综述：3D打印技术在化妆品领域的应用
时间:2023-04-07 10:31 来源:中国日用化学工业信息中心 作者:admin 点击:次
| 作者：刘付春俏1，曾少枫1，周柏先1，张文芳1，杨帆1, 2, *，宋凤兰3, 4, （1、广东药科大学新药研发中心 广东省药物新剂型重点实验室和广东省局部精准药物递药制剂工程技术研究中心；2、广东药科大学附属第一医院 临床药学重点专科；3、广东药科大学中山校区实验中心；4、广东省化妆品工程技术研究中心） 3D打印技术又称增材制造技术，其通过计算机辅助设计（CAD）建模，并应用相关材料以逐层打印的方式构造出三维物体，是第三次工业革命核心技术之一。与传统技术相比，3D打印技术具有显著的个性化、智能化、信息化、高精密性、快速定型等特点。目前，3D打印技术在多个技术领域都有着飞速的发展，在机械工业、建筑行业、食品加工以及医疗领域都有着广泛的应用，在机械工业中，3D打印技术可以简化零件生产过程，避免传统技术生产零件的繁琐程序，利用数据建模结合打印物体，可生产结构复杂的零件，具有高精密度设计的优势；在建筑行业中，通过与建筑信息模型技术（BIM技术）结合，将BIM建模信息传输至3D打印设备，使数据实体化，扩展可视化，可直观感受预期效果；在食品加工领域，3D打印技术可以根据人们对食品形状外观以及饮食健康的要求进行定制加工，通过计算机分析身体数据，可打印出“自身量化”的健康食品，同时减少食品在加工过程中对环境造成的污染；在医疗领域，根据病人个体特异性，3D打印出量身定制的手术导板、医疗植入物（骨骼、关节、心脏瓣膜、组织、器官）、义齿、各种康复器械（矫正鞋垫、仿生手、助听器）、药品等已经进入临床，极大提高患者的依从性，实现个性化精准医疗。越来越多的事实表明，3D打印技术从想象到现实，逐渐发展成与人类衣食住行密切相关的一门技术。3D打印的衣服和鞋子已多次出现在全球各大时装展，3D打印的饼干和蛋糕已成为一些餐桌上的小点心，3D打印的咖啡桌和个性家具颇受年轻人的喜爱，而在自行车、汽车、飞机等交通工具的设计中也越来越多地体现出3D打印元素。 随着3D打印技术的发展，其也被广泛应用于化妆品领域，如香奈儿公司使用选择性激光烧结3D打印机来制备具有微腔的睫毛刷（图1），该微腔可以吸收适量的睫毛膏，减少使用时的蘸取次数；英国某化妆品公司生产的粉底液笔Adorn（图2），将3D打印技术与颜色识别系统联合，通过扫描仪贴合在面部获得皮肤色素值，再从颜色识别系统中选择最佳配色调和后，使用3D打印技术打印出最佳色号粉底液；Richard使用3D打印工艺将化妆粉制备成想要的颜色或图案；Christian等根据粉状化妆品（如眼影、腮红、散粉等）的颗粒不同，采用3D打印技术定制不同粗细的化妆刷；Samain提供了联合喷墨3D打印技术，制作出一种可以拥有自己喜欢颜色的化妆调色板；Grace Choi将3D打印喷墨技术应用于Mink打印机，利用互联网的颜色选择器来复制颜色的十六进制代码以呈现不同的色号，从而定制自己喜欢的口红或眼影等。除此之外，3D打印技术还可用于化妆品功效评价中3D打印皮肤组织以及3D打印定制款的化妆品包装容器。随着社会人群对化妆品的个性化定制以及精准护肤的需求越来越大，3D打印技术也将为化妆品行业带来一次新的升级。现主要就3D打印技术在化妆品领域中的应用予以简单综述（表1）。 
图1 香奈儿3D打印睫毛刷（图源：香奈儿）
图2 英国3D打印粉底液笔Adorn
表1 3D打印技术在化妆品领域的应用及相关成果举例
3D打印技术定制个性化护肤品 每个人的皮肤都是“独一无二”的，即使是同一张脸的皮肤，也会拥有不同的皮肤状态，如混合性皮肤，其最明显的特点就是面部油脂分布不均匀，不同的皮肤对护肤品的性能需求其实是不同的。许多拥有敏感肌的人群局部区域会对某些功效成分过敏，从而导致局部长痘泛红等过敏现象，这其实需要针对肌肤状态选用个性化的护肤品。目前，我们护肤多使用广谱化护肤品，虽然在一定程度上可以补水保湿，但是其功效成分单一，对不同类型皮肤效果不一。龙华等考察了保湿剂对不同类型皮肤的保湿效果，将短期使用产品后皮肤含水量的结果进行比较，发现不同类型皮肤的含水量变化均有明显差异。刘萍等使用果酸治疗不同类型皮肤的痤疮患者，发现不同的痤疮患者需要使用的最佳果酸浓度不同。研究证明，同一护肤品对不同皮肤状态的效果有差异，无法针对皮肤进行精准护肤，这便促使了个性化定制护肤品的出现。 个性化定制护肤品可根据每个人不同的皮肤状态、生活环境、个人需求来量身定制专属的护肤品，解决个体差异化的问题。面对化妆品行业的崛起，人们更关注护肤的智能化、个性化和安全性，个性化定制护肤品逐渐成为一股新潮流。为了迎合人们的需求，市场上也渐渐涌现出了各种各样的个性化定制护肤品，云南白药在“第二届东亚肌肤健康研究中心学术研讨会”上的发布了“AI肌肤诊疗个性化定制系统”，其中包含了AI智能识别系统、传感技术，并联合皮肤科专家诊断和大数据分析提供精准的护肤方案；日本资生堂的个性化定制护肤系统，通过分析用户皮肤的情况和记录其生活环境，再从8万多种产品中混合配比出最佳的护肤品。目前，在个性化定制护肤品的发展中，3D打印技术因其个性化、智能化的特点，应用越来越多，研究较多的就是3D打印面膜。 3D打印面膜最大的特点就是可以极大地满足人们对个性化精准护肤的需求。陈海佳的团队公开了一种3D打印面膜及其制备工艺，其运用三维扫描技术对面部进行扫描来获取面部的三维数据以及皮肤状态，根据数据分析定制面膜载体和分区定制功效成分，并以3D打印特有的工艺技术，精准将功效成分打印至水凝胶面膜上，最终获得个性化定制面膜。该面膜具有以下优势：实现了从面膜载体到功效成分的完全个性化定制，提高护肤的精确性和有效性；使用3D打印技术特有的工艺制备面膜无需经过高温过程，避免了有效成分的损失，为3D打印面膜基质制备工艺探究奠定基础；以多孔胶原蛋白凝胶为面膜基质，在真空条件下形成多孔面膜支架，可实现对面膜液最大程度的吸收，减少有效成分的损耗。刘强等公开了一种适于3D打印面膜的凝胶基质及其制备方法和应用，制备的凝胶基质面膜与皮肤的生物相容性好，亲和性强，还能提高角质层的水化作用，其创新之处是可根据面部皮肤问题的严重程度来定制功效成分的用量。孙雅洁以多步骤、多材料复合式3D打印面膜，通过肌肤数据先打印具有吸附性的基底膜，随后再使用多喷头3D打印机在基底膜上分区打印，对普通护理部位喷涂基础护理成分，在特殊护理部位喷涂需要的特殊功效成分。而在制备个性化面膜的过程中，叶毅采用了减法/替换方法，即以基础成分护理为总基底，喷涂时在需要特殊护理的部位减少喷涂基础成分，然后用特殊成分替换，此面膜不仅能够与面部贴合紧密，而且护理成分针对性强，可满足用户个性化定制、精准护理需求。 每个人的肌肤状态不同，对化妆品的需求也不同。基于这个原因，周铁兵根据三维扫描仪获得的数据并运用3D打印技术，首先打印了含有一种或多种基础护理成分的基层，该基础护理成分主要是根据人的皮肤类型而定制的，如干性或油性皮肤会选择适合面部补水的基础成分类型，而混合性皮肤便会根据不同区域的皮肤类型分区施加合适的基础护理成分。在打印出基础护理成分以后，如果还需要特殊护肤，3D打印设备会根据扫描面部的生理或病理特征如斑点、皱纹和痤疮等数据，在基层的基础上再分区打印个性化护理成分。该发明既解决了面部个性化基础护肤，避免了其他不需要使用功效成分的皮肤带来的风险问题，还满足了不同生理或病理特征的用户精准治疗需求。 为了使面膜更加完美地贴合皮肤以及追求更高效的精准护肤，高晓军在个性化面膜的制备过程中采用了“肌肤测试-脸型测试-面膜打印-配比精华”的模式，同时针对人脸扫描特征构建多个测量提取点位和测量指标，对面部鼻子、嘴和眼睛都精确地提取点位，除面部的轮廓特征，还增加了发际线和耳部的点位和指标。该发明最大的优势是增加了医学分析系统，通过皮肤组织影像分析来诊断面部皮肤的创伤、感染、痤疮或者湿疹等病理性皮肤疾病，以确保获得更精准的治疗方案。该发明利用高精准扫描仪、皮肤组织影像分析与3D打印技术联用，使个性化精准护肤更上一层楼，同时采用多喷头3D打印机分别打印治疗皮肤炎症的治疗性药物或植物提取液，为3D打印面膜用于医美领域提供思路。 3D打印技术与护肤结合还可以增强治疗效果。陈海佳将采用3D打印技术制备的美白祛斑面膜与传统工艺制备的美白祛斑面膜的美白效果进行比较，发现普通面膜的美白效果仅仅是3D打印面膜的83.3%。周武艺根据人的面部轮廓特征依次逐层打印凝胶面膜支架、面膜液、自热成分、凝胶面膜，得到了3D打印可自热的多孔凝胶美容面膜，该面膜通过其自热可促进了皮肤对营养成分的吸收。 目前国内3D打印面膜多处于实验室研究阶段，但国际上已有3D打印面膜产品上市。韩国护肤品牌艾诺碧（图3）和美国露得清（图4）陆续将3D打印面膜带到众人面前，推动了3D打印护肤品走向个性化定制产品的潮流尖端。 
图3 IOPE艾诺碧3D打印面膜
图4 美国露得清3D打印面膜
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