上的益处，如改善皮肤纹理、平滑细纹和保持化妆品在涂抹后的持久性等方

图1：在室温22°C时，该超分子聚集体水溶液呈现液体状态，在26°C时就变为凝胶状态。该实验制备的溶液体系自身具有在24°C的相转变温度。

表1： 抗衰老精华液产品

该逆向温敏水凝胶的性能可以被应用于化妆品和个人护理领域。在室温下，这样的产品将以液体的形态出现，在涂抹接触人体皮肤后转变成剪切敏感的水凝胶。这种在产品应用时产品形态上的“神奇”转变对消费者具有很强的吸引力，可以很好地满足消费者在化妆品和个护领域的需求。例如：如表1所示，利用IntelliGel® BS开发的具有转变温度为29 °C抗衰老精华液产品。产品配方清澈透明、但涂抹接触皮肤后迅速地转变为半固体状态的水凝胶。

这种体系也可被用来制作喷雾类产品，表2展示的是不含酒精的驱虫产品，喷涂在皮肤上后，会形成一层清澈透明、无色、长效、无形的薄膜。

表2：无酒精的喷雾驱蚊剂配方

2. 水溶性超分子水杨酸

水杨酸是一种天然活性成分,存在于许多植物中,如柳树皮。它也被称为β-羟基酸或BHA，同时具有美容和药用价值。在过去的几十年中，水杨酸作为一种非常 重要的活性成分被广泛应用于化妆品和非处方（OTC）药品中。利用水杨酸治疗头皮屑，粉刺，皮肤皱纹，皮肤色素沉着，疵，雀斑或皮肤有关问题在皮肤病和化 妆品配方的制备上是众所周知的。水杨酸是亲脂性的,是去角质剂，能渗透毛孔，溶解死皮细胞，增强肌肤细胞活力。伴随着这种细胞的更新，皮肤会变得光滑细 腻、细纹减少，从而全面改善皮肤外观。

有研究表明：在改善皮肤上，水杨酸具有与AHA相当、甚至更好的功效，同时刺激性低于AHA【8,9,10】。最新的临床研究也显示，水杨酸与过氧化苯甲酰在治疗痤疮方面疗效相当，而且应用水杨酸还会对皮肤带来过氧化苯甲酰类产品所不具有的额外益处。 水杨酸是一种弱酸,呈无色结晶形态，难溶于水（2 g/L, 2O °C）,易溶于乙醇、丙醇、丙酮、乙醚等有机溶剂,而这些有机溶剂在人体皮肤上使用时通常是不安全的。 水杨酸在化妆品配方中应用的最大问题是水杨酸在非缓冲、低pH值溶液中倾向于结晶沉淀。配方中水杨酸的再结晶不仅减少了活性成分的有效生物利用度，同时也 会导致皮肤刺激，因而在业内添加氢氧化钠以提高溶液pH值是常见的做法。该技术可以中和部分游离的水杨酸形成水溶性的水杨酸盐以提高水杨酸溶解度，从而减 少了配方中水杨酸再结晶的可能，同时也避免了由于低pH值可能导致的皮肤刺激。尽管这种常见的做法有助于配方师提高含有水杨酸产品配方的稳定性，并避免了 可能的皮肤刺激,但这同时降低了水杨酸的功效。众所周知，pH值的变化会对活性成分的各种功效产生巨大的影响。水杨酸是一种弱酸，根据著名的Henderson-Hasselbalch方程式（1），其中非离子和离子化的成分比例依赖于介质的pH，

(1)这里HA是非离子化弱酸的摩尔浓度，A-是离子化弱酸的摩尔浓度，Ka是酸的离解常数。 水杨酸的pKa是3，其pH值一般远远低于3。如表3所示，根据Henderson-Hasselbalch方程式计算得出的水杨酸pH值所对应的非离子 化水杨酸摩尔浓度百分比。计算表明，当水杨酸的pH值=3时，非离子化的水杨酸浓度只有50%，pH=3.5时，非离子化的水杨酸浓度只有23.8%，当 pH=4时，非离子化的水杨酸浓度只有9.1%。

表3：不同pH值下，非离子化水杨酸的摩尔浓度

水杨酸的功效可能是由离子化或者是非离子化的部分作用有关，又或是两者共同作用有关，且取决于实施方式。含水杨酸的护肤产品功效主要取决于游离水杨酸，其 与缓冲液和高pH值的条件下只能有有限的浓度。非离子化的水杨酸是脂溶性的，更容易透过皮肤的表皮屏障，也更容易渗透到毛孔中。相反，离子化的水杨酸是水 溶性的，因此，其渗透进皮肤的表皮层的可能性很小，甚至可以忽略。这会影响水杨酸的分布或会改变水杨酸传输速率和达到皮肤作用位置能够达到的平衡浓度。

过去，为了解决上述水杨酸配方输送问题，已开发了多种不同的技术，这包括水杨酸颗粒的包裹技术【13】，以及酯化含多元醇聚合物达到缓控释【14】。然而，这些方 法只提供了水杨酸配方的部分解决方案，并限制了配方自由度，降低了其功效。为克服这种技术上的难题，一种结合了现代超分子化学的新技术应运而生，该技术可 以选择性地将非水溶性水杨酸分子以自组装的方式形成分子与分子之间的可溶性超分子聚集体。这种新颖的技术通过分子间可逆的、非共价键形成超分子水杨酸复合 物。这种超分子技术能够使水杨酸在较低的pH值下发挥最大功效的同时，减少其副作用。

这种水杨酸复合物【15】是一种可溶于水的超分子聚集体，比如SupraSalix™-16 * 超分子水杨酸，它易溶于水，并在pH值低于3的情况下形成清澈透明的溶液。水杨酸的释放可以通过水溶性复合物氢键在水中的离解来实现。含有水杨酸复合物的 水溶液或水凝胶在较大的温度范围内都是稳定的，且不会出现重结晶和变色的现象。

这种超分子水杨酸复合物能够在较低或者可控pH值下，使非水溶性水杨酸溶于水中，并减少对皮肤的刺激性，同时最大限度地发挥活性成分的功效。传统剂型的水 杨酸在低pH的情况下，即使剂量很低，也仍然可能引起皮肤刺激。在一项有50名志愿者参与的人体多次重复斑贴临床试验评估中，含有2%有效水杨酸体系的 pH值在2.5-2.8之间，没有发现明显的皮肤刺激及过敏症状。这使得该超分子水杨酸成为对有皮肤过敏症状的人在低pH值下使用水杨酸的有效原材料。该 超分子水杨酸体系在低pH值下提供了较高水杨酸功效，而避免了常见的水杨酸皮肤刺激性。超分子水杨酸水在减少皮肤斑点、舒缓炎症、改善皮肤外观、和加速皮肤新陈代谢方面表现出优异的性能，而且相比于市场上其他非处方药（OTC）抗痘产品，它对皮肤的刺激 性很小。一项对含有2%有效水杨酸的OTC祛痘产品的研究发现，其功效比目前现有OTC产品更优异。图2显示在使用了含2%有效超分子水杨酸，pH低于3 的祛痘产品治疗前后的照片对比。

图2：使用含2%超分子水杨酸治疗前后对比图

水杨酸是一种多功效的活性成分，可以用于各种化妆品和个人护理产品中。超分子水杨酸的潜在应用不仅仅局限于皮肤护理、嫩肤、去屑洗发水，手和足部保健，抗菌肥皂和清洁剂等，还可以有很多其他的用途【17】。

例如，由于水杨酸可以减轻炎症和红肿症状，故超分子水杨酸可以很容易地加入到剃须产品中，以帮助达到更好地贴近皮肤剃刮，防止皮肤痘痘的生长。含有水杨酸 的剃须产品能够有效防止毛孔堵塞，避免剃须时对皮肤的伤害。含有水杨酸的须后护理水产品将有助于减少油脂分泌，收缩毛孔，紧致肌肤，防止剃须引起的炎症和 红肿，并杀死细菌。此外，加入了超分子水杨酸的、不含酒精的须后产品可以帮助皮肤更好地保持滋润。

总结

智能化、功能性超分子复合物聚集体是基于两个或多个分子之间可逆的非共价键通过自组装的方式而形成的。这种独特、创新的技术将有利于开发智能化、功能性新材料，使化妆品和个人护理产品的创新得到更好的发展。

中文校译：车海龙，清华大学化学系

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