浅谈琼脂作为家庭美容仪的人造皮肤材质的研究

　　摘要：本文主要探讨了测试人员在对家用美容仪进行安全标准相关章节的测试时遇到的一些问题(如有些产品需要直接作用于人体皮肤上才能正常工作)。为了保证测试的准确性和可重复性，工程师寻找并最终确定琼脂凝胶作为人造皮肤的合适材质，并由此展开的一系列相关研究。

　　关键词：美容仪;射频;微电流;人造皮肤;硅胶;琼脂;电阻率

　　引言

　　近年来，高科技智能化产品运用到各行各业，护肤也从“传统”进入“智能”时代。曾经只有在美容院或皮肤科才会有的美容仪身影，也以“家用”的形式隆重登场，并在护肤市场占据了一席之地。家用美容仪参照了院线美容仪的原理，主要利用物理、电子或光学对皮肤进行护理。目前，市面上的家用小型美容仪主要有微电流脉冲式、超声波震动式、真空吸附式、射频式、补湿喷雾式以及各色光照式等。

　　现阶段，家用美容仪产品从研发、标准、测试的角度都处于快速发展期。在对不同种类的家用美容仪进行测试时，我们发现微电流脉冲式和射频式美容仪这两种类型的多数产品都需要接触人体皮肤才能正常运行，并产生稳定的预期输出。那么为了规范试验，保证试验过程的可重复性和试验结果的准确性，非常有必要寻找一种材质来制备人造皮肤。根据家用美容仪器具相关标准要求，如果测试需要在人造皮肤上进行，则其应在柔软度、电阻率、超声特性等方面模拟人体皮肤的目标区域。

　　1人造皮肤的选择

　　最初试验人员参照有关器具的标准，选取硅胶作为人造皮肤，制备成型的硅胶块厚度约10mm，触感良好，光滑韧性、回弹性、柔软度等也不错。试验结果表明，美容仪虽然能够在接触硅胶之后启动工作状态，但输出功率不明显，无法形成正常试验结果。总结原因，主要是由于硅胶虽能在物理特性方面尽量贴合人体皮肤，但在电阻率等重要电子特性方面与人体皮肤相差较大。

　　接下来，工程师改用了新鲜猪皮作为人造皮肤，重复对美容仪进行试验。结果显示，美容仪虽然能稳定工作，但不同厚度及表皮粗糙度的猪皮，测试结果重复性不好，不具备太多参考意义。同时，由于新鲜猪皮容易腐坏变质，对于存储方式和试验时间的安排都有较苛刻的要求，再加上不同产地猪皮的生物特性肯定有不小差异，所以也不能成为良好的试验用仿人体皮肤材质。最终，试验人员经过不懈的研究，查阅大量文献再加上广泛征求相关专家的意见，找到了一种较为理想的材质——食品级琼脂。采用食品级精纯琼脂粉加上固定配比的水，加热溶解调制成凝胶状，然后冷却备用。我们制备成型的琼脂凝胶厚度约10mm，触感光滑，软硬适中，柔韧度比硅胶块稍差。

　　2琼脂材质性能的研究

　　经过初步试验，美容仪在琼脂凝胶上的工作和输出都较为理想。在确定了琼脂凝胶作为试验用人造皮肤的材质后，我们接下来的研究主要分为两个步骤：一、测定琼脂凝胶的电阻率相关特性;二、分别采用射频式和微电流式家用美容仪在不同配比、不同纯度的琼脂凝胶上进行试验，比对分析试验结果。

　　2.1测定琼脂凝胶的电阻率相关特性

　　测试项目：表面电阻率和体积电阻率测试依据：依照IEC61340-5-3测试条件：23±2℃，50±5%RH测试电极直径：30mm测试电压：<10VDC测试样品：5块琼脂凝胶测试;我们将不同产地、纯度的琼脂粉编为不同组别，试验在不同组别的琼脂凝胶上重复进行，所得数据不一一列举。通过数据比对分析我们发现：1)不同产地琼脂粉配置的凝胶，测得电阻率的数量级一致，结果数据相差较小;2)不同纯度琼脂粉配置的凝胶，测得电阻率的数量级一致，结果数据有一定区别;3)不同时间段制备的凝胶，测得电阻率的数量级一致，但结果数据会有倍数差异。

　　试验结论：琼脂凝胶的电阻率与人体电阻率比较接近，是比较理想的人造皮肤材质;制备的凝胶受产地及纯度(精纯/高纯)的影响不大，其性状和电阻率变化主要受限于制备时间。因此，作为家用美容仪安全测试的仿皮肤材质时，我们建议采用精纯琼脂粉制作凝胶，并且在制作完成后尽快投入使用。需要特别注意的是，这种凝胶呈现食品特性，会随着时间的推移逐渐失水萎缩，改变其原有形状甚至腐坏变质，所以如不能即时使用，一定要在低温环境妥善保存，不可存储较长时间。

　　2.2射频式和微电流式家用美容仪在不同琼脂凝胶上试验比对分析

　　2.2.1.射频美容仪

　　2.2.1.1测试项目：输出功率测试设备：功率计;测试样品：射频美容仪S-01，S-02;测试负载：琼脂1(常规浓度琼脂凝胶)、琼脂2(稍高浓度琼脂凝胶)、琼脂3(混有营养物质的培养基琼脂凝胶)、真人皮肤、猪皮。将琼脂制备好后，带琼脂模块冷却成型后，每间隔1h进行1次功率测量，以便了解制备好后琼脂凝胶虽时间变化是否会影响其特性。测试结果如图7所示。为了验证美容仪在猪皮上的功率变化是否能反应器具在人皮肤身上的工作情况，将美容仪分别作用在猪皮上和人皮肤上工作5min，并通过功率表记录整个工作周期内的功率变化。

　　试验在不同负载上重复进行，通过数据比对分析我们发现：1)不同琼脂凝胶对比不同时间在琼脂上测试的功率值变化曲线波动较大;在琼脂2上测得的功率总体上略大于在琼脂1上测得的功率，说明琼脂粉含量增加时，美容仪的功率随之略有增加;射频美容仪在混有营养物质的培养基琼脂上工作异常，表现为功率剧增和保护动作，去掉营养物质后，利用精纯琼脂制备的凝胶则没有此问题。2)琼脂与人皮肤对比从积分值来看：S-01在琼脂上测得的功率值略低于人皮肤上测得的值;S-02取琼脂上多次测量的算术平均值与人皮肤上测得的值较为接近。

　　3)猪皮与人皮肤对比S-01在猪皮上工作稳定，功率呈周期性变化，但从积分值来看，猪皮上比人皮肤上测得的功率低;S-02在猪皮上测得的功率积分值与在人皮肤上测得的相近，但测量过程中功率值摆动幅度较大。试验结论：射频美容仪在琼脂凝胶的功率曲线比较理想;需采用高纯琼脂粉制备的凝胶，否则试验结果会受到干扰;同种凝胶采用不同浓度配比对试验结果影响不大，其影响主要体现在制备时间。

　　2.2.1.2测试项目：发热测试设备：数据采集器、J型热电偶测试样品：射频美容仪S-01，S-02测试负载：琼脂1(常规浓度琼脂凝胶)、琼脂2(稍高浓度琼脂凝胶)、琼脂3(混有营养物质的培养基琼脂凝胶)、真人皮肤、猪皮。试验在不同负载上重复进行，通过数据比对分析我们发现表3~7的实验数据。试验结论：从射频美容仪工作表面温升来看，其在精纯琼脂凝胶上工作的温升与在人皮肤上工作的温升较为相近。

　　2.2.2微电流美容仪2.2.2.1测试项目：输出波形测试设备：示波器;测试样品：射频美容仪D-01，D-02;测试负载：滑动变阻器(300Ω、500Ω、800Ω、1kΩ、1.2kΩ、1.5kΩ)、琼脂1(常规浓度琼脂凝胶)、琼脂2(稍高浓度琼脂凝胶)、琼脂3(混有营养物质的培养基琼脂凝胶)、真人皮肤、猪皮。试验在不同负载上重复进行，通过数据比对分析我们发现：1)随着滑动变阻器阻值增大，微电流美容仪的输出电压增大;2)在三种琼脂上测得的输出电压对比如下：琼脂1小于琼脂2，琼脂1与琼脂3相近。说明琼脂粉含量越大，琼脂块的阻值越大，测得微电流美容仪的输出电压也就越大;3)在人体身上无法测量输出电压波形。试验结论：如果能以阻抗作为稳定的负载进行测量，一般情况下无需选用人造皮肤进行试验。

　　3结论

　　综上，对于现阶段使用食品级琼脂粉制作的凝胶，在家用美容仪安全测试方面中的仿皮肤应用领域的一些研究和探讨。随着技术的进步和产品的发展，越来越多的新型智能家居诞生，而如何选择和规范那些在安全测试中必不可少的辅料，也是今后我们不可或缺的研究方向。

　　作者：黄凯杰杜娟

　　医疗论文投稿刊物：《中国医疗美容》2011年创刊，以公立医院的整形美容科室或民营医疗美容机构在实际运营中遇到问题为研究对象，运用管理学、统计学等研究方法提出具有建设性的意见与结论。

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