BIOVIA COSMOlogic配方设计

The Challenge

防晒霜以及其他的防晒措施不仅可以预防皮肤癌，而且还能减少皮肤受暴晒和紫外线所带来的伤害。

现在，越来越多的医生建议人们将防晒作为保养皮肤的日常必修课。随着生活水平的日益提高，人们相比之前更加频繁地试用护肤产品。但是有研究表明，防晒霜中所包含的许多活性化学成分在人体血液中的含量超出预期，这无疑提高了人们对于使用这些化学品的警惕性。对于生产化妆品的企业而言，这就要求他们探索更多的新配方和新方法，满足市场对于使用更加安全有效的防晒霜的需求。

Impact on the Environment

为了保证产品的安全性，美国的食品药物监督管理局FDA与2019年发布更新了一系列符合 “环境友好”要求的防晒霜的化学成分。BIOVIA旗下的分子模拟类产品一直以来都专注于帮助R&D团队来表征和发现新型防晒霜配方，降低其中的某些化学成分对于环境所产生的负面影响。帮助行业用户为消费者带来更加有效更加安全的产品。

BIOVIA COSMOlogic产品基于业界最先进的COSMO-RS理论，结合皮肤的生物学相关信息为用户提供了一套物理模型用于预测化学物质在皮肤中的渗透率。其中用到了于2019年发布的新模块COSMOplex&perm(CPP)。

CPP方法最为独特的地方在于能够表征不同的防晒霜产品，像典型的乳液，气溶胶喷雾，非气溶胶喷雾等不同形式的防晒霜制品对于皮肤组织的影响。并且，CPP还能够模拟并区分出化学成分在纯净水和盐水环境条件下在皮肤中扩散的差异。

Simulating the Impact of Formulation

如图2所示，CPP模拟典型防晒霜化学活性成分（阿伏苯宗，氧苯酮，奥克立林，高水杨酸盐，桂树酸盐和桂皮酸盐的皮肤渗透率（计算得到的中间值）与临床试验中测得的最大血浆浓度，其中包含。）有非常显著的相关性（R2=93%）。

图2. COSMOplex&perm模拟得到的典型防晒霜成分的皮肤渗透率与临床试验中的最大血浆浓度（数据来源于FDA最新的化学活性物质临床试验研究 [JAMA 2020, 323 (3), 256.]）的相关性分析

模拟结果显示，防晒霜配方的基体起到了最为关键的作用。防晒霜主要以四种不同的形式呈现在货架上——乳液，气溶胶喷雾，非气溶胶喷雾和泵喷淋。图3为模拟得到的不同配方组分的皮肤渗透率和实验条件下的最大血浆浓度间的最大绝对偏差。两者所体现出的趋势非常类似，这是目前市面上其他的基于物理模型的软件和方法难以做到的。CPP受益于软件背后的COSMO-RS理论，能够将构象异构体和互变异构体的影响都考虑进去，使得软件能够最大程度地模拟真实的配方性能。

图3. 不同配方对皮肤渗透率和血浆浓度的影响

Environmental Influence on the Formulation

晒霜的一个非常典型的应用场景是人们在岸边享受阳光和沙滩。人们如果进入到湖水和海水中游泳，那么在不同的环境条件下，防晒霜和其中的化学成分所起到的防晒效果会产生显著的差异，CPP的神奇之处就在于针对不同的液相环境同样能够很好适用。在海水中，相同的防晒霜的成分对于紫外线的吸收差别从30倍（氧苯酮）到300倍（氰双苯丙烯酸辛酯）不等。当然这些数字也只能够给大家一个大概的趋势，因为大部分的亲油配方基体在淡水和盐水中的差异并没有如此巨大。CPP工具的最大价值就在于能够将大量不同的环境带来的影响都考虑进去，从模拟的角度为配方科学家们最大程度地提供有意义的实验指导。

Summary

BIOVIA的模拟产品能够为个人洗护用品的研发提供一系列有价值的工具。BIOVIA COSMOlogic产品借助COSMO-RS理论将量子力学提供的微观结构信息通过统计热力学的方法，应用于研究隔离紫外线的化学物质在不同溶液中的热力学性质。帮助研发人员更好地理解防晒霜在瓶中，在皮肤上或在水中性能上所产生的变化。

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