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上海奧法美嘉生物科技有限公司
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摘要：在個(gè)人護(hù)理用品市場(chǎng)，產(chǎn)品的視覺表現(xiàn)已成為影響消費(fèi)者選擇的關(guān)鍵因素。尤其是對(duì)于牙膏這類凝膠懸浮液產(chǎn)品，其內(nèi)部大量添加的二氧化硅顆粒（作為磨料或增稠劑）與基液之間的折射率差異，會(huì)導(dǎo)致光線散射，造成產(chǎn)品渾濁或不透明。如何在保持功能性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高透明度，一直是行業(yè)面臨的技術(shù)難題。
近期，一項(xiàng)發(fā)表于國際期刊《Colloids and Surfaces A》的研究，通過系統(tǒng)應(yīng)用折射率匹配方法，成功實(shí)現(xiàn)了高透明度牙膏配方的開發(fā)。在該研究中，AccuSizer A7000SIS顆粒計(jì)數(shù)器作為關(guān)鍵的粒度分析設(shè)備，為理解不同粒徑二氧化硅顆粒的光學(xué)行為提供了物理依據(jù)。
一、關(guān)鍵概念
折射率匹配：是指當(dāng)懸浮液中固體顆粒的折射率與周圍液體介質(zhì)折射率接近或相等時(shí)，光線在穿過界面時(shí)幾乎不發(fā)生散射與折射，從而使整個(gè)體系在宏觀上呈現(xiàn)均勻透明的狀態(tài)。該方法尤其適用于牙膏、化妝品等高濃度、多分散顆粒體系的產(chǎn)品開發(fā)。
凝膠：在工業(yè)實(shí)踐中，含有牙膏所有可溶性成分（即膠基、保濕劑、可溶性添加劑和水），但不含二氧化硅的溶液被稱為凝膠。
二、項(xiàng)目背景
二氧化硅顆粒被廣泛應(yīng)用于牙膏、護(hù)膚品和化妝品等個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中，按照折射率匹配方法，可以通過調(diào)整牙膏中二氧化硅顆粒和凝膠的折射率，從而使得牙膏呈現(xiàn)高透明度。然而，商業(yè)牙膏中使用的二氧化硅多為多分散、不規(guī)則形狀、高濃度（10–30 wt%）的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，與學(xué)術(shù)研究中常用的單分散、球形、低濃度模型體系差異顯著。此前，折射率匹配法在復(fù)雜商業(yè)體系中的有效性尚未得到充分驗(yàn)證。
該研究旨在通過調(diào)節(jié)凝膠基液的折射率，使其與商業(yè)二氧化硅的有效折射率 相匹配，從而最大化牙膏的光學(xué)透明度。同時(shí)，研究也期望探明不同來源、不同物理特性的二氧化硅是否具有相似的有效折射率，以評(píng)估該方法的普適性與工業(yè)適用性。
三、研究方法與儀器
研究團(tuán)隊(duì)制備了兩種基礎(chǔ)凝膠，凝膠1與凝膠2，并通過調(diào)節(jié)保濕劑（甘油或山梨醇）的濃度線性調(diào)控其折射率。隨后，將不同類型商業(yè)二氧化硅按特定比例加入凝膠，形成三種牙膏配方。
在表征與分析環(huán)節(jié)，研究采用了多種儀器：
折射儀：精確測(cè)量凝膠折射率
濁度儀：定量評(píng)估樣品濁度（NTU）
穩(wěn)定性分析儀：測(cè)量近紅外透射率，作為透明度直接指標(biāo)
AccuSizer A7000SIS顆粒計(jì)數(shù)器：對(duì)所用二氧化硅顆粒（Silica 1與Silica 3）進(jìn)行粒度表征
研究結(jié)果顯示，Silica 1含有更多大顆粒，適用于高磨蝕性需求；而Silica 3平均粒徑較小，但分布更寬。
圖1. 在0.03重量%的水/甘油混合物中分散的二氧化硅顆粒的顯微照片：（a）二氧化硅1；（b）二氧化硅3。
圖2. Silica 1和Silica 3顆粒的數(shù)量分布（AccuSizer A7000SIS顆粒計(jì)數(shù)器測(cè)試結(jié)果）
制備完成后，使用數(shù)字折射儀測(cè)量各組分凝膠的折射率。隨后將二氧化硅顆粒均勻分散于凝膠中形成最終配方，利用濁度儀定量表征樣品濁度，通過穩(wěn)定性分析儀獲取其在近紅外光下的透光率峰值，以此作為透明度的核心評(píng)價(jià)指標(biāo)。
四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
1、透明度與折射率高度相關(guān)：每種配方均在基礎(chǔ)凝膠達(dá)到特定折射率時(shí)，透射率出現(xiàn)峰值，濁度降至最低。例如配方1最佳折射率約為1.4412，配方2約為1.4592。視覺觀察也證實(shí)，當(dāng)樣品置于彩色背景或文字上時(shí)，處于最佳折射率條件下的樣品透明度最高。
圖3. 不同甘油比例下配方2的視覺效果：（a）甘油比例分別為79.8%、74.9%和69.2%的小瓶，從左至右排列；
2、商業(yè)二氧化硅有效折射率相似： 盡管所用二氧化硅在供應(yīng)商、粒徑和形態(tài)上存在差異，但其有效折射率非常接近。本研究得出的平均有效折射率為1.4505，與文獻(xiàn)中高純度球形二氧化硅的值（平均1.4524）高度吻合。這一發(fā)現(xiàn)極具工業(yè)價(jià)值，意味著在為新產(chǎn)品選擇二氧化硅時(shí)，可預(yù)期其有效折射率在1.45左右，大大降低了配方優(yōu)化的不確定性與實(shí)驗(yàn)成本。
3、基液成分對(duì)透明度有影響： 研究還發(fā)現(xiàn)，含有更多溶解性成分（如活性物、表面活性劑）的凝膠2，其整體透射率峰值低于成分簡單的凝膠1，表明這些添加劑本身會(huì)引入一定的光吸收或散射。然而折射率匹配的優(yōu)化規(guī)律依然成立。
結(jié)論
該項(xiàng)研究成功地證明，通過精細(xì)調(diào)節(jié)凝膠中保濕劑的濃度以實(shí)現(xiàn)與二氧化硅顆粒的折射率匹配，可以顯著提升高濃度、多分散商業(yè)硅懸浮液的光學(xué)透明度。這不僅為開發(fā)高透明度牙膏產(chǎn)品提供了直接、高效的實(shí)驗(yàn)路徑，更揭示了不同來源商業(yè)二氧化硅具有相似有效折射率這一重要規(guī)律，極大地拓展了該方法的工業(yè)適用性。
在該研究中，AccuSizer A7000SIS顆粒計(jì)數(shù)所具備的高分辨率與單顆粒光學(xué)傳感技術(shù)，能夠?yàn)槎喾稚ⅰ⒉灰?guī)則的實(shí)際工業(yè)樣品提供可靠的數(shù)量分布數(shù)據(jù)。隨著個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品對(duì)感官體驗(yàn)與配方科學(xué)的要求日益提升，將折射率匹配這樣的物理原理與精準(zhǔn)的粒度分析等表征技術(shù)相結(jié)合，必將成為推動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新與品質(zhì)升級(jí)的關(guān)鍵動(dòng)力。
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