幾年前，我在歐萊雅原料部負責抗汙染的計畫。一開始想的很簡單，直接找到有抗汙染功效的成分就好。但是看了一圈下來，發現一個很大的問題，那就是業界對於抗汙染沒有統一的標準和方法。到底什麽是汙染，到底怎麽定義汙染，到底怎麽判斷一個成分抗汙染能力的強弱？當時都是一片空白。後來歐萊雅內部制定了一些抗汙染的評價方法，不少成分供應商也參與進來。最後終於有了一套可行的方案。
總結起來，目前可以用的抗汙染評價指標有以下幾種：
- 抗煙霧
- 抗煙霧+UV氧化
- 抗顆粒物附著
- 抗臭氧
題主提到的抗氧化，並不等同於抗汙染。嚴格來說，只有對抗煙霧，UV或者臭氧造成的氧化，才算抗汙染。
抗煙霧
煙霧是大家首要關註的汙染指標。前些年，我們說空氣汙染嚴重，一般就用PM2.5來表示。所謂PM2.5，嚴格來說是直徑小於2.5微米的顆粒物。這些顆粒物一般來自尾氣，工業生產，廚房油煙以及香煙煙霧。它們的主要組成有各種有機物，無定形碳，硫酸鹽，硝酸鹽等 [1] 。
這些PM2.5接觸皮膚之後，一部份停留在皮膚表面，另一部份會進入到皮膚中，刺激皮膚產生ROS以及皮脂氧化。皮膚在ROS的作用下，又會進一步產生炎癥因子，造成皮膚的炎癥反應，從而帶來膠原蛋白降解，色斑，皮膚泛紅等各種問題 [2] 。
因此在抗汙染的功效測試中，有一種方法就是讓消費者置身於真實的汙染環境中，尤其是車流密集的街道旁。這裏因為汽車尾氣的原因，PM2.5的濃度非常高。消費者半臉使用抗汙染的成分或者配方，另外半張臉不使用或者僅僅使用對照產品。然後對比兩邊臉的皮脂氧化，炎癥因子的量，就可以測試出產品或者成分的抗汙染效果。
抗煙霧+UV氧化
日常生活中，雨水常常起到清潔大氣的作用。真實的情況下，霧霾往往都出現在大氣處於穩定狀態的時候，基本都是在冬日的晴天。PM2.5本身的害處就不小，紫外線會更進一步放大它的功效。本身PM2.5作為直徑非常小的顆粒，在紫外線作用下，就是很好的氧化反應催化劑。而PM2.5中的多環芳烴，在紫外線的照射下，會對皮膚產生進一步的刺激。
基於這一點，歐萊雅的研發人員設計出了一個汙染箱 [3] 。在其中註入煙草點燃的煙霧來模擬PM2.5.再加以紫外燈來模擬陽光中的紫外線。汙染箱中，放入人體皮脂的成分——角鯊烷和被測試的成分。因為角鯊烷是不太穩定的成分，在PM2.5和紫外線的催化下，它的氧化分解速度加快。如果某些成分能在汙染箱中減緩角鯊烯的氧化分解速度，則可以初步認定這個成分有抗汙染的能力。
當然，這只是一個連體外模型都算不上的初篩裝置，只能用它來做抗汙染成分的早期篩選。選中的成分還需要經過後期的細胞測試，人體測試和功效測試，才能說具備了抗汙染功效。
抗顆粒物附著
既然PM2.5是造成汙染對皮膚傷害的罪魁禍首，那麽我們盡量避免PM2.5在皮膚上的附著也可以解決汙染對皮膚的傷害。
說起來簡單，做起來卻不容易。這在護膚品上幾乎是一個全新的課題，可以參考的方向很少。之前有限的研究主要是一些抗花粉過敏的產品。花粉帶正電荷，所以可以在配方裏加入一些陽離子乳化劑，讓皮膚表面帶正電，透過電荷的同性相斥，避免花粉的附著。
然而PM2.5表面的電荷狀態復雜，很難透過類似的方式來實作。於是我和實驗室的同事一起合作，開發了一個全新的思路：仿生的荷葉效應。
荷花出淤泥而不染，尤其是荷葉，表面具有自清潔的能力。仿佛不粘鍋一般，聚集的水珠可以帶走表面的灰塵。使用掃描電鏡觀察荷葉的表面，可以發現它是二級微米結構：在10微米左右的突起上面，再嵌合了1微米左右的顆粒。透過這樣的搭配，能顯著減少表面張力，減少顆粒附著的同時，還能起到自清潔的作用。
沿著這個思路下去，我們開發出了一系列的樣品。同時法國實驗室又設計了一套評估方法。這個方法相對來說就比較簡單了。使用黑碳來模擬PM2.5，在一個箱子裏使用風扇葉片將顆粒分散。然後將測試樣品置於其中一段時間，取出之後反向放置然後拍照，透過影像辨識軟體，計算樣品表面附著顆粒的數量。附著的顆粒越少，說明樣品的抗汙染效果越好。具體的評估方法當時我們發了兩篇IFSCC的poster，原文網上找不到了。類似的方法也有很多，感興趣的可以參考下圖的文獻 [4]
抗臭氧
臭氧也是一種比較常見的汙染物，尤其是在陽光強烈的夏季。它由紫外線照射氧分子產生，在光汙染嚴重的城市，光幕和玻璃外墻的作用下，臭氧汙染比自然狀況下更嚴重。而且臭氧是一種強烈的氧化劑，對皮膚的危害也很大。除了常規的抗氧化以外，還有一種方法是使用護膚品將富含臭氧的空氣和皮膚隔絕開來。
然而如果怕護膚品的隔絕效能太強，皮膚不透水不透氣，不僅不舒服，還會悶痘。而如果隔絕效能不夠，又沒法把臭氧隔開。理想的情況下，這個護膚品最好是防水透氣，同時又能隔絕臭氧。
所以可以設計一個臭氧擴散池，上面通臭氧。中間有一層模仿皮膚的薄膜，在上面塗上測試的配方。下面則是接受池，加入容易和抽樣反應的成分，最好是和臭氧反應變色的化學試劑。這樣，透過接受池的變色反應，就可以簡單判斷臭氧是否能透過配方。然後再測試配方的防水透氣效能，就可以找出即防水透氣，又隔絕臭氧汙染的配方。
小結
上面這幾個測試是我在開發抗汙染成分和產品過程當中了解到的一些測試方法。可以看出來，抗氧化只是抗汙染的一部份，抗汙染的範圍大得多得多。如果一個產品或者成分只有抗氧化效果，那麽很難判斷它是否有抗汙染功效。只有經過抗汙染的功效測試，我們才能說一個產品或者成分有效。
參考
- ^ Ye B, Ji X, Yang H, et al. Concentration and chemical composition of PM2. 5 in Shanghai for a 1-year period[J]. Atmospheric Environment, 2003, 37(4): 499-510.
- ^ Araviiskaia E, Berardesca E, Bieber T, et al. The impact of airborne pollution on skin[J]. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology, 2019, 33(8): 1496-1505.
- ^ Pham D M, Boussouira B, Moyal D, et al. Oxidization of squalene, a human skin lipid: a new and reliable marker of environmental pollution studies[J]. International journal of cosmetic science, 2015, 37(4): 357-365.
- ^ Kim W, Kim H J, Boo Y C, et al. Evaluation Method of Cosmetics for the Effect of Fine Dust Adhesion Prevention Using Floating Chamber[J]. Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea, 2020, 46(4): 319-327.
