高峰论坛｜萨马桑德兰：研究表面活性剂之间的协同效应，实现绿色配方开发

7月3-4日，由广东省化妆品学会主办，中国美妆网承办，广东省科学技术协会指导，并得到广州市白云区人民政府特别支持，为期2天的“2019（第三届）中国化妆品国际高峰论坛暨2019中国美妆供应链展（简称iPDM展）”，在广州白云国际会议中心火热上演。政产学研群英荟萃，“高”处相逢，第三次携手共盟发展，用有趣、有思想的前沿探索，再攀化妆品产业高峰。

五国院士 萨马桑德兰教授

以下为五国院士萨马桑德兰的精彩分享：

我今天要讲的是世界表面活性剂的发展趋势，未来的趋势必然是天然绿色的表面活性剂，实际上在我奶奶的年代，大家都已经在使用天然的表面活性剂了，主要是从植物叶子里提取具有清洗性质的成分。

但是随着石油工业的发展，越来越多的石油来源的表面活性剂获得了大量的应用，好在这个趋势已经回到了绿色天然的大趋势上来。

未来全球表面活性剂的发展趋势，除了绿色天然表面活性剂在日化领域的应用之外，还包括表面活性剂的开创性应用的开发，比如在我的研究中心还用到绿色天然的表面活性剂来捕捉二氧化碳，并对其进行无害化处理。比如利用表面活性剂的聚团形式实现粘弹性的流体，研究其流变性能，并开发多方面的应用。另外一个重要的趋势就是生物表面活性剂在化妆品行业中的应用。

大家可以看到，这是一张市场趋势图，显示了目前的绿色表面活性剂的市场发展的状况，特别是氨基酸表面活性剂的广泛应用，尤其是谷氨酸的使用量是成倍地增长。我还特别重视的是混合物，通过混合实现协同效应，来达到增加效用的作用。

不同的人对绿色有不同的理解，我们引用中国的盲人摸象的故事来说明不同的人对绿色的理解是不同的，摸了耳朵的说它像扇子，摸了腿的说它像树，我们应该从多角度一起来工作，来对绿色表面活性剂进行完整的定义。

这是非常有名的绿色化学十二原则，已被广泛使用，我们应该着重强调绿色化学十二原则来进行未来的绿色天然表面活性剂的开发。

我认为未来最重要研究课题之一是结构与效用间的相互关系，我举一个非常简单的例子，比如说氨基甲酸酯下面接两个碳原子，就是有毒有害的，但是如果在其结构上进行微小的调整，再加两个碳原子，就变成无毒无害了。

另一个例子就是乙醇，大家认为我们喝的白酒、啤酒有毒有害的请举手？没有吧？觉得它无害的呢？有没有人举手？取决于你喝了多少。如果乙醇的分子结构里少一个碳，结构变成甲醇，其毒害就非常大。其实变成绿色不是很困难，我们要找到如何在结构上做正确的调整，实现新的绿色分子的开发。

混合也是我非常关注的课题，一定要通过混合实现协同效应。还有一个重要的因素需要考虑的是这些表面活性剂的分子如何在皮肤、头发等表面上排布，其排布形式对效用有很大的影响。 

可持续发展也是很重要的方向。现在大家可能已经注意到，世界上各大公司都已相应地制定了可持续发展的战略，比如联合利华,联合利华制定了一个相当有雄心壮志的计划，即在不断增长业务的情况下，还要减少50%的环境影响。

我关注的研究领域非常广泛，几个重要的前沿方向包括：用表面活性剂来进行催化方面的研究，通过表面活性剂的自组装实现粘弹性流体、改变流变性能的研究，以及绿色表面活性剂在化妆品领域内的应用等等。

其中一个研究课题，就是利用表面活性剂来捕集空气中的二氧化碳，从而实现降低二氧化碳的工作。我简略地把这个原理分析一下，如果捕集二氧化碳变成有机物，需要克服一个非常高的活化能，但是如果利用表面活性剂作为催化剂，可以帮助二氧化碳的吸附，从而使活化能的降低变成可能。红色的曲线就是使用表面活性剂时需要克服的活化能，它明显低于蓝线，这就是表面活性剂在其中起到的作用。

大家可能会问，为什么表面活性剂有这么多作用？原因就是表面活性剂分子可以通过自组装形成多种的结构。我关注的另一项研究的重点就是研究表面活性剂分子在液相中的自组装的行为。其中最让人感兴趣的就是粘弹性。表面活性剂可以形成蠕虫状胶束，学术界都把这个叫虫状胶束，可能中国人更喜欢叫面条状胶束，我自己管它叫蛇状胶束，蠕虫状胶束可以形成粘弹体。在遇到油相等条件时，可以完全打散蠕虫状胶束的条状结构，从而改变体系的流变性。粘弹体有一个重要的性能，就是特殊的流变性能，在一个配方的设计过程中，既需要一定的流动性，又需要一定的铺展性，粘弹体就可以实现这个功能。我除了在化妆品里使用粘弹体以外，我还有一部分工作是粘弹体在水力压裂开发页岩油方面的研究。

未来表面活性剂领域的另一个重大趋势就是生物表面活性剂的兴起

我认为未来生物表面活性剂的发展趋势应该着重在以下列表中几个方面，从中调几个来说：比如说在性能方面生物表面活性剂有很好的表面活性，在高温、高盐、高离子强度的环境下也可以使用。比如说易生物降解，当然不能降解得太快，应该是有过程的讲解，我管它叫可控的生物降解。

在绿色表面活性剂上，我认为可以分为两类：1、生物来源的表面活性剂。2、植物来源的表面活性剂。举一个例子，以植物来源的氨基酸表面活性剂为例，大家可以看到主要的四种氨基酸表面活性剂都有很高的天然来源指数，其中的谷氨酸表面活性剂更是在多种表面活性剂中最温和的表面活性剂之一。另外，我反复强调，让大家关注的另一个方面就是找到合适的混合物，我始终认为协同效应是非常重要的、非常值得研究的领域。

我刚才说的是未来在表面活性剂领域的发展趋势，除此之外，另外一个重要的方向，即先进的技术将被更多地应用到表面活性剂的研究中去，这也很重要的。比如说拉曼光谱、荧光光谱等，动态过程也是值得大家去研究的，比如说表面活性剂和皮肤间的作用是动态的过程，大家可以通过表征动态过程的技术来研究这个过程。

电子自旋共振可以用来研究表面活性剂分子的自组装形态，探针分子在水相中旋转速度很快，所以得到的峰是很尖的，但是当探针分子进入到表面活性剂的自组装体系之后，旋转发生变化，峰就会变得很宽。峰形的变化反映了表面活性剂分子自组装形态的改变。

我相信眼见为实，所以冷冻电镜也是非常重要的技术手段，它可以将表面活性剂形成的胶束的形态固定住，直接去观察胶束的形态，比如说左上角的图片显示的是球状的胶束，通过液相条件的改变来改变胶束的形态，当盐含量逐渐升高的时候，胶束逐渐演变成了蠕虫状胶束，盐含量进一步增加的时候，蠕虫状胶束相互交织，形成了网状结构。

我认为研究的一个重要领域就是找到表面活性剂分子结构与其性能间的关联，这样你就可以通过表面活性剂的分子结构直接预测它的效用，而不需要做成千上万的实验，就能够迅速找到解决方案。计算机模拟可以实现这样的结果。这是我以前领导过的一项研究，通过计算机模拟，我们真正预测到了特定结构的表面活性剂分子自组装成了蠕虫状胶束的过程。

这是超高速分析离心机。我是第一个把这项技术用于表面活性剂研究中的专家。通过超高速离心研究胶束的沉降过程，就可以得到表面活性剂胶束形状、大小等方面的信息，对于配方研究可以提供非常重要的信息。

我认为一个非常重要的研究领域是研究表面活性剂和皮肤接触的动态过程，我建议一个方法——表面等离子共振技术。它可以用来观测皮肤表面与表面活性剂或聚合物相互接触的整个过程中发生的变化，整个过程中的信息都可以收集到。

生物表面活性剂也是一个重要的发展方向，其实我们可以通过一些条件，比如说PH值、输入的营养物质间的比例，以及不同的营养物质，可以让不同的微生物释放出不同的表面活性剂来。各种微生物在大自然中是广泛存在的，我们需要做的就是去寻找合适的微生物、去研究营养物质的配比和搭配对所得到的表面活性剂的影响是非常重要的，这是我研究的生物表面活性剂以及如何利用微生物来产生表面活性剂方面的内容。

其实这个过程并不是很难。举一个例子，以农业废物大豆壳作为碳源，就可以非常容易地合成生物表面活性剂。经济性也是非常重要的因素，现在生物表面活性剂无法得到广泛应用，经济性方面的影响是一个重要的原因。

我们可以使用一些廉价的原材料，比如说桔子皮,葡萄残渣等等。如果我们找到合适的细菌，我们只需要去研究如何让这些细菌利用这些营养物质来生产表面活性剂。如果你让细菌们吃得好喝得好，它也会让你的生活过得好，也会给你提供合适的表面活性剂。

生物表面活性剂如何在化妆品中发生效用？

我们有了生物表面活性剂以后，下面一个重要的课题就是去研究它们和皮肤之间的相互作用，目前技术手段上明显还有一定的距离，从微观到宏观之间还有更多的工作需要我们去做。

这里为大家展示一个特制的用于研究皮肤紧绷感的装置，用表面活性剂处理过以后的皮肤被安装在这个装置上，去研究张力变化，张力的变化就可以反映出皮肤紧绷张力情况。

我始终强调通过混合和协同效应是可以增加效用消除负面作用的。我们可以看到通过混合两种表面活性，我们有效地减少了表面活性剂造成的皮肤的张力和紧绷感。化学足迹是我首创的一个词，我们更要重视化学足迹，利用协同效应，我们应该能够做到减少向环境中释放化学物质。

着眼未来，我们要做更多开创性的研究。未来的配方体系会变得越来越复杂，我们要去对这种复杂体系中的相互作用进行研究，这将是非常有挑战性的，另外我们也需要去寻找更合适的技术手段来对这样的体系进行研究。同样在未来表面活性剂的发展过程中，我们需要继续寻找更多绿色天然可持续的表面活性剂， 这也是是非常重要的。还有一个重要的方面是经济性，要开发出更多让大家能够承受得起的，同时是大量生产的绿色天然可持续发展的表面活性剂。

我心目中最理想的这种研究就是通过了解表面活性剂的结构以及其效用之间的关系，从而找到合适的方法合成或者生产出这样的表面活性剂。

如果你找到了合适的表面活性剂，再去研究它们之间的协同效应，以及它们和皮肤、头发之间的相互作用，从而实现未来的绿色配方的开发，从更大的角度来说，将为人类与地球的可持续发展作出贡献。最终的目的就是当我们离开这个世界的时候，这个世界变得更美了。