CN107708473A - 用于增强毛发中外用物的吸收的毛发护理装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种毛发护理装置，用于增强毛发中外用物的吸收。该毛发护理装置包括：用于将外用物施加到毛发表面的外用物递送单元；用于在超过15MHz的频率下产生超声的超声发生器(103)，其中超声强度在2W/cm2至100W/cm2之间的范围内；以及超声换能器(105)，其用于向外用物和/或毛发表面施加超声以增强毛发对外用物的吸收。
Description
技术领域
本发明涉及用于增强毛发中外用物(topical)的吸收的毛发护理装置和方法。
背景技术
毛发中外用物的施用包括保湿和护发。例如，过度的毛发热处理可能导致水分含量降低，并可能导致毛发损伤或者甚至断裂。通常建议使用热保护外用物来保护毛发免受过度的热量，或在毛发受损时润湿毛发。这与消费者产生共鸣，因为他们希望使毛发更健康，且更能抵抗造型造成的伤害。施用的外用物可以是油(例如摩洛哥坚果(Argan)油)或含有成分混合物的水溶液的形式。这些解决方案通常是用手施用到毛发预造型中的，但不利之处在于，用户既不能控制外用物在毛发上如何良好地分布，也不能控制外用物如何良好地渗透到毛发结构中。解决方案也可以在造型过程中通过器具施加或施加在器具上，以增强对基于热量的造型的保护或对毛发进行保湿。
US 5267985提供了一种方法和设备，其通过同时以两个或更多个不同频率向物质和材料提供超声能量来增强物质向材料或组织的局部区域的扩散。选择超声能量的每个不同频率以增强物质通过材料的一个或多个扩散速率限制部分的渗透。每个信号的优选频率范围是从100Hz到100MHz。双频方法的优选组合包括1MHz和3MHz；3MHz和9MHz，以及5MHz和15MHz。可以选择第一频率以增强物质通过材料的第一部分的扩散。在这种情况下，材料可以是活组织，并且材料的第一部分可以是皮肤的角质层。在这种情况下，第一频率可以在10kHz到100MHz的范围内。该现有技术文献主要涉及以两个或更多个不同的频率向活组织提供超声能量，其中材料的第一部分是扩散速率限制膜，从而需要合适的第一频率来增强物质通过该第一部分的渗透；这种现有技术文献中没有讨论毛发(不是活组织)。
US 20060272665公开了一种超声毛发处理装置，其用于将超声振动施加到用户的毛发上，以增强毛发处理组合物向毛发中的渗透。压电换能器被供以电力，并由控制器控制以在0.1W/cm2至5W/cm2的功率下产生500kHz至10MHz频率的振动。
WO 99/51295公开了一种用于增强和改善外用化学品或药物的经皮或经过皮肤递送的系统。一次性容器包含基本上无菌的单位剂量的活性剂，该活性剂适于在医学治疗中单次使用。配制单位剂量以在活性剂施用于皮肤并且皮肤暴露于由至少一个具体参数限定的光和/或超声时，增强活性剂通过哺乳动物的皮肤的输送。优选的超声参数可以根据功效和安全要求来确定。例如，较低频率的超声的一个优选范围在大约0.5W/cm2至2.0W/cm2下可以在大约25kHz至大约3MHz之间(连续的或脉冲的，如果脉冲的话，则使用大约20％至25％的占空比)。在该范围内的优选设置可以是在约2.0W/cm2下约1.0MHz，具有连续的波束和约5至10分钟的处理时间。对于非连续波束(即，脉冲式递送)，在此范围内的优选设置可以是在大约0.2W/cm2至0.5W/cm2下大约1.0MHz，其中占空比为20％至25％，具有大约2.0ms-20.0ms的“导通”循环，并且处理时间为约五至十分钟。较高频率超声的一个优选范围可以在约0.2W/cm2至1.0W/cm2下大约3MHz至大约16MHz之间(连续的或脉冲的，如果脉冲的话，则使用大约20％的占空比)，处理时间为大约一至二十分钟。在这个范围内的优选设置可以在大约0.2W/cm2下为大约10MHz，连续处理时间在大约五分钟至二十分钟之间。一个优选的实施例可以用于特别刺激(或抑制)毛发或其他皮肤附属物(例如指甲等)的生长。一个优选的实施例也可以用于刺激细毫毛或休眠或不活动的毛发的生长或再生长(例如，为了治疗脱发)。例如，治疗男性型秃顶所使用的Rogaine或类似药物的效果可能会增强。值得注意的是，上述超声参数公开在与皮肤处理有关的两段之间的段落中；而没有具体公开与毛发处理有关的超声参数。
发明内容
特别地，本发明的一个目的是提供一种用于增强毛发中外用物的吸收的毛发护理装置和方法。本发明由独立权利要求限定。有利的实施例在从属权利要求中限定。毛发护理装置的有利特征也是毛发护理方法的有利特征。
本发明的实施例的特征在于通过使用超声(15MHz-50MHz)诱发的空化(cavitation)来增强毛发结构中的外用物的安全且有效吸收的方法。这提供了简单且低成本的解决方案，以在造型之前或造型过程中增强毛发结构对外用物的吸收，从而降低毛发损伤的风险。已经选择了15MHz的较低频率极限来在毛发表面上触发待被激活的最大内含物(inclusion)。50MHz的频率上限与如下事实有关，即：当频率增加时，触发较小的内含物所需的功率也将增加。50MHz是最佳的频率上限，因为在这个频率下我们仍然可以找到一个合理的占空比和处理时间的组合来限制热问题。
本发明的实施例提供了对小发束和大发束的增强的外用物吸收。这基于以下认识：角质(cuticle)的压入深度(indentation depth)为0.3μm至2μm，从而导致对于高达10MHz的kHz范围内的频率，毛发渗透性差。在超声透入疗法中，组织渗透性的增加主要是由于空化气泡：因此，通常使用低频(20kHz至100kHz)。在这种情况下，声空化广义上是指预先存在的气体内含物的剧烈振荡。然而，健康的和未损坏的/未处理的毛发表面上的角质鳞片之间的压入深度的典型大小为约0.3μm至0.5μm，即大约1个角质细胞。当受到应力(特别是如果弯曲)或损坏时，压入可能会大得多，大约为1μm至2μm。当毛发潮湿时，我们可能预期到气泡被俘获在这些压入深度中，这意味着用于空化行为的可用气泡将可能在0.3μm至2μm的范围内。因此，使用15MHz至50MHz的频率范围应确保在受损和未受损的角质鳞片中俘获的气泡的平缓(gentle)空化。惯性空化所需的功率在较高频率下显著增加(从1MHz下的约2W/cm2到50MHz下的约100W/cm2)。更高的功率使用导致每秒更高的温度升高。如果使用空化来增加角质鳞片的渗透性并增加水分吸收，则在处理之后应当闭合角质鳞片(例如使用调理剂或仅仅通过表面保湿)以避免处理后的快速水分损失。可替代地，可以将空化设置在非常平缓的可逆水平上，从而限制对角质的损坏：同样为了这个目的，选择更高的频率(MHz范围)将是有益的。
如果毛发暴露在特定频率和强度(或压力)下的超声中，将会在具有不同半径的一定气泡范围内产生惯性空化。假设输入超声是诱发空化的压力阈值的两倍——这是考虑到适当的安全范围的一个保守的假设，那么可以推导出在不同频率下经历惯性空化的一系列初始气泡半径。发明人已经认识到这个范围随着频率的增加而减小，并且在低频率下，空化可能发生在比毛发角质中的气泡范围更大的气泡中。这应当避免，因为这可能会导致剧烈的空化，形成可能会损坏毛发结构的不受控制的冲击波。在20MHz至50MHz之间的频率下，产生的惯性空化被局限于半径在毛发角质压入深度的尺寸范围内的气泡。因此，发明人已经认识到，优选使用20MHz至50MHz范围内的超声频率来诱发毛发角质中的选择性空化以改善外用物吸收。
本发明的实施例提供了更安全的处理，因为低频下的空化需要的能量比较高频率下的能量少，并且所激发的气泡的范围往往更大。兆赫频率下的超声将产生较少的惯性空化(机械指数空化)。频率越高，产生的剧烈空化就越少，从而减少了毛发结构被机械地损坏的可能性。
本发明的实施例提供了易用性、简单的执行、低功率要求和小的占位面积，例如小型手持设备。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将变得显而易见并被阐明。
附图说明
图1示出了本发明的第一实施例；
图2示出了本发明的第二实施例；以及
图3示出了本发明的第三实施例。
具体实施方式
本发明的实施例提供一种优选无绳的手持式系统，其产生超声以处理被外用物涂抹的毛发，以增强所述外用物的吸收。超声处理是通过与被外用物覆盖的毛发的直接接触、优选通过夹住发束来施加的。
图1示出了一种产生固定或可变低电压超声脉冲的超声发生器103，其中频率、电压和脉冲持续时间由控制器102取决于通过用户接口101选择的处理设置而控制。声放大器104实现所需的输出的声强度。超声换能器105将超声投射到施用到毛发表面107上的外用物上。实际的实施例将进一步的特征在于用于将外用物施用到毛发上的外用物递送单元。
使用压电晶体(PMUT)产生超声(>20kHz)。诸如电容式微加工超声换能器(CMUT)之类的非压电技术可用于较高频率(通常高达～100MHz)，并可用于本发明。
在一个优选实施例中，超声换能器被嵌入到毛发接口中。其特征在于提供与毛发的最佳接触的夹子。在操作模式中，处理夹将定位成合在一起，其中夹子之间的距离理想地应当小于一个波长以促进均匀性，从而增加信号的幅度和产生结果的时间。特别是在较高的频率下，这成为一种选择，因为能量被非常快地吸收，甚至可能不会到达相对的夹子。这将实现较低的功率使用并增加均匀性，同时增强空化(cavitation)以实现更好地渗透到毛发结构中。为了最小化不期望的热效应，超声可配置为脉冲模式，其中占空比为1％，最大处理时间为4秒，以保持在100℃的最大升温阈值以下。
图2示出了这样的优选实施例，其特征在于控制器202、超声发生器和放大器203、外用物递送单元206、设置有超声换能器205的梳齿209以及手柄211。外用物递送单元206将外用物递送到毛发结构的表面。控制器202控制超声强度的水平和预定的占空比，用于施加所述水平的超声强度以改善毛发结构中的外用物吸收。超声换能器205具有用于向外用物施加超声能量的外用物接触表面。优选地，将超声施加到靠近毛发表面或在毛发表面上的外用物。因此，施加于外用物的超声也将与毛发相互作用。控制器可以具有用户接口。
一个替代实施例特征在于两个或更多个超声换能器而不是一个超声换能器。在装置的两个夹子中具有彼此相对的两个超声源或超声换能器阵列将减少产生结果的时间并可能产生相长干涉。如果夹子之间的距离不是预定的，则相消干涉的可能性较大。如果闭合的夹子之间的距离恰好是所使用的频率的波长的多倍，或者对于多个超声源是(2N+1)*λ/4，那么相消干涉将不会发生。
图3示出了这样的替代实施例，其特征在于直发器的各个夹子313上的超声换能器305A和305B、控制器302、超声发生器和放大器303、外用物递送单元306和旋转机构315。
优选地，超声强度在2W/cm2至100W/cm2之间的范围内。
优选地，预定占空比在1％至50％之间的范围内。发明人已经发现，在20MHz的超声频率下，占空比的优选上限是12.5％，而在50MHz的超声频率下，占空比的优选上限是5％。
优选地，毛发护理装置包括超声换能器阵列。
优选地，控制器包括用于确定针对具体毛发类型或外用物的超声强度的水平和预定的占空比的查找表。
优选地，毛发护理装置包括连接到控制器的传感器，该传感器被配置用于感测与外用物和毛发的特性(例如温度、湿度)相关的参数。优选地，传感器从包括以下传感器的列表中选择：用于感测由施加超声引起的温度升高的温度传感器，用于感测由施加超声引起的光学特性(例如散射、反射率)的变化的光学传感器，用于感测由施加超声引起的声特性(例如，声阻抗、声速)的变化的声传感器，以及用于感测由施加超声引起的电学特性(例如，无线电频率阻抗、电容)的变化的电传感器。
优选地，控制器被配置成在达到预定温度极限之前停止向外用物施加超声，其中预定温度极限优选为100℃，更优选为50℃。可替代地，根据温度，可以调节超声的强度和/或占空比，以防止温度变得太高。
优选地，在使用中，换能器与外用物和/或毛发物理接触，并且定位在离皮肤表面优选大于0.3cm、更优选大于1cm的距离处。该距离确保了超声的施加将具有其预期的积极效果，而不会对毛发健康产生不期望的负面影响。为此，毛发护理装置优选地设置有合适的距离保持器以确保换能器与皮肤表面之间的该最小距离。
一个替代实施例的特征在于启动反馈回路以测量毛发结构中的超声衰减来确定水分含量并相应地调节设置的系统和方法。
应该注意的是，上述实施例例示而非限制了本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计出许多替代实施例。在权利要求中，放置在括号之间的任何附图标记都不应被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求中列出的元件或步骤以外的元件或步骤的存在。元件之前的词语“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。在列举几个器件的产品权利要求中，这些器件中的几个可以由同一个硬件项来体现。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的单纯事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
Claims (14)
1.一种毛发护理装置，用于增强毛发中外用物的吸收，所述毛发护理装置包括：
外用物递送单元(206、306)，用于将所述外用物施加到毛发表面；
超声发生器(103)，用于以超过15MHz的频率产生超声，其中超声强度在2W/cm2至100W/cm2之间的范围内；以及
超声换能器(105)，用于向所述外用物和/或所述毛发表面施加超声以增强毛发对所述外用物的吸收。
2.根据权利要求1所述的毛发护理装置，其中，所述超声发生器(103)被布置成以不超过50MHz的频率产生超声。
3.根据前述权利要求中任一项所述的毛发护理装置，其中，所述超声发生器(103)被布置为以至少20MHz的频率产生超声。
4.根据前述权利要求中任一项所述的毛发护理装置，其中，所述超声的预定占空比在1％至50％之间的范围内。
5.根据权利要求3所述的毛发护理装置，其中，所述超声的预定占空比不超过12.5％，并且优选不超过5％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的毛发护理装置，其中，所述毛发护理装置包括超声换能器阵列(205、305)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的毛发护理装置，还包括控制器(202、302)，所述控制器用于控制超声强度的水平和控制用于施加所述超声强度的占空比。
8.根据权利要求7所述的毛发护理装置，其中，所述控制器(202、302)包括用于确定针对具体毛发类型或外用物的超声强度的水平和占空比的查找表。
9.根据前述权利要求7或8中任一项所述的毛发护理装置，其中，所述毛发护理装置包括连接到所述控制器的传感器，所述传感器被配置为感测与所述外用物和/或所述毛发的特性相关的参数。
10.根据权利要求9所述的毛发护理装置，其中，一个或多个传感器从包括以下传感器的列表中选择：
用于感测由施加超声引起的温度升高的温度传感器；
用于感测由施加超声引起的例如散射、反射率的光学特性的变化的光学传感器；
用于感测由施加超声引起的例如声阻抗、声速的声特性的变化的声传感器；以及
用于感测由施加超声引起的例如无线电频率阻抗、电容的电学特性的变化的电传感器。
11.根据前述权利要求7至10中任一项所述的毛发护理装置，其中，所述控制器被配置成在达到预定温度极限之前停止向所述外用物和/或所述毛发施加超声，其中所述预定温度极限优选为100℃，并且更优选为50℃。
12.根据前述权利要求中任一项所述的毛发护理装置，还包括距离保持器，所述距离保持器用于将所述换能器(105)定位在距皮肤表面大于0.3cm、优选地大于1cm的距离处。
13.一种增强毛发中外用物的吸收的毛发护理方法，所述毛发护理方法包括：
将所述外用物施加(206、306)到毛发表面上；
以超过15MHz的频率产生(103)超声，其中超声强度在2W/cm2至100W/cm2之间的范围内；以及
将超声施加(105)于所述外用物和/或所述毛发表面以增强所述毛发对所述外用物的吸收。
14.根据权利要求13所述的毛发护理方法，其中，所述超声被施加到靠近毛发表面或在毛发表面上的所述外用物。
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