（机械工程专业论文）去角质洗面奶对皮肤摩擦性能的影响研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 日常生活中，人的面部皮肤时刻暴露在外部环境中，常引起皮肤干燥、起皱以及 晒伤等问题，而化妆品的使用可对面部皮肤起到保湿、美白和防晒等作用，但有时皮 肤表面老化的角质层常常阻碍化妆品的渗透和发挥作用。定期去除多余的老化角质细 胞，有利于皮肤对化妆品的渗透并改善皮肤的性能。因此，研究去角质化妆品对于面 部皮肤摩擦性能的影响以及去角质效果对于人们正确的选择合适的去角质化妆品以 及化妆品生产商具有重要的参考价值。 本论文在u m t - i i 多功能摩擦磨损试验机上，采用面面接触模式，模拟人洗脸的 过程，在天然健康的皮肤表面使用所含微粒硬度、数量和大小不同的三种磨砂洗面奶 介质进行往复摩擦试验。通过利用纳米压痕仪和光学显微镜测量磨砂微粒的硬度、数 量和大小；激光共聚焦扫描显微镜、扫描电子显微镜、视频接触角测量仪和生理反馈 仪等设备测量皮肤摩擦去角质前后组织结构、表面轮廓、亲水性和导电性能等变化， 系统研究和分析了三种磨砂洗面奶对皮肤摩擦行为和去除老化角质效果的影响。 本文通过研究获得主要结论如下： 1 磨砂洗面奶由于摩擦去除了皮肤表面老化角质层，降低了皮肤表面粗糙度， 增强了皮肤水合作用，因而增加了皮肤往复摩擦时的粘着力，皮肤摩擦系数大于磨砂 洗面奶使用之前。 2 摩擦去除皮肤表面老化角质细胞后，皮肤表面的导电值以及亲水性增强，皮 肤的摩擦性能发生改变，皮肤表面对于保湿化妆品的渗透效果和保湿持久性均得到增 加。 3 在含有2 种磨砂微粒大小、微粒数量和硬度适中的b 组磨砂洗面奶介质存在 条件下，皮肤往复摩擦时的摩擦系数较a 组和c 组大，皮肤表面粗糙度降低较大，去 除的老化角质层较多，去除角质后对于保湿化妆品的渗透效果较强。 4 由于不同性别皮肤表面结构的差异，磨砂洗面奶对于男性皮肤表面粗糙度、 和导电性能影响较大，对女性皮肤的舒适感影响较大。 关键词：皮肤摩擦；磨砂洗面奶；角质层；粗糙度；水合作用；渗透作用 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t i nd a i l yl i f e ，t h eh u m a nf a c i a ls k i na l w a y se x p o s u r et ot h ee x t e r n a le n v i r o n m e n t ， w h i c hm a yc a u s es k i ns o m ep r o b l e m ss u c ha sd r y , w r i n k l i n ga n ds u n b u r n ，h o w e v e r , t h ec o s m e t i c sc a np l a yi m p o r t a n tr o l e si nt h ef a c i a ls k i nm o i s t u r i z i n g ，w h i t e n i n ga n ds u n p r o t e c t i n g u n f o r t u n a t e l y t h e a g i n gs k i nc o r n e u m o f t e ni m p e d e st h ep e r m e a t i o no f c o s m e t i c sa n dt h er o l e s r e g u l a rr e m o v a lo ft h ee x t r aa g i n gh o r n yc e l l sc a nf a c i l i t a t et h e i n f i l t r a t i o no fc o s m e t i c sa n di m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ft h es k i n t h e r e f o r e ，t h es t u d yo n t h ee f f e c to fe x f o l i a t i n gf a c i a lc l e a n s e ro nf r i c t i o np e r f o r m a n c eo fh u m a ns k i na n d e x f o l i a t i n ge f f e c ti so fg r e a tr e f e r e n c ev a l u ef o rp e o p l et oc h o o s et h es u i t a b l ee x f o l i a t i n g c o s m e t i c s ，a n da l s of o rc o s m e t i c sm a n u f a c t u r i n g t h er e c i p r o c a t i n gs l i d i n gf r i c t i o nt e s t so nt h eh e a l t h yh u m a ns k i nh a v eb e e nc a r r i e d o u ti naf l a t - o n f l a tc o n f i g u r a t i o nu s i n gar e c i p r o c a t i n gu m t - i is e r i e sm u l t i - s p e c i m e n b i o m e d i c a lm i c r o t r i b o m e t e ru n d e rt h es i m u l a t e df a c ew a s h i n gc o n d i t i o n s t h ef r i c t i o n m e d i aa r et h r e ek i n d so fe x f o l i a t i n gf a c i a lc l e a n s e rw i t hd i f f e r e n ts i z e ，a m o u n ta n dh a r d n e s s e x f o l i a t i n gp a r t i c l e s t h eh a r d n e s s ，a m o u n ta n ds i z eo ft h ep a r t i c l e sw e r em e a s u r e db y u s i n gn a n o - h a r d n e s st e s t e ra n do p t i c a lm i c r o s c o p e t h es k i ns u r f a c er o u g h n e s s ，s u r f a c e p r o f i l e ，c o n d u c t a n c ea n dh y d r o p h i l i cw e r ee x a m i n e db yu s i n gl a s e rc o n f o c a ls c a n n i n g i m a g e r s ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ，v i d e oc o n t a c ta n g l em e a s u r i n gi n s t r u m e n ta n d b i o f e e d b a c ke q u i l 3 i m e n tr e s p e c t i v e l y t h ee f f e c t so ft h r e ek i n d so fe x f o l i a t i n gf a c i a lc l e a n s e r o nt h et r i b o l o g i c a lp r o p e r t yo fh u m a ns k i na n dt h ea b i l i t yo fr e m o v a lo ft h ea g i n gh o r n y c e l l sh a v eb e e na n a l y z e d t h em a i nc o n c l u s i o n sc a nb es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： 1 d u et ot h ea g i n gh o r n yc e l l sh a v eb e e nr e m o v e db yt h ee x f o l i a t i n gf a c i a lc l e a n s e r u n d e rr e c i p r o c a t i n gs l i d i n gw e r em o d e ，t h es k i ns u r f a c er o u g h n e s sd e c r e a s e da n dt h es k i n h y d r a t i o ni n c r e a s e d ，w h i c hr e s u l t e di nt h es k i na d h e s i o na n df r i c t i o nc o e f f i c i e n ti n c r e a s i n g ， t h es k i nf r i c t i o nc o e f f i c i e n tw a sh i g h e rt h a nt h a to fe x f o l i a t i n gf a c i a lc l e a n s e rb e f o r eu s i n g 2 a f t e rt h ea g i n gh o r n yc e l l sh a v eb e e nr e m o v e d , t h es k i nc o n d u c t a n c ea n d h y d r a t i o ni n c r e a s e d ，t h ef r i c t i o np r o p e r t yo ft h es k i na l s oc h a n g e d ，a n dt h ep e n e t r a t i o na n d p e r s i s t e n c eo fm o i s t u r i z e ro ns k i ns u r f a c ew e r ei n c r e a s e d 3 u n d e rt h ec o n d i t i o no ft h ee x f o l i a t i n gf a c i a lc l e a n s e rm e d i u mbw i t ht w ok i n d so f s i z ea n dm o d e r a t ev o l u m ea n dh a r d n e s se x f o l i a t i n gp a r t i c l e se x i s t i n gb e t w e e nt h et w o b o d y , t h es k i nf r i c t i o nc o e f f i c i e n tw a sh i g h e rt h a nt h o s eo fg r o u paa n dc t h es k i ns u r f a c e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 r o u g h n e s sd e c r e a s e dl a r g e l ya n dm o r ea g i n gh o r n yc e l l s h a v e b e e nr e m o v e d ，w h i c h r e s u l t e do ft h es k i np e r m e a t i o nt ot h em o i s t u r i z i n gc o s m e t i cw a sb e t t e r 4 d u et ot h eg e n d e rd i f f e r e n c e so nt h es k i ns u r f a c es 仃u c t u r e ，t h ee f f e c to fe x f o l i a t i n g f a c i a lc l e a n s e ro nt h es k i nr o u g h n e s sa n dc o n d u c t a n c eo fm a l e sw e r em o r es i g n i f i c a n tt h a n t h o s eo ff e m a l e s ，w h i l et h ec o m f o r ts e n s a t i o n so ff e m a l e sw e r em o r es i g n i f i c a n tt h a nt h o s e o fm a l e s k e y w o r d ：s k i nf r i c t i o n ，e x f o l i a t i n gf a c i a lc l e a n s e r , s t r a t u mc o r n e u l i l ，s u r f a c et o u g h n e s s ， h y d r a t i o n ，p e n e t r a t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 在日常生活中，生物摩擦学问题与我们息息相关，在我们的周围存在着各种不同 的生物摩擦现象，例如皮肤与衣物的接触摩擦，手指抓捏物体及手指与其他物体的摩 擦等，牙齿咬合时的摩擦，眼球与眼睑的摩擦，头发与其他物体的摩擦，以及在人体 内部器官与器官之间也存在摩擦现象。摩擦学的定义是研究相对运动的摩擦接触表面 及其有关理论与实践的- - l - j 学科，而研究人体或动物机体的器官之间的相互接触和滑 动产生的摩擦学问题的学科则称为生物摩擦学【1 1 。生物摩擦学的研究需要多方面交叉 学科的研究作为其理论基础，需要大量的在体试验的研究，是- - n 与传统学科不同的 研究领域。 进入2 1 世纪，我国的生物摩擦学的研究取得了一定的成绩，发表论文的数量迅 速增加，已经成为摩擦学的研究大国，为生物摩擦学的发展做出了重要的贡献。与其 他国家相比，我国的摩擦学研究起步较晚，生物摩擦学作为摩擦学的一个分支也是近 期才得到国内研究者的关注。由于生物摩擦学的研究时间短，基础差，在国际摩擦学 的发展过程中，能产生重大影响的研究较少【2 】。生物摩擦学方面的主要研究目的是更 好为人们的需要服务，而生物摩擦学近年来得到的关注还远远不够，尤其是直接影响 人们生活水平的人体生物摩擦学的研究，这些问题还需要得到国家和广大研究者的更 多关注。 皮肤作为人体的重要组织，获得广泛的研究关注，这不仅与皮肤在人体中的作用 有关，而且与皮肤的结构功能有关。皮肤摩擦学的主要研究对象是人体皮肤，皮肤是 人体最大的组织器官，其位于人体表面，是人体的第一道防线，保护体内各种组织器 官不受外界机械性、物理性、化学性和细菌微生物的侵袭，同时皮肤也参与人体的代 谢过程，通过分泌汗液或皮脂带走体内的代谢产物，保持体温恒定等，因此，皮肤的 健康直接反映人体的健康状况。人体皮肤与日常生活息息相关，例如洗澡、洗涤、剃 须、皮肤护理和穿衣服等，由于摩擦对人体活动产生的不同的影响，脚和袜子接触引 起水泡对皮肤产生损伤；皮肤的厚度和粘弹性能的减少使人体皮肤衰老和起皱，老年 皮肤变得更加脆弱和容易受到伤害，如擦伤和褥疮；指尖和有纹理的表面接触可以使 物体被拿起；皮肤使用护肤品后的增加皮肤的舒适感受及保湿性能等。面部皮肤是最 受关注的部位之一，面部皮肤时刻暴露在外部环境中，常引起皮肤干燥、起皱以及晒 伤等问题，而化妆品的使用可对面部皮肤起到保湿、美白和防晒等作用。因此，研究 化妆品对人体皮肤摩擦性能的改善对于更好的保持皮肤健康，提高人们的生活质量具 有重要的意义l l j j 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 1 皮肤的结构与生理功能 1 1 1 皮肤的结构 皮肤覆盖在全身的表面，是人体最大和最重要的器官，表面积大约为1 2 2 m 2 ， 约占人体总重量的8 ，大量的循环血液和水分分布在皮肤内部。皮肤是非线性和高 弹性的软组织，在定的范围内可以推动挤压和伸张，具有很好的力学性能和机械性 能。皮肤表面的纹理、粗糙度和弹性与性别、年龄和测试部位有很大的关系【4 1 。 皮肤是由3 部分组成，分别是表皮、真皮、皮下组织，其组织结构见图1 1 。 表皮 真廖 皮下组织 毛襄腥脂脖汗脖 图1 1 皮肤组织结构示意图 表皮的角质层 表皮的细胞层 基底膜 脂肪 血管 ( 1 ) 表皮 表皮主要是皮上组织，直接与外界接触，是皮肤的重要保护层，也是化妆品直接 作用的部位，表皮的健康状况影响着化妆品的渗透效果。按照细胞分裂发展的特点， 表皮由内向外分为基底层、棘层、颗粒层和角质层。基底层是多细胞层，与真皮直接 接触，细胞增殖能力强，不断分裂产生新的细胞向上推移，实现皮肤的新陈代谢。棘 层与基底层相连，有5 1 0 层细胞，细胞表面有许多的细短的棘状突起。颗粒层由棘 层细胞演化而来，位于棘层的上面，是1 5 层棱形细胞。图1 2 为表皮细胞由内向外 分裂形成角质层细胞的典型结构图【5 】，角质层位于皮肤的最外层，由大量扁平富含角 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 蛋白的细胞组成【6 1 。 增强转谷氡酰胺酶介 导的角质层细胞 脱水促进中间丝相关蛋 臼转化为天然保温因子+ 酸化和脂质层状r 双分子层的形成- 丝聚台蛋白顾韵形成 板层状颗粒和脂质t 前俸的形成+ 丝聚合蛋白顾 前俸的形成 转股酰胺酶盒导的角 质层细胞晨的形成一 细胞通过桥粒联系在一起 一外层角质层 内层角质层 一颗粒层 一棘层一 卜基底层 图l - 2 表皮细胞由内向外分裂形成角质层细胞的典型结构图5 】 ( 2 ) 真皮 真皮在表皮下，与表皮分界明显，真皮内部的细胞很少，主要由植物纤维结缔组 织构成。其中有弹性纤维、胶原纤维和网状纤维等，它与皮肤的弹性、光泽、张力等 有很重要的关系。真皮可分为两层：乳头层和网状层。靠近表皮的部分是较薄的乳头 层，乳头中有毛细血管、感觉神经末梢和淋巴管盲端。网状层位于乳头层下面，两者 之间没有明显的界限，在网状层中间含有神经和较粗的血管外，还含有毛囊、皮脂腺 和汗腺等附属器。而且，皮肤的松弛、起皱、粗糙以及质地的改变等都发生在真皮之 中。 ( 3 ) 皮下组织 皮下组织细胞与真皮细胞无明显分界。皮下组织在真皮下，由大量脂肪组织散布 于疏松的结缔组织中而构成。 1 1 2 皮肤的生理功能 皮肤具有保护、渗透、分泌、排泄、感觉和调节体温的生理功能，皮肤还是一个 重要免疫器官，其还参与物质代谢使机体保持一个稳定的内环境【4 , 7 - 8 】。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 ( 1 ) 保护功能 皮肤位于人体最外层，保护人体内部器官不受外界环境的影响，皮肤保护结构的 基础主要是角质层以及表皮脂质，天然保湿因子等，而角质层位于皮肤结构的最外层， 其是坚韧致密的组织，能够抵御外界机械性的刺激，它和其表面形成的脂质膜共同防 止水分和化学物质的渗入，也能防止微生物的侵入和体液的过多丢失，保证皮肤表面 处在一个相对平衡的状态。皮肤表面的保护功能不仅与表皮的角质层和脂质有关，而 且与表皮的水分、蛋白质、无机盐等其他代谢物质有很大关系。 ( 2 ) 渗透作用 皮肤的渗透功能在维护身体健康中发挥重要的作用，外界的物质可以通过表皮而 被真皮渗透然后随着体内循环系统进入全身。根据皮肤的组织结构，皮肤的渗透作用 主要通过3 条途径：透过角质层细胞、角质层细胞间隙( 化学物质直接绕过角质层细 胞，在细胞基质中扩散) 、毛囊、皮脂腺和汗管等皮肤附属器。角质层的渗透要经过 两个不同的过程，首先，化学物质通过被动扩散透过角质层和整个表皮进入真皮的过 程。由于角质层细胞所提供的通道极为有限，而且细胞间的脂质具有疏水性，所以此 时非脂溶性的化学物质难以通过表皮。其次，化学物质透过真皮中的毛细血管壁渗透 进入血液循环的过程。由于血液、组织液和淋巴液的主要成分是水，所以化学物质的 水溶性对透过毛细血管壁的扩散有重要影响。综上，体外的化学物质要经过皮肤渗透 进入体内，必须具备较好的脂溶性和水溶性。毛囊、皮脂腺、汗腺和肌肉等皮肤附属 器是皮肤保护的薄弱部分，体外的物质容易透过，而角质层虽然扩散系数较小，但其 有效面积比较大，所以，经过角质层渗透的化学物质也占很重要的地位。皮肤表面涂 抹的药物和化妆品等化学物质的渗透也均通过上述方式。 ( 3 ) 分泌和排泄作用 皮肤的分泌排泄主要通过腺体来实现，汗腺和皮脂腺是皮肤主要的腺体，大小汗 腺除了排除大量水分外，还有一些有机废物，有利于体内水分和其他物质的均衡。皮 脂腺分泌的皮脂在皮肤表面构成一层薄膜，具有润滑皮肤、毛发和减少皮肤表面水分 蒸发的作用，还有抑制体表微生物繁殖的作用。 ( 4 ) 感觉作用 皮肤内含有大量的感觉神经，不仅可以感受单一的疼痛、冷热等，还可以感受干、 湿、硬、软等复合感觉，通过这些感觉引起体内相关神经的反射，对机体的状态作出 相应的调整。皮肤表面的感觉对于判断外界物质与皮肤接触的舒适感有很重要的作用， 尤其是纺织品、化妆品等直接与皮肤接触的物质，可以通过分析皮肤接触时感觉的不 同，设计选择合适的产品。 ( 5 ) 体温调节 皮肤既是作为周围环境的感受器，也是效应器。皮肤通过汗液挥发、血管舒张和 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 收缩调节流经皮肤血流量的多少等方式来调节体温，使人体保持在恒定的体温。恒定 的体温是皮肤其他新陈代谢顺利完成的前提保障，温度过高或者过低会影响皮肤的健 康。 ( 6 ) 免疫作用 皮肤是机体免疫系统的一个重要组成部分，皮肤表面的各种物质的均衡是保证免 疫系统完整的前提，例如脂质等代谢的异常会破坏皮肤的免疫系统，产生皮肤病，严 重会影响机体内部的健康。 1 2 皮肤摩擦行为的理论基础 皮肤是非线性、粘弹性的材料，传统的摩擦理论不再完全适用，但弹性体的摩擦 理论可以应用到皮肤的摩擦行为中，弹性体的摩擦理论是在两个接触表面同时发生粘 着和变形的现象。根据接触的条件，以及润滑剂的含量和薄膜厚度与接触材料的表面 粗糙度的关系，边界润滑、混合润滑和弹润滑等条件也要考虑。粘着现象被认为是影 响皮肤摩擦行为的主要因素，其次是变形的影响【9 1 。 1 2 1 粘弹性对皮肤摩擦性能的影响 皮肤摩擦机理的本质是能量的损耗。首先，当刚性探头在具有弹性的皮肤表面滑 动时，会出现皮肤的变形落后于皮肤本身应力的变化，称为滞后现象。由于滞后现象 的存在导致皮肤变形后恢复自然状态时获得的功不能完全补偿使皮肤产生弹性形变 所作的功，从而引起功的损耗【lo 】。这种损失内部能量无法补充，需要外部能量来补充， 就产生了弹性滞后损耗摩擦力；其次，刚性探头在皮肤表面滑动时，在接触表面由于 存在原子和分子间的引力，使其产生粘合和附着现象，所以需要克服这些引力作用才 能发生相对滑动，从而引起能量的损失。这种能量损失也需要外力来补充，就产生了 粘着摩擦力。所以，摩擦力是弹性滞后损耗摩擦力和接触表面粘着摩擦力的总和。 接触表面的粘着摩擦力是摩擦力的主要部分。皮肤的粘弹性性能、皮肤的摩擦行 为与加载载荷、接触面积和皮肤的弹性模量有关【1 1 1 。d e r l e r 证明光滑表面的摩擦系数 更高，因为光滑表面的有效接触面积增加【1 2 1 。w o l f r a m 认为皮肤摩擦主要取决于粘着 摩擦力，皮肤的摩擦系数随着载荷的减小而增加【l 引。 1 2 2 水合作用对皮肤摩擦性能的影响 皮肤的含水量是引起皮肤测量摩擦系数差异的重要原因，在日常生活中，水分增 加皮肤的摩擦系数的现象很多，国内外有很多文献研究了在潮湿和干燥的条件下，皮 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 肤的摩擦系数有很大的差距，主要原因是摩擦测量结果与皮肤表面的水分的含量有关。 皮肤表面的水合作用主要是角质层起作用，角质层中大量的角质蛋白能够从外界或者 真皮层吸收水分，使角质层膨胀和软化，皮肤在与接触材料摩擦时产生较大的粘着力 和剪切作用。 皮肤表面的液态润滑薄膜会降低皮肤的摩擦系数；皮肤表面水分较少时，粘着剪 切力较小，并且在摩擦过程中会使干燥皮肤表面的角质层被撕破，在皮肤表面形成一 层干态的润滑或保护的介质，减低摩擦系数；当皮肤表面水分适中的时候，上下摩擦 副处于边界润滑的状态，皮肤呈现粘着状态，增加皮肤的摩擦系数【川。因此，可以通 过测量皮肤的摩擦系数反映皮肤表面的含水量。 1 3 皮肤摩擦的现状和存在问题 1 3 1 皮肤摩擦的研究现状 皮肤作为人体的重要组织，它具有与一般材料所不同的独特性能，是非线性和粘 弹性的材料。由于皮肤的重要性和独特性吸引着大量国内外研究者参与到相关的研究 中，多年也取得了大量的研究成果。皮肤摩擦特性的研究中比较重要的参数是皮肤的 摩擦系数，人体皮肤的摩擦系数是一个系统属性，取决于皮肤本身的表面性能、接触 材料的性能以及中间润滑物质，如护肤品、皮肤分泌的汗液和皮脂等，并且在很多研 究中的得到证实，研究结果认为皮肤的摩擦系数与接触材料的物理化学性能、机械接 触的参数有关。 1 3 1 1 皮肤摩擦的测试装置 很多研究学者专门研制了测量皮肤的摩擦特性设备，李炜等【1 5 】研制出的新型皮肤 摩擦特性测量装置，该设备主要用于测量人以及在动物体与离体皮肤的摩擦特性，在 不同试验参数下测定皮肤与假肢接受腔材料之间的摩擦系数等；李宏凯等人【16 】研究了 用于测量不同部位皮肤的摩擦系数的仪器，该设备可以在人或动物的活体皮肤、离体 皮肤上，测试脸颊、额头和躯体等表面形状不规则的皮肤的摩擦特性。王旭等人【i7 】研 制出专f - i n 量织物与皮肤间摩擦特性的测试仪，直接测量皮肤与织物的摩擦行为，以 及研究织物与仿真皮肤之间的动、静摩擦行为。t o m l i n s o n 等人【1 8 】等人使用专门的手 指摩擦试验机，研究手指与不同材料接触时的摩擦性能，以及随着接触面积的变化摩 擦性能的变化。 1 3 1 2 年龄、性别、种族以及解剖部位的影响 李炜等人【1 9 】和樊鸣鸣等人【2 0 1 分别研究了不同年龄、性别和解剖部位等因素对人 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 体皮肤生理结构的影响，同时还分析了以上因素引起皮肤摩擦特性差异的原因。唐玮 等人【2 l 】研究了手部皮肤的摩擦特性，男性手背皮肤的摩擦系数高于女性，而手掌在性 别间差异不明显。国内外研究结果有所不同，a n a s t a s i a 等【2 2 】研究结果表明相同皮肤 部位在不同年龄之间，摩擦系数没有明显的差别。a s s e r i n 等【2 3 】研究发现年轻人的前 臂的摩擦系数高于老年人，原因是年轻人皮肤的含水量高，粘弹性较大；s i v a m a n i 等人 【冽发现不同年龄人群前臂掌侧皮肤的摩擦学性能差异较小，可能原因是前臂掌侧皮肤 较少的暴露在日光下，紫外线对皮肤的影响较小。m a n u s k i a t t i 等人【2 5 】研究了人体不同 解剖部位皮肤粗糙度的差异，结论表明，人体不同解剖部位皮肤的粗糙度差异较大。 而s i v a m a n i 等人【2 6 】研究发现前臂掌侧皮肤的摩擦性能独立于年龄、性别和种族，具有 相对稳定的状态，他还通过测量皮肤的摩擦系数和电阻抗来评价不同化合物对皮肤表 面的影响。李炜【2 0 】选择了不同年龄段的志愿者，对身体不同部位的皮肤：手掌、手背、 前臂掌侧、前臂背侧、胫骨脊外侧和内侧的摩擦性能进行测量，其对摩的材料为假肢 材料，研究结果表明年龄对不同部位皮肤的摩擦性能有很大的影响，而相同年龄段的 不同测试部位皮肤的摩擦性能不存在显著差异。 1 3 1 3 接触材料性能的影响 接触材料主要通过其表面粗糙度和物理化学性能的差异，影响皮肤的摩擦性能。 当接触材料的表面粗糙度较大时，可以增加皮肤实际的接触面积，增加皮肤与接触材 料的粘着现象，产生较大的摩擦阻力。接触材料本身的亲水性和自由能对摩擦性能也 有很大的影响。李炜等人研究了不同假肢袜套对残肢皮肤摩擦性能的影响【27 1 ，残肢皮 肤的摩擦学性能与皮肤所承受的机械刺激以及皮肤感觉有很大的关系，而袜套的表面 特征和材质在摩擦过程中为主要影响因素。d c r l c r t l 2 】等人研究纺织品在恒定的载荷作 用下，由于不同测试者皮肤含水量的不同，测量的摩擦系数在0 2 7 0 7 1 范围内；为了 客观评价纺织品，他们还建立近似皮肤摩擦的模型，比较聚氨酯和有机硅两种材料对 皮肤摩擦性能的影响，其中涂有聚氨酯的羊毛材料表面性能接近皮肤表面特性，皮肤 的摩擦系数随着材料表面水分的增加而增加。t o m l i n s o n 等人【2 8 】研究发现干燥的皮肤与 硬度较大的接触材料摩擦时，摩擦系数随着接触材料表面粗糙度的增加而降低。干燥 皮肤在光滑的玻璃表面( r z = 0 0 5pm ) 滑动的摩擦系数为2 1 8 士1 0 9 ，而在粗糙表面 ( r z = 4 5l jm ) 滑动时的摩擦系数为0 5 34 - 0 2 2 ，明显小于前利驯。 在接触材料的表面粗糙度相同的条件下，表面的形状或者表面纹理对摩擦系数也 有很大的影响。t o m l i n s o n 等人【3 0 】研究了表面粗糙度和亲水性相同的黄酮和钢铁与皮肤 表面的摩擦现象，皮肤表面与黄酮摩擦时的摩擦系数大于钢铁的，其归因于黄酮表面 不规则的微凸体。 1 3 1 4 化妆品的影晌 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 置昌量量皇量量皇皇| 量量皇皇曼量皇i i 1 曼量量 化妆品对皮肤表面摩擦系数的影响较大，化妆品主要通过改变皮肤表面的含水量， 增加接触表面的粘着性来改变皮肤的摩擦性能。但目前的研究主要局限在保湿化妆品 对皮肤摩擦性能的影响。本论文在1 3 2 节详细介绍了化妆品对皮肤摩擦特性影响的研 究现状。 接触材料对皮肤表面摩擦性能的影响因素较多，除了以上几个方面的影响外，还 包括探头的运动速、皮肤的湿度和接触材料物理特性等，在此不做详细介绍。 大量关于皮肤的研究丰富了人们对皮肤的认识，为我们更好的保护皮肤，改善皮 肤的状况提供了一定的理论基础。但是由于目前研究方法的限制，皮肤摩擦学的研究 还没有形成体系，国外的研究主要还是采用传统的摩擦学研究的手段和方法，主要是 研究不同材料和不同解剖部位的皮肤之间摩擦性能的测定分析，皮肤摩擦学的研究还 停留在理论探索阶段，许多的研究成果没有应用到实际的生活中。 1 3 2 化妆品对皮肤摩擦性能影响的研究现状 1 3 2 1 化妆品的主要分类 “爱美之心人皆有之 ，人类对美化自身的化妆品，自古以来就有不断的追求， 而现在的日常生活几乎不能离开化妆品。化妆品按照功能和用途可以分为四类：基础 化妆品，包括护肤化妆品、清洁化妆品和营养化妆品等，主要是化妆前对面部的基础 处理，如各种清洁霜、洗面奶、面霜、乳液和化妆水等；美容化妆品，主要是面部的 美化用品，如唇彩、眼影和发蜡等；护发、美发化妆品，主要使头发保持天然、健康 和美观的外表，常用的有护发水、发油发乳等；还有就是疗效化妆品，介于药物和化 妆品之间的日化用品【3 。 去角质化妆品作为清洁化妆品的一种，主要分为以下几种类型：( a ) 物理型去角 质化妆品。各种天然植物或矿物颗粒是最为经典的物理去角质成分，主要包括各种坚 果颗粒( 胡桃、杏仁等、水果纤维( 杏子、果皮等) ) 、谷物颗粒( 燕麦、米糠等) 以 及天然水晶、矿石的粉末等。这些成分是通过摩擦去除老化角质细胞而达到深层清洁 皮肤的目的。其优点是不易刺激皮肤，比较温和。缺点是磨砂可能不均匀，使用时一 定要充分浸润软化角质，力度轻柔均匀，尽量选择有弹性，没有锋利边角同时细腻的 磨砂颗粒。( b ) 化学型去角质化妆品。化学类的去角质化妆品主要会用到水杨酸、果 酸、a 酸、酵素和酶等。该类型的化妆品的优点是能够促进真皮层内的胶原纤维的生 长，不仅可以去角质，对消除黑斑、暗疮及改善皮肤表面粗糙很有效果。缺点是它的 使用一个循序渐进的过程，需要较长时间。( c ) 蛋白酶相关化妆品。人的皮肤角质是 有阿尔法角蛋白构成的，添加相应的蛋白酶，就能适度的溶解这些角质，帮助去除。 有的洁面霜和凝胶多会添加这个成分。一般植物蛋白酶有木瓜酶、菠萝酶等。其优缺 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 点是效果要弱些，但是最温和、刺激小的化妆品。 对化妆品的研究中最多的是关于基础化妆品，其中护肤品直接作用于表皮，使皮 肤变得柔软、湿润、有弹性，皮肤质地的改变不仅可以从直观视觉就可以感受，而且 通过手指与皮肤的摩擦也可以直接感受皮肤的变化。 1 3 2 2 化妆品对皮肤摩擦特性影响的研究现状 随着当今人们对化妆品需求量的增加和对化妆品功效要求的提高，其发展前景广 阔，趋势也不断增强。使用化妆品后皮肤的摩擦特性的变化引起很多研究学者的关注， 唐玮等人【2 1 】专门研究保湿化妆品对手部皮肤摩擦性能的影响，男性手部皮肤的摩擦系 数高于女性，凡士林护手霜对皮肤的保湿时间比普通的护手霜久。g i t i s 等人【3 2 】在前 臂皮肤使用聚偏二氯乙烯、普通保湿化妆品、凡士林和空白组对照，皮肤的摩擦系数 均增加。由于凡士林和聚偏二氯乙烯在皮肤表面形成一层油脂膜防止水分的丢失，降 低了皮肤表面的电阻抗系数，保湿化妆品在皮肤表面形成水润膜，使皮肤表面的电阻 抗系数变化最大，说明保湿化妆品更容易渗透进入皮肤。p r a l l 等人【3 3 j 研究发现当在皮 肤表面涂抹护肤品或者水分后摩擦系数会迅速增加，涂抹护肤品的皮肤能较长时间的 保持较高的摩擦系数，而涂抹水分的皮肤摩擦系数只能持续5 2 0 m i n 。g i t i s 【3 2 】对皮肤 涂抹3 种保湿化妆品：普通保湿化妆品，先进的日用保湿化妆品和超先进的夜用保湿化 妆品进行试验比较，如图1 - 3 所示，结果表明3 种保湿化妆品都使皮肤的摩擦系数增加， 电阻抗系数降低，但是随时间的变化情况不同。普通保湿化妆品持续时间不到一个小 时，先进的日用保湿化妆品保湿几个小时，而超先进的夜用保湿化妆品则可以超过一 天。 h m l m a a l 髓c h a r m 一一一 i 一 1 1 m om o r a a t 悯m ml 删n l t工卫霉置芏- 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 一一, a l e一一 一 撕a ”懒 i l l- - g o 一 一 伽 抽一a i 巾知蜘洲 图1 - 3 不同护肤品的摩擦系数变化曲线 保湿护肤品作为外用化妆品，保湿持久效果比较短，会因为皮肤的新陈代谢以及 皮肤表面与周围环境的摩擦使角质层细胞脱落而失去作用，研究结果表明，保湿霜使 用后渗透进去皮肤表皮，随后会部分蒸发或者部分随着皮肤与其他物质接触摩擦而脱 落，8 小时后只有5 0 左右还保留在皮肤的表面。油脂可以减少水分的流失，生物脂 质可以参与合成角质层脂质，湿润剂可以从外界补充角质层的含水量，因此，以上三 种物质是护肤品不可或缺的成分【3 1 1 。r a m a l h o 等人【3 4 】通过测量皮肤不同解剖部位经皮 水分流失的水分含量( t e w l ) ，分析了使用两种保湿化妆品后不同解剖部位的保湿 效果。s i v a m a n i 掣3 5 】通过测量皮肤的摩擦系数和导电性能分析了皮肤的摩擦性能与 含水量的关系，指出保湿润肤化妆品的使用会增加皮肤的含水量，同时增加皮肤表面 的粘着现象，使皮肤与其他物质接触时的摩擦阻力增加，进而增加摩擦系数。b h u s h a n oc口ja-暑 芒卫墨50蔓量。王 oct-a毫_ 警卫卫薹置董，正 西南交通大学硕士研究生学位论文第”页 等人【3 6 】通过研究不同的载荷、速度和皮肤不同解剖部位对皮肤与头发接触时的摩擦 性能的影响，还分析了摩擦温度和湿度对皮肤摩擦性能的影响，为制定更好的洗发水 和护发化妆品提供依据。y o s h i m u n e 等人旧研究在手指尖涂抹水分后产生黏着感觉， 皮肤的摩擦系数增加，评估手指的触觉和摩擦性能为化妆品的研究提供一个模型。 t a n g 等人【3 8 】也在使用护肤品的皮肤上研究了相对湿度和温度对皮肤摩擦系数和粘 着现象的影响。g i t i s 等【3 2 】还研究了不同保湿化妆品使用后在性别之间的差异，指出 前臂掌侧皮肤不存在性别和种族的差异，对化妆品的渗透在性别之间不存在显著差异。 n a c h t 3 9 】等研究发现皮肤使用护肤品后，皮肤表面的油腻程度与皮肤的摩擦系数成反 比，并通过检测皮肤摩擦系数随时间的变化，评估护肤品的保湿效果。 在国内外已发表的文章中，大多数学者指出了化妆品涂抹后主要通过改变皮肤角 质层组织结构，促进化妆品中的营养成分渗透到皮肤的真皮层，帮助恢复和保持皮肤 的屏障功能，保证皮肤的正常新陈代谢和皮肤表面的含水量，进而改变皮肤的机械和 物理性能，增加皮肤的摩擦特性。综上可见，角质层对于化妆品的渗透效果有很大的 影响，原因与角质层的结构和功能有很大的关系。 1 3 2 3 角质层对皮肤摩擦特性的贡献 角质层位于皮肤的最外层，它是由真皮层的角化细胞在向外迁移的过程中脱水形 成的。角质细胞含水量较低，导电性能较差。角质层细胞间有很多结构性脂类，它是 构成皮肤物理性屏障的重要部分。在一些研究中，认为角质层的组织结构为“砖墙模 式，“砖墙结构中的“砖 是由角蛋白以及中间丝相关蛋白分化形成的角质细胞 薄膜，而砖块之间的“灰浆 则是细胞间脂质，如图1 - 4 所示h o 。细胞间脂质与角质 层屏障保持皮肤水分的能力密切相关。角质层脂质的标志成分是神经酰胺，其质和量 的变化都可以引起角质层中脂质的变化【4 1 4 2 】。在不同的季节和不同的年龄，角质层中 脂质的生物化学性能会发生一些变化，可能会影响皮肤的结构和功能。角质层的保护 屏障的作用，主要决定于其结构，当身体处于恶劣的环境时，能够限制水分的流失， 防止微生物和化学物质的入侵。角质层厚度较小，1 0 2 0 um ，有一定的机械和摩擦性 能，与皮肤其他组织不同，它还是深度方向的梯度材料并且具有较高的杨氏模量 4 3 书】。 角质层在皮肤的屏障功能中最先发挥作用，这与它的结构和位置有关。角质层位 于皮肤最外层，对外界物理化学物质、微生物以及轻微的机械损伤起到防御作用；角 质层的损伤会导致皮肤抵抗力与防御能力的降低，对皮肤的健康产生危害。角质层的 厚薄还可以影响皮肤的色泽，如果角质层过厚，皮肤黄色会加深，光泽度较差，例如 脚底的皮肤。如果角质层厚度过薄，就容易丧失水分，缺乏对皮肤的屏障作用，皮肤 容易过敏，易产生色斑、暗疮、甚至出现红血丝等现象。角质层过薄还会使皮肤功能 屏障下降，容易引起敏感或导致某些皮肤病发生【拍j 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 1 1 m c o c 、, t b、l7 。， 。 ” s p a c c 血曩簿m e 瞅l i u i a ，桶酷鹂 固_ - 岵i l f 糊孵霸 嘲伊嗣罗。港燮魄澎黟 飞啊眇i 、目拯 k e r a t i nl a 、c r ( ；r a n u l a rl a 、e r s , p i n o u sl a ，c r j k 。 1 ) l f i i i i 、 - l h 图l _ 4 大鼠表皮的组织学图像以及皮肤角质层中脂质基 质与角质层细胞的结构示意刚4 0 】 完整的角质层对于保持人体内环境的稳定起了重要作用。角质层一方面保护机体 免受外界环境中各种因素可能造成的有害影响，另一方面又能防止机体内各种营养物 质、电解质和水分的丧失，从而保持了机体内环境的稳定。 图1 - 5 皮肤角质层的基本功能示意图。 ( a ) 机械性的保护作用：角质层处在皮肤的最外层，具有独特的力学性能，能保 护皮肤免受外界轻微机械的损伤，如轻微的擦伤，抓挠等。手掌和足底的角质层最厚， 能抵御较大的摩擦磨损。虽然角质层较皮肤厚度较薄，但其具有很好的弹性，当产生 外来的冲击和碰撞时，角质层与弹性更好的真皮纤维组织及皮下脂肪组织联合作用减 少冲击，保护皮肤内的血管、神经等组织。 ( b ) 物理性的保护作用：角质层具有较高的电阻抗，能够减小电流、电压对皮肤 的影响。但角质层电阻值的高低还取决于角质层中水分含量。因此，角质层的电阻值 可以作为水含量多少的判断依据。角质层可以分散光线照射，减少进入真皮层的光线 强度，进而减少皮肤损伤。 ( c ) 化学性的保护作用：角质层中角质细胞的胞浆、胞膜及细胞间隙物质都对化 学物质有一定的屏障作用，皮肤表面的各种离子也发挥一定的的作用，如氢离子可以 中和酸性和碱性物质，减少化学物质对皮肤的损伤。 ( d ) 生物性的保护作用：角质层完整的皮肤可以防止微生物的侵入。例如，完整 的角质层可以阻止直径偏大的微生物的通过；皮肤表面一般处于酸性状态，不利于寄 生菌的生长；还有表皮脂质膜中游离脂肪酸以及代谢产物抑制某些微生物的生长。 ( e ) 防止体内有用物质的丢失：皮肤角质层作为一种半透膜在防止体内营养物质、 水电解质等的丢失都起了重要的作用，角质层表面覆盖的皮脂膜能节制体内水分过量 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 散失，使皮肤的含水量处于正常状态。 图l - 5 皮肤角质层的基本功能示意图 p a i l l e r - m a t t e i 等【4 3 】在研究中得出随着角质层厚度的减少，皮肤的摩擦学性能和物 理化学性能均发生了改变，由于角质层的去除，皮肤表面增加了对水分的渗透。他们 还研究了角质层对人体皮肤的生物摩擦特性的影响，在通过纳米压痕和纳米摩擦测试 得到离体的角质层的机械和摩擦性能，如图1 - 6 所示，离体角质层的杨氏模量随着穿 透深度的增加而降低，而离体角质层的摩擦系数随着摩擦位移的增加由1 0 0 降低到l 。 另外，他们还通过胶带剥离人体的角质层，测量了剥离过程中皮肤角质层的机械性能 和摩擦特性的变化，如图1 7 所示，对皮肤进行角质层剥离后皮肤的