Page 163 - 《精细化工》2023年第5期

第 5 期 张婉萍，等: 水相介质中 CO 2 的水合转化效应及皮肤护理应用 ·1083·

CO 2 的水合转化产物碳酸及衍生物具有调节皮 东福瑞达生物化工有限公司；羧甲基纤维素钠（纤
肤 pH 和维持皮肤稳态的功能，在皮肤护理和皮肤 维素胶）、黄原胶，化妆品级，阿泽雷斯国际贸易（上
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疾病干预方面具有重要的应用价值 。在皮肤护理 海）有限公司；1,2-丙二醇（简称丙二醇）、丙三醇、
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方面，SCHWANITZ 等 发现，采用 CO 2 水相体系 1,3-丁二醇，分析纯，北京沃凯生物科技有限公司；
处理后的皮肤经皮水分流失（TEWL）和 pH 会显著 无水乙醇，分析纯，上海泰坦科技股份有限公司；
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降低。FUKAGAWA 等 在 CO 2 对鳞状皮肤干燥症 NaCl、KCl、CaCl 2 、MgCl 2 、Tween 80、Span 80，分
的影响及作用机理的研究中，通过人体实验以及 3D 析纯，国药集团化学试剂有限公司；聚甘油-3-二异
表皮模型实验证明了经皮 CO 2 水相体系的应用改善 硬脂酸酯、烷基糖苷，化妆品级，德国巴斯股份公
了干性皮肤的脱皮现象，同时伴随着角质层的轻度 司；聚丙烯酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯（赛比克
酸化，改善了鳞屑现象。在皮肤疾病治疗方面， 600），化妆品级，法国赛比克公司；卡波 U10、丙
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SCHMIDT 等 指出，含高浓度 CO 2 水相体系的应用
烯酸酯/C10~30 烷基丙烯酸酯交联聚合物（TR-1），
能有效促进伤口和溃疡的愈合，可抑制雷诺综合征
化妆品级，美国路博润公司。
的发病。此外，使用 CO 2 水相体系处理的皮肤部位， MC-500 SCCM-D 气体质量流量计，美国 Alicat
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鳞屑和皱纹参数抑制效率≥40% ，连续施用高浓度
公司；DV-Ⅱ+Pro 黏度计，美国 Brookfield 公司；
的 CO 2 水相体系对皮肤具有极好的修复和再生作
UV 1800 紫外-可见分光光度计，苏州岛津仪器有限
用。由以上研究结果可知，CO 2 水合产物具有重要
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的皮肤修复生物学意义 。然而，气态 CO 2 分子不 公司；IKA RW20 数显型顶置式机械搅拌器，德国
IKA 公司；BSC-1304IIA2 生物安全柜，苏净安泰有
能作为有效的皮肤护理活性物，通常是其水合转化
限公司；CCL-170B CO 2 恒温培养箱，新加坡艺思高
产物产生作用，因此，明确 CO 2 分子在化妆品产品
科技有限公司；Synergy H1 多功能酶标仪，美国
体系的水合转化效应对于开发含 CO 2 的产品体系在
BioTeK 公司；H/T16MM 台式高速常温离心机，湖
护理皮肤健康中的应用具有重要意义。
南赫西仪器装备有限公司；HWS-12 型恒温水浴锅，
CO 2 在水相介质中的转化效应是形成碳酸及其
®
衍生物的关键，然而，影响其形成的因素尚未得到 上海一恒科学仪器有限公司；Corneometer CM 825
®
全面研究。CO 2 水合转化主要为 CO 2 与水形成笼形 皮肤水分含量测试仪、Tewameter TM 300 水分经
®
结构水合物，进而转化为 H 2 CO 3 ，在平衡状态下 皮肤散失测试仪和 Skin-pH-Meter pH 905 皮肤酸碱
– 2–[7-8] 。此转化过程受 度测试仪均购自德国 CK 公司。
H 2 CO 3 可逆转化为 HCO 3 和 CO 3
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温度、pH、水相介质等多环境因素影响 。CO 2 水 1.2 实验方法
合转化行为的影响因素在分子动力学和全球气候治 1.2.1 CO 2 水合转化效应的理论转化计算
理领域已经有一些研究 [10] ，然而，这些研究均单一 CO 2 水合转化效应关键是 CO 2 与多个水分子形
地从温度、pH 等因素对其水合转化进行探讨。对于 成氢键网络促使生成水合簇 CO 2 (H 2 O) 1~4 ，属于水合
转化过程的决速步骤，其中参与水合过程的自由水
原料成分多、结构复杂的化妆品来讲，获得含 CO 2
的皮肤功效护理性产品，明晰 CO 2 在复杂体系中相 分子数量决定着质子转移过程中结合能垒的变化 [10] 。
转化的影响因素是一个亟待解决的重要问题。 进一步地，CO 2 (H 2 O) n 在水中解离形成 H 2 CO 3 及相
本研究基于化妆品配方中常用原料，分别探究 应的共轭碱 HCO 3 –[11] 。获取 CO 2 在水相中的转化效
了在不同流变调节剂、离子强度、乳化剂、多元醇 应的数据对于其产品开发具有重要意义。本研究考
的水相条件下 CO 2 的水合转化效应。采用细胞法和 虑实际生产应用，在 25 ℃、6 kg/cm 压力下将 CO 2
2
人体功效评价法探究了 CO 2 在水相体系的细胞相容 注入盛有 100 mL 水的密闭气雾罐，获得 CO 2 理论
性及皮肤护理效应，为开发含 CO 2 的护理性化妆品 和实验溶解量。根据 Henry 定律〔式（1）〕计算亨
提供了理性的配方开发思路，为 CO 2 皮肤护理应用 利系数：
提供了理论和应用支撑。 H  C / P （1）
CO 2 CO 2 CO 2
1 实验部分 式中： C CO 2 为溶解在液体中的 CO 2 浓度，mmol/L；
P CO 2 为 CO 2 的分压，MPa；H CO 2 为亨利系数，mmol/
1.1 试剂与仪器 (MPa·L)。在纯水中 CO 2 亨利系数的理论值 H CO 2
HaCaT 细胞，中国科学院；胎牛血清、磷酸盐 (25 ℃) 为 345 mmol/(MPa·L) [12] 。
2
缓冲液（PBS）、DMEM 高糖培养基，美国 Gibco 在室温（25 ℃）、气雾罐液体上方压力为 6 kg/cm 、
公司；CCK-8 试剂盒，上海碧云天生物技术公司； 100% CO 2 气体的条件下，按照式（1）和理论亨利系
透明质酸钠（相对分子质量 7000），化妆品级，山 数可知，溶解在纯水中的 CO 2 浓度为 202.86 mmol/L，