藉由珀萊雅化妝品功效評價中心的專業人員與設備，再結合他們前期研究結果，美麗研製推出了第一期人體皮膚基礎科學科普性文章《科學辨別皮膚類型，幫你選對化妝品》。
而在此次，我們將推出第二期合作成果，在本期中我們將藉由珀萊雅的儀器設備觀察到皮膚的微觀結構，了解到化妝品公司是如何利用這些高尖端儀器來進行化妝品功效評估的。
也希望更多的人能夠對我們中國本土的化妝品品牌具有更多的了解和信心。
No.1
什麼是皮膚表面形貌？
人體皮膚表面所能夠觀察到的結構，大致可分為皮膚紋理、皺紋及毛髮等。當你仔細地觀察裸露的皮膚，應該能夠看到縱橫交錯的皮膚表面形貌。
伴隨人出生就固有的皮膚紋理，是由微小的、深淺不一的皮溝和形狀各異的皮丘相互交織而成，一般呈現為比較固定的多邊形，且形態幾乎不變。即使是青春期的皮膚，表面也會有這些「皺皺巴巴」「凹凸不平」的網紋，也正因如此，皮膚才具有天然的柔韌性和良好的彈性。這些「溝壑」可使汗腺、皮脂腺產生的分泌物沿著紋路分散到整個皮膚表面，促進皮膚新陳代謝；也可使護膚水、精華液等護膚品順著肌膚紋路蔓延至整個皮膚表面，便於吸收，達到保養肌膚的目的。
圖1. 年輕肌膚紋理（左）與年老肌膚紋理（右）
(拍攝於珀萊雅化妝品功效評價中心）
圖1所示為珀萊雅化妝品功效評價中心的RH-2000數字式光學顯微鏡鏡頭下，年輕肌膚紋理與年老肌膚紋理的形貌對比圖，不難看出，隨著歲月的流逝，受自然老化、光老化等影響，皮膚表面相對穩定均一的紋理形態會出現交叉融合、相對數量減少、表面積擴大等變化，皮膚會漸漸變得粗糙，甚至出現細紋、皺紋等狀態。
歐盟指南指出，根據深度和形態，皮膚紋理可作如下分類：（1）明顯可見的皺紋，槽、細褶或溝，深度為100μm至幾毫米；（2）主紋路，交叉將皮膚劃成平行四邊形、矩形或方形，深度為20~100μm；（3）二級紋路，由主紋路分支出來的旁支紋路，深度約為5~40μm；（4）三級紋路，即形成角質細胞邊界的細小紋路，深度約0.5μm；（5）四級紋路，相應於角質細胞凹凸不平的微小紋路，深度約0.05μm。
No.2
皮膚表面形貌與內部結構的關係
眾所周知，人體皮膚由外至內分為三層：表皮、真皮和皮下組織。表皮與真皮以指狀突起相互交錯鑲嵌，表皮深入真皮的部分叫做表皮突，真皮深入表皮的部分叫做真皮乳頭。皮膚紋理就是由真皮乳頭向表皮突出形成的大量排布整齊、平行的乳頭線——嵴紋和嵴紋之間的凹陷——皮溝形成的。如圖2所示是人體皮膚切片的彩色掃描電子顯微鏡照片，是否讓你大吃一驚？原來人體皮膚表面的微觀形貌，竟然如此「坑坑窪窪」，別怕，正是這「精密」的內部結構和「難看」的微觀樣貌，才能賦予皮膚良好的機械性能、外觀狀態等。
圖2. 人皮膚切片的彩色掃描電子顯微鏡照片
皮膚表面形貌，與表皮和真皮的內部結構及生理性能緊密相關。表皮中最重要的是位於最外側的角質層和最裡面的基底層，基底層細胞以14~28天為周期由內向外逐步分化成長，最終演變為角質層。對於正常健康的肌膚，有一個肉眼看不到的過程，即已完全形化的死細胞會不斷脫落至周圍環境，如果該脫落過程受損，角質細胞會聚集成塊，就會產生我們肉眼可見的粗糙肌膚紋理。
另外，填充表皮細胞與細胞間空隙的細胞間質，由脂肪酸、鞘胺醇、膽固醇以一定的比例、精密的結構組成，能夠維持表皮細胞良好的生存環境，防止水分流失；顆粒層以下細胞間隙還存在一些水溶性物質，如透明質酸，它們像水泵一樣把真皮層的水吸出來滋潤表皮，讓其呈現健康充盈的皮膚表面形貌。真皮層分為乳頭層和深層網狀層，乳頭層以「手指狀」伸出與表皮吻合，表皮水分和營養物質的供給都與乳頭層密切相關；網狀層，主要由膠原蛋白纖維、彈性蛋白纖維和基質等組成，網狀纖維縱橫無序地交織，增強皮膚韌性、彈性和順應性。自然老化使得皮膚角質層更新速度變慢、角質層變厚；另一方面，日曬是導致紋理變性、皮膚老化最重要的因素，年輕肌膚中網狀纖維粗壯結實、條理清晰，紫外照射使得肌膚膠原蛋白和彈性蛋白降解破壞、肌膚彈性下降、水分流失、真皮層變薄、表皮層異常增厚，從而長出皺紋。整個表皮和真皮內部結構的健康狀態，才能營造出正常的皮膚表面pH值、含水量等生理指標，這對於微小的脫屑，乃至健康的皮膚表面形貌都非常關鍵。
由上可知，皮膚表面形貌不僅包括皺紋和紋理特徵、表面網紋各向異性等，還包括表面粗糙度、脫皮、隆起、乾燥等特徵現象，例如，一些將要脫落的已角質化的細胞仍然疏鬆地附在皮膚表面，會使皮膚表面看起來很粗糙，也就是日常所說的起皮現象。
圖3. 皮膚顯微鏡VisioScan VC 98拍攝的皮膚表面形貌：
前臂內側肌膚紋理（左）和手肘部乾燥起皮（右）
表1. SELS數據報告：前臂內側和手肘部肌膚紋理參數
珀萊雅化妝品功效評價中心利用皮膚顯微鏡VisioScan VC 98，拍攝研究人體不同部位皮膚表面形貌的差異，如圖3所示為某位女性志願者（30歲，乾性皮膚）手臂不同部位的皮膚表面形貌圖，左側為前臂內側肌膚紋理圖，右側為手肘部肌膚紋理圖，可以明顯看到手肘部乾燥起皮現象嚴重、紋理也十分粗糙。SELS分析也表明，手肘的角質層剝落程度（SEsc）明顯高於前臂內側。
觀察角質層新生，可通過測量角質剝落來估算，TCSA是一種抗菌劑，能夠完全穿越角質層並且變成角質細胞中的成分，同時可利用螢光來追蹤，螢光消失的時間反映角質細胞代謝速率，用此法已證實，女性年老者約24小時剝落一層角質細胞，而男性年老者則需34小時剝落一層。
No.3
皮膚表面形貌的觀察
一般觀察皮膚表面形貌的儀器，多藉由皮膚的光學特性來實現，例如：
（1） 光學顯微鏡：可直接將皮膚表面放大數十倍至數千倍，便於肉眼觀察皮膚表面精細結構。如圖4所示日本HIROX公司的RH-2000數字式光學顯微鏡，其中同軸高倍變焦鏡頭具有手持設計，方便在人體各部位實現皮膚表面形貌的實時檢測。
圖4. RH-2000數字式光學顯微鏡（日本HIROX）
(拍攝於珀萊雅化妝品功效評價中心）
（2） 掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM）：是觀察皮膚表面結構非常有用的一種儀器，可將對象放大並聚焦至數萬倍以上。一般應用到SEM，是用來觀察矽膠復膜法製得的皮膚複製膜，配合相應軟體可對其圖像做出具體分析。
No.4
皮膚表面形貌評估技術
皮膚表面形貌評估可以為化妝品的功效宣稱提供有效、直觀的數據支撐。皮膚表面形貌測量技術的發展，日益為能夠科學準確地評價化妝品的護膚效果提供著有力的證據。皮膚表面形貌評估方法，大致可分為直接法和間接法兩大類，具體包括：
4.1 直接目視法
在臨床上有分級評估法，依據為皺紋等級標準照片，本章不做討論。另外有研究者對分級評估法提出更詳細的歸類，描述了鱗片狀剝落、粗糙度等皮膚分級。此類方法，主要缺點是人為主觀性較強，準確性和可重複性較難實現。
4.2 皮膚復膜技術
皮膚復膜技術屬於間接測量法，可用聚合軟矽橡膠，如Silflo，先製成皮膚表面復膜，再用各種儀器對復膜結構進行分析，如：Hommel形貌分析儀；雷射形貌測定儀；皮膚圖像定量測試儀Skin Visiometer SV 500。
4.2.1 Hommel形貌分析儀（Profilometer - Hommel Tester）
亦稱為Hommel粗糙度測試儀，屬於機械跟蹤掃描，早期用於金屬表面形貌評估，後被引用測量皮膚表面形貌。首先用聚合軟矽橡膠在皮膚表面印製陰膜，可直接測量陰膜，也可用較硬的環氧樹脂，由陰模轉印成陽模後進行測定。探針沿著垂直於溝紋的平均方向來對陽膜進行掃描，電子裝置可測到探針位移，精確度為0.1μm。探針垂直方向被傳送至磁針，信號經放大和數位化，儲存入計算機並進行分析。Hommel形貌分析儀描述的粗糙度參數主要有：平均表面粗糙度Ra和粗糙平均深度Rz。該方法的缺點是比較耗時，但有較高的準確性和可靠性。
4.2.2 雷射形貌測定儀
可將復膜自動送至測量系統，儀器帶有光學自動對焦傳感器，能對復膜進行自動雷射掃描。通過一個可移動物鏡，利用雷射二極體發射λ為780nm的光束至矽膠復膜，復膜反射光經傳感器傳送至一個差動半導體光電二極體。有表面形貌測定時，復膜表面與傳感器間的距離不同引起二極體不同的照度，根據照度差異，可準確重構皮膚復膜三維圖像。該方法的優點是表面形貌測量與皮膚紋路線性取向無關，還可以計算出整個圖像的參數，且不局限於單一的掃描線。
4.2.3 皮膚圖像定量測試儀Skin Visiometer SV 500
其原理是通過一片非常薄的矽膠復膜的透射光強度的變化來測定皮膚表面形貌。用特定的工具和矽氧烷液體塗在皮膚表面，形成與皮膚紋路相吻合的反向複製膜片，矽氧烷液體能填充進最小的皮膚紋路內，準確地再現皮膚紋理。膜片上凸起的部分代表皮溝或者皺紋。當一束特定波長的光照到膜片上後，有皺紋凸起的地方透光量較少，沒有皺紋凸起的地方透光量較多。將從皮膚表面取下來的藍色矽氧烷復膜貼到一個專用的塑料板上，復膜隨塑料板一起插入至主機，平行光照射矽氧烷復膜，膜片後的CCD攝像頭收集到光信號，得到人體皮膚表面的三維圖像，通過專用軟體分析數據，可得表徵皮膚粗糙度的各種參數。
4.3 活體非接觸式測量
屬於直接測量法，涉及到的儀器有：皮膚快速光學三維成像系統，簡稱Primos；皮膚顯微鏡及活性皮膚表面分析系統，VisioScan VC98。如今，由於活體非接觸式測量技術的出現，矽膠復膜技術在有些時候就顯得有些繁瑣了。
4.3.1 皮膚快速光學三維成像系統Primos
在化妝品功效評價中，條紋投影技術是重建皮膚表面三維形貌最重要和最有效的方法。德國GFM公司的Primos-lite，是世界唯一一款可手持的高精度3D皮膚測量儀，見圖5。
圖5. 皮膚快速光學三維成像系統Primos-lite（德國GFM）
(拍攝於珀萊雅化妝品功效評價中心）
測量時，具有正弦曲線密度的條紋光被投影到待測皮膚表面，由於皮膚表面凹凸不平，條紋光就會發生彎曲變形，如圖6所示測量原理圖，同時由70ms的高速攝像機捕捉條紋光的變化，記錄下所有圖像點的灰度值，得到皮膚表面的數字三維圖像。
圖6. Primos-lite測量原理圖
經軟體分析，圖像可解析出皺紋/紋理的體積、長度、深度、數量等相關參數。其中，Overlay（圖像重疊）技術可幫助實現評價使用產品一段時間前後相同皮膚區域的皺紋/紋理變化情況。
由浙江省保健品化妝品行業協會發布、珀萊雅化妝品功效評價中心參與起草的團體標準T/ZHCA 006-2018《化妝品抗皺功效測試方法》，正是利用該原理的儀器設備進行的方法編制和驗證。
4.3.2 皮膚顯微鏡及活性皮膚表面分析系統VisioScan VC 98
圖7. VisioScan VC 98（德國Courage+Khazaka）
(拍攝於珀萊雅化妝品功效評價中心）
Visioscan VC 98（德國Courage+Khazaka），儀器見圖7，利用灰度等級計算皮膚表面參數。儀器通過一個均勻環形的紫外（UVA）照明光源和一個高解析度的CCD攝像頭組成的皮膚鏡對皮膚表面進行圖像拍攝，原理如圖8所示；與白光不同，這種光源最大波長為374nm，可防止無用的皮膚光反射，可得到一個清晰、無光澤的圖像。圖像可被儲存，是以256個黑白灰度級別來呈現的，見圖9。
圖8. 測量原理圖
圖9. 黑白灰度級別圖
皺紋在圖像中顯示為暗黑色，剝落的角質層顯示為亮白色。使用活性皮膚表面分析軟體SELS，可以系統地分析皮膚表面灰度水平分布，得到皮膚平滑度參數SEsm、皮膚粗糙度參數SEr、皮膚角質層剝落水平參數SEsc和皮膚皺紋參數SEw，也可以得到評價皮膚老化程度的參數：各向異性指數、角質密度指數等。該儀器可通過皮膚角質層細胞剝落測試膜測定皮膚角質層細胞的剝落情況，評價皮膚的乾燥程度。儀器體積小、手持式操作，便於拍攝不同皮膚部位，是一種便捷的皮膚表面形貌、皺紋分析儀。該儀器的一個缺點是不能較精確地定量線紋和溝的深度，黑點、白點、毛髮也可能影響測量結果。另有一種相似儀器——Direct Skin Analyzer，也可直接測量皮膚表面形貌。
這種獨特的高解析度紫外光拍攝系統可以直接獲取活性皮膚表面圖像，分析皮膚表面形貌、粗糙度、乾燥度，是化妝品功效測試中一種操作簡單、準確、經濟的方法。皮膚顯微鏡也可用於皮膚藥品功效測試、輔助皮膚科醫生的臨床診斷等。珀萊雅化妝品功效評價中心也利用該儀器進行了多項保溼、抗皺原料或產品的基礎研究工作。
4.4 其它新型儀器及技術
目前常用的皮膚紋理/皺紋分析系統還有德國CK公司的Visioline VL650，也是以矽膠倒膜法為基礎，可進行皮膚表面紋理或微輪廓的量化評價。Visioline VL650測試原理是將一片從皮膚上取下的矽膠紋理/皺紋膜片放置主機平臺，一束以一定角度傾斜的平行光照在矽膠紋理/皺紋膜片上，因皺紋存在而產生皺紋狀的陰影。矽膠膜片上方的一個高解析度的攝像頭進行圖像拍攝，通過專用軟體分析陰影部分的面積、長度、圖像灰度值的變化，進行皮膚紋理或皺紋狀況的評估。
德國GFM公司的皮膚快速三維成像系統Derma TOP Visio-3D、愛爾蘭Miravex公司推出的Antera 3D等較新型的儀器，更便於直觀的圖像分析，設備輕巧、使用便捷，但測量精確度稍遜於以上設備。
在一定程度上，皮膚紋理與粗糙度所指意義相同，均是形容皮膚的外在光滑程度，經驗可得，我們在分辨不同紋理時會借鑑表現出來的粗糙度，科學定量的分析紋理粗糙度也是解決皮膚紋理評估的一個思路，屬於一種間接方法。德國CK公司的Frictiometer FR700可用於測量皮膚摩擦力，儀器探頭內部由一個小型發動機和一個齒輪傳動裝置組成，通過發動機的壓力克服圓形摩擦頭在皮膚的表面轉動力矩來測量皮膚的摩擦力，測量結果用一個指數來表示，數值越大說明皮膚表面摩擦力越大，皮膚越粗糙。
No.5
皮膚表面形貌評估的意義
化妝品功效評價的內容和方法中，例如，保溼產品的功效評價，就涉及到皮膚粗糙度的測試。一般情況下，人體皮膚表面的細膩程度、紋理的變化等感官印象和外觀狀態，可以直接地反映出化妝品對人的護理情況，間接說明皮膚水分含量狀態。反過來，皮膚水分充足，皮膚就會光滑、細膩、皺紋細且淺。
再比如，皮膚光澤度評估與皮膚表面微形貌也有很大的關聯。皮膚光澤度測試探頭不僅能測定與光澤度有關的被皮膚直接反射的光，而且能夠測量被皮膚散射的光。當光照射在皮膚表面，測量皮膚再發射出的光在空間各個方向上的光強度，通過這些與光強度有關的參數來評估皮膚表面形態，如：反映皮膚光滑狀態的光漫射量，能夠表示皮膚的顯微狀態；左右方向光反射量之差，可以表示皮膚的各向異性程度，當皮膚微形貌的各向異性變大時，皮膚表面反射光的量就會減少，同樣皮膚上光反射的各向異性和皮膚顯微結構的各向異性有關。因此，測量皮膚表面形貌對於化妝品功效評價工作有著非常重要的意義和用途。
作為國產化妝品領軍企業，珀萊雅一直想消費者之所想，致力將化妝品的功效性作為化妝品研發的最終目標，現在一些中國化妝品企業的功效評價儀器設備和評價能力完全不遜於國外頂尖大牌，也希望消費者能夠對我們中國本土的化妝品品牌更加有信心。
參考資料：
[1] EEMCO guidance for the assessment of skin topography. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology 12 (1999) 103–114.
[2] Direct and Non-Direct Measurement Techniques for Analysis of Skin Surface Topography. Skin Pharmacology and Applied Skin Physiology 12 (1999) 1-11.
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