TWI801788B

TWI801788B - 具有氧氣化合反應電極的微電面膜

Info

Publication number: TWI801788B
Application number: TW109145703A
Authority: TW
Inventors: 張源炘; 劉芯彤
Original assignee: 拓金造物股份有限公司
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2023-05-11
Also published as: TW202228815A; CN114652617A

Abstract

一種具有氧氣化合反應電極的微電面膜，包括：一基底材料；一緊密接觸基底材料的精華液，含水且整體溶氧量小於100ppm而導電度大於40μs/cm；以及至少一導電接觸精華液、且標準還原電位低於氧水合還原電位的氧化電極，使得當精華液同時接觸到氧氣和氧化電極時可與氧氣產生氧水合還原半反應，氧化電極會與精華液中的水分產生氧化半反應；一包裝基底材料、精華液和氧化電極的絕氧包裝，使得外部氧氣和基底材料、精華液和氧化電極相互隔絕，避免氧化半反應和氧水合還原半反應在絕氧包裝被開啟前發生。

Description

具有氧氣化合反應電極的微電面膜

一種面膜，尤其是一種導通有微電流的面膜以及面膜凝膠。

面膜透過不透氣地密封皮膚，使得皮膚表面的毛細孔擴張，以幫助精華液中的成分滲入皮膚，然而皮膚終究是人體阻擋外界物質的第一道防線，對於外來物質的吸收效率不高，如何在不傷害皮膚健康的狀況下突破這道防線，促進皮膚吸收精華液，一直都是業者試圖克服的難題。

電滲效應是一種在液體中電場產生的作動，由於液體中離子帶電，在電場作用下，液體也會隨著其中的離子被推動。因此，離子電滲被用於遞送藥物，例如所謂的離子電滲療法，將含有藥物的液體或凝膠接觸皮膚並通電，使得藥物成分更容易隨之被推送進皮膚。離子電滲這項有效的方法因而被應用至面膜上，使得在電流導通下，精華液能夠被電場推動而促進皮膚吸收精華液。

然而，為了產生電滲所需離子，其伴隨著的化學反應，如果不能有效地控制反應時間，電滲的效果很可能會大打折扣。尤其是如何限制精華液在使用前不會發生反映，避免當消費者取出使用時面膜早已失去活性，同時確保面膜使用上不會造成消費者更多的負擔和不便利性，就是本案所要達到的目的。

本發明一目的在提供一種運用離子電滲促進皮膚吸收精華液的微電面膜，能夠透過精華液中產生微小電流以及離子，推動精華液中有益的成分至皮膚中。

本發明的另一目的在提供一種微電面膜，能夠在平常未拆封的時候防止精華液提前反應，保持精華液的活性，確保在拆封使用時精華液的活性能夠被最充分的利用。

本發明的又一目的在提供一種微電面膜，能夠在拆封瞬間快速反應而立即使用，讓消費者完全無需費時進行額外步驟，以最方便直觀的方法使用面膜。

本發明的再一目的在提供一種微電面膜和面膜包裝，隔絕反應所需的氧氣並且同時降低生產成本。

本發明的又另一目的在提供一種凝膠狀的微電面膜，能夠藉由高分子凝膠作為基底材料，摻雜有金屬顆粒作為氧化電極，使得凝膠在暴露於氧氣後立即發生微電流而達成電滲的功效。

為達上述目的，本發明揭露一種具有氧氣化合反應電極的微電面膜，包括：一基底材料；一緊密接觸上述基底材料的精華液，上述精華液含水且整體溶氧量小於100ppm而其導電度大於40μs/cm；以及至少一導電接觸上述精華液、且標準還原電位低於氧水合還原電位的氧化電極，使得當上述精華液同時接觸到充分氧氣和上述氧化電極時氧氣在上述精華液表面產生一氧水合還原半反應，且上述氧化電極會與上述精華液中的水分產生一氧化半反應；一包裝上述基底材料、上述精華液和上述氧化電極的絕氧包裝，使得外部氧氣和上述基底材料、上述精華液和上述氧化電極相互隔絕，避免上述氧化半反應和上述氧水合還原半反應在上述絕氧包裝被開啟前發生。

本發明絕氧包裝的設計和精華液中氧化電極相互搭配，能夠讓消費者隨拆隨用，完全無需額外步驟，如同市面上最簡單的面膜一樣，但是卻能透過離子電滲達到一般面膜所不能及的電滲透效果，促進皮膚吸收精華液。另外，簡單的設計讓本發明在製程上節省了大量的成本，同時也讓消費者能夠以最直觀最人性化的方式使用面膜或面膜凝膠，完全達成上述目的。

1、1’:絕氧包裝

11:黏合部

12:夾鏈

13’:單向閥

2、2’:基底材料

3、3’:精華液

31’:高表面積碳材

4、4’:氧化電極

41’:分散劑

5:容室

6:實驗膜材

7:擴散槽本體

71:給藥槽

711:投藥處

72:受藥槽

721:外層

722:開口

723:內層

724:取樣管

8:替代皮膜

9:磁石

圖1為一本發明的微電面膜之第一較佳實施例的正視示意圖。

圖2為一本發明的微電面膜之第二較佳實施例的正視示意圖。

圖3為一本發明測試離子電滲的實驗之擴散槽的結構示意圖。

圖4為一本發明測試離子電滲的實驗之實驗組和控制組穿透率的採樣折線圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚呈現；此外，在各實施例中，相同之元件將以相似之標號表示。

本發明具有氧氣化合反應電極的微電面膜之第一較佳實施例如圖1所示，例釋為一種膜液分離的面膜包裝袋。包裝袋的絕氧包裝1由整面連續的鋁箔和高分子聚合物材質薄膜複合而成，其中高分子聚合物薄膜例釋為定向拉伸聚丙烯薄膜(CPP膜)，氧氣滲透係數小於200cc×mil/(100in²×24hr×atm)，可以在受到低溫熱壓時稍有熱融而相互黏著，形成Y字型的黏合部11，藉此使得左右兩側的容室5相互隔離，同時隔絕氧氣滲入。在本例中，左右兩側的容室5分別供容置例如富含孔洞的乾燥不織布材質面膜的基底材料2以及精華液3。藉由黏合部11的分隔，使得上述兩個容室5彼此不相通，以保持內容物的上述富孔洞基材和上述精華液3新鮮免於變質。

為便於說明起見，以下的電位，都是以標準氫還原電位的氫原子作為參比電極所建立的標準電極電位，而在本發明中，為明確界定空氣中的氧與精華液中的水化合作為氧水合還原半反應(1/2O₂+H₂O+2e-→2OH-)時的電位，特將此標準還原電位定義為氧水合還原電位。其中，本實施例的基底材料2表面印刷有複數個標準還原電位小於上述氧水合還原電位的氧化電極4，例釋為鋅材質的金屬電極。而上述精華液3則是溶氧量小於100ppm，且導電度大於40μS/cm(S：Siemens，歐姆的倒數)的混合溶液，包括能夠被解離成陰、陽離子等帶電離子的成分，例如NaCl、CaCl₂等等。由於上述絕氧包裝1隔絕了外部氧氣進入，精華液3是處於無法發生化學反應而沒有電流導通的狀態，確保上述精華液3的活性。

上述絕氧包裝1在開口方向以夾鏈12封閉，再次確保空氣中的氧氣不會進入絕氧包裝1中。上述絕氧包裝1和上述黏合部11在本例中雖然都是藉由熱壓黏合封閉，但因為各自的受熱程度差異，使得上述黏合部11撕裂強度遠低於絕氧包裝1其餘部分。使用者要使用時將包裝袋拆開，並且拉開夾鏈12，此時雙手已經很自然地分別抓握在上述絕氧包裝1兩側，利用上述夾鏈12和上述黏合部11所夾的部分區域，向兩側拉扯撕開上述黏合部11，使兩側上述夾鏈12相互分離，完全符合人因工程的規劃；同時，由於上述黏合部11的撕裂強度低於上述絕氧包裝1，手分別施力會將上述黏合部11拉裂，而上述絕氧包裝1不會被撕破。上述黏合部11分離之後，就會使得左右兩側的上述容室5相通，讓精華液3流至上述基底材料2處相互混合，此時上述絕氧包裝1已經被打開而接觸空氣，故氧氣得以流入並與上述精華液3開始發生反應。

此時上述精華液3接觸到了充分的外部氧氣，同時導電接觸上述基底材料2上的上述氧化電極4，使上述氧化還原反應開始運作。在上述精華液3接觸到上述氧化電極4之處，鋅作為陽極發生氧化半反應釋放電子(鋅氧化半反應：Zn→Zn²⁺+2e^-，標準還原電位E_ox=-0.76V)；而在上述精華液3和空氣接觸的介面，以上述介面處作為陰極發生還原半反應吸收電子(氧水合還原半反應：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-，標準還原電位E_red=+0.40V)；由於上述鋅氧化半反應的標準還原電位小於上述氧水合還原半反應的標準還原電位，整個上述氧化還原反應(總反應：2Zn+O₂+2H₂O→2 Zn²⁺+4OH^-，標準還原電位E_cell=+1.16V)會自然發生，無須額外供電。上述氧化還原反應中電子在上述陰極和陽極間流動而在上述精華液3中產生微小的電流，其中上述電流產生電場透過電滲效應推動上述精華液3和其中有益於皮膚的帶電離子，讓皮膚更容易吸收精華液3。

當然，由於絕氧包裝1本身即是隔絕氧氣的設計，若無需考慮基底材料2的面膜材質在長久浸潤下腐爛的可能性，又或者面膜材質是能夠抵抗腐爛的材質，膜液分離的設計也不一定必要。本發明的微電面膜，只要置於隔絕氧氣的絕氧包裝1中，即使沒有上述Y字型的黏合部11，讓上述基底材料2和上述精華液3浸泡在同一個由絕氧包裝1包裝封閉的空間，像市面上常見的三面封袋裝面膜一樣，也能達到本發明的目的，藉由上述絕氧包裝1的氣密性，確保拆封前上述基底材料2和上述精華液3不會自動進行氧化還原反應產生電流，維持使用前精華液的活性。

如熟悉本技術領域人士所能輕易理解，市面上常見的面膜亦有高分子凝膠型態的面膜，為能讓此種面膜也同樣受到本發明的技術提升優勢，如圖2所示，本發明電源模組的第二較佳實施例，其中與前一較佳實施例相同部分於此不再贅述，相似的元件也使用相似名稱與標號，僅就差異部分提出說明。本例的基底材料2’例釋為高分子凝膠，其中摻雜有複數個例釋為金屬顆粒的氧化電極4’，和精華液3’混合在一起形成水凝膠狀，共同被容置於一個隔絕氧氣的絕氧包裝1’內，例釋為可擠壓的不透光複合層。上述絕氧包裝1’在本例中被包裝為類似牙膏管的軟瓶，而上述絕氧包裝1’的開口方向由一個單向閥13’封閉，使得氧氣無法輕易從開口方向進入絕氧包裝1’內，因此讓使用者可以依照需求擠出適當量使用。

上述高分子凝膠泛指分子量在6000以上的有機物，可以是膚感調節劑、成膜劑或各式增稠劑，其中常見的成膜劑一般是高分子聚合物。不同的聚合物帶來不同的使用效果，根據來源和性質，可以分為蛋白成膜劑、丙烯酸樹脂成膜劑、聚乙烯類共聚物、各類烴的共聚物、聚氨酯、有機矽聚合物以及矽丙烯酸酯類等。此領域中具有通常知識者，能夠依據需求調配上述高分子凝膠的成分，製成功效不同的凝膠狀面膜。

本例中上述基底材料2’、上述精華液3’和上述氧化電極4’混合而成的凝膠狀混和物中，更摻雜有複數例釋為活性碳微粒的高表面積碳材31’、複數例釋為白金的催化劑粒子，以及例釋為凡士林和礦物油的分散劑41’。其中上述分散劑41’會和至少部分上述氧化電極4’的金屬顆粒相互連接或包覆，藉此分散上述作為氧化電極4’的金屬顆粒而防止金屬顆粒自行密集聚集形成團塊，使得接觸面積無故縮減；而疏水性(接觸角大於90°)的上述高表面積碳材31’能防止上述氧化電極4’都被上述精華液3’蓋住無法與氧氣接觸。

當然，此領域中具有通常知識者，應當知悉上述分散劑41’不限於上述成分，也可以是凡士林、石蠟、礦物油、丙烯酸系樹脂、二甲基矽油等成分中的一種或幾種混合，均不妨礙分散上述氧化電極4’的功效；上述氧化電極4’也不限於上述成分，也可以是鋅、鎂、鐵、鋁、鈉、鋰、鉛或錫；上述高表面積碳材31’亦可以是石墨烯、炭黑、石墨奈米碳管；而上述催化劑微粒亦可以是鈣鈦礦或錳氧化合物。

使用者只要將類似牙膏管狀的容器開啟，擠壓上述混合物經上述單向閥13’脫離上述絕氧包裝1’，就可以直接塗抹在面部。此時，上述水凝膠狀混合物暴露在空氣中，一方面是基底材料會因為水分逐漸揮發而凝結成面膜，另方面則是精華液3’會接觸到氧氣而發生氧化還原反應產生微電流，原理和前一較佳實施例相同，但是由於摻雜於上述精華液3’的高表面積碳材31’是多孔的碳微粒，在上述精華液3’接觸到空氣的介面能夠提高氧水合還原半反應(1/2O₂+H₂O+2e^-→2OH^-)的反應速率，讓上述水凝膠狀面膜內微電流的產生更加順利，促進皮膚吸收上述精華液3’。

為確認微電膜材是否有助於保養成分吸收，本發明測試離子電滲的實驗使用經皮吸收擴散槽(Franz diffusion cell)作為主要評斷系統。經皮吸收擴散槽，又稱為垂直式擴散經皮吸收系統Vertical Diffusion Cell(簡稱VDC或Franz cell)，藉由體外(in vitro)模擬藥物、有效成分經由皮膚表面進入皮膚內的一種實驗方式，主要應用於醫學、藥學、化妝品等領域。

系統基本構造包括Franz擴散槽本體7、恆溫水浴槽及模擬肌膚的替代皮膜8。本實驗使用的Franz擴散槽本體7為玻璃材質，由上下兩部分組裝合成，上方稱為給藥槽71(Donor Chamber，擴散面積為2.0096cm²)，為裝載待測試劑的投藥槽，具有一個開口形成投藥處711；下方為含內外兩層柱狀玻璃結構，稱為受藥槽72(Receptor Chamber，體績為11.0mL)，上述受藥槽72的外層721經由上下兩端開口722連接恆溫水浴槽，平衡內部液體及替代皮膜8溫度；上述受藥槽72的內層723則為收集上方滲透樣品的樣品接收槽，經由內層723延伸至受藥槽72外側的取樣管724(Sampling Port)收集樣品。

模擬肌膚的替代皮膜8有諸多選擇，包括豬皮、鼠皮以及人工膜等，本實驗選用Strat-M®(型號：SKBM02560，MERCK Millipore，直徑25mm，厚度300μm)膜材取代動物皮膚，使用前須先浸泡於試劑中至少30分鐘等待平衡。

實驗裝置的架設如下所述：首先，將受藥槽72外層721兩開口722用軟管連接恆溫水浴槽，由於同時會架設三組擴散槽，擴散槽本體7彼此會使用軟管相互連接，以確保三組皆有水域恆溫。將水浴槽出水端使用軟管接到其一之外層721下端開口722，上端開口722使用另一條短軟管連接第二組的下端開口722，同理，第二組的上端開口722再使用另一條短軟管連接第三組的下端開口722，最後的上端開口722再連接至水域槽的入水端，設定水溫在37℃±1即完成基本恆溫系統。

在擴散槽本體7內層723填充去離子水作為試劑，並加入磁石9攪拌以待後續平衡受藥槽72內目標物濃度分佈，將平衡完成之替代皮膜8放置在受藥槽72上方，再放上裁切成面積1.5×1.5cm²正方形狀的實驗膜材6，去除受藥槽72內的氣泡後將上方給藥槽71放上，邊緣使用paraffin封緊，最後用不鏽鋼球型磨砂接頭夾固定即完成擴散槽本體7組裝。

本實驗使用保養品中常見的維他命C衍生物(維他命C磷酸鈉鹽，Sodium Ascorbyl phosphate，SAP)作為目標物。配製4%(w/w)SAP溶於去離子水作為最終給藥濃度，分別取1.0mL SAP自投藥處711注入上述三組給藥槽72中，再使用paraffin密封上述投藥處711避免液體蒸發，分別在30、60、90、120、150、180及210分鐘使用針筒自取樣管724採樣500μL，並且於每次採樣後回補相同體積的去離子水進去，以維持受藥槽72中體積不變。樣品最終需保存於-20℃冰箱中以待上機分析。

其中，實驗組的實驗膜材6為有微電印刷的面膜；對照組的實驗膜材6為無印刷的面膜。如圖4所示，在30分鐘時，實驗組的實驗膜材6有優於控制組近4倍穿透率；對照組的實驗膜材6需多花1.5倍時間才能達到與實驗組相同的穿透率。

下述實驗測試氧氣含量的差異，其中實驗組配置和結果分別如下表所示：

實驗組配置表

實驗組時間-電壓表

綜上所述，本發明透過在面膜和精華液中的氧化電極發生氧化半反應放出電子，以及在精華液和空氣的介面發生還原半反應吸收電子，於精華液中產生微電流，推動精華液中的帶電離子，讓皮膚更容易吸收。由於本發明的絕氧包裝阻隔氧氣，讓面膜在使用前不會自然發生上述氧化還原反應，確保精華液的活性，同時消費者只要將面膜自絕氧包裝取出，面膜一接觸到空氣則立即與空氣中的氧氣發生上述氧化還原反應，持續長時間地生成微電流推動精華液並促進吸收。也就是說本發明能夠在方便消費者隨拆隨用的情況下，維持使用時精華液的高活性，讓敷著面膜的皮膚在微電流的幫助下加速吸收精華液，有效達成了本發明上述目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1:絕氧包裝

11:黏合部

12:夾鏈

2:基底材料

3:精華液

4:氧化電極

5:容室

Claims

一種具有氧氣化合反應電極的微電面膜，包括：一基底材料；一緊密接觸上述基底材料的精華液，上述精華液含水且整體溶氧量小於100ppm而其導電度大於40μs/cm；至少一導電接觸上述精華液、且標準還原電位低於氧水合還原電位的氧化電極，使得當上述精華液同時接觸到充分氧氣和上述氧化電極時氧氣在上述精華液表面產生一氧水合還原半反應，且上述氧化電極會與上述精華液中的水分產生一氧化半反應；更包括會和至少部分上述氧化電極相互連接或包覆上述氧化電極的分散劑，藉此分散上述氧化電極而防止自行密集聚集形成團塊；以及一包裝上述基底材料、上述精華液和上述氧化電極的絕氧包裝，使得外部氧氣和上述基底材料、上述精華液和上述氧化電極相互隔絕，避免上述氧化半反應和上述氧水合還原半反應在上述絕氧包裝被開啟前發生。
如申請專利範圍第1項所述的具有氧氣化合反應電極的微電面膜，其中上述基底材料是一富孔洞基材，以及上述氧化電極是成形於上述富孔洞基材的至少一側面。
如申請專利範圍第2項所述的具有氧氣化合反應電極的微電面膜，其中上述氧化電極是分散壓印於上述基底材料上的金屬電極。
如申請專利範圍第1項所述的具有氧氣化合反應電極的微電面膜，更包括複數摻雜於上述精華液的催化劑粒子。
如申請專利範圍第4項所述的具有氧氣化合反應電極的微電面膜，其中上述催化劑粒子是選自於由白金、鈣鈦礦以及錳氧化合物所組成的集合。
如申請專利範圍第1項所述的具有氧氣化合反應電極的微電面膜，更包括複數摻雜於上述精華液的高表面積碳材，其中上述高表面積碳材是選自於由活性碳、石墨烯、炭黑以及石墨奈米碳管所組成的集合。
如申請專利範圍第1項所述的具有氧氣化合反應電極的微電面膜，其中上述基底材料是高分子凝膠。
如申請專利範圍第7項所述的具有氧氣化合反應電極的微電面膜，其中上述氧化電極是複數懸浮於上述精華液中的金屬顆粒，且上述分散劑是選自凡士林、石蠟、礦物油、丙烯酸系樹脂、二甲基矽油等成分中的一種或其混合的集合。
如申請專利範圍第3或8項所述的具有氧氣化合反應電極的微電面膜，其中上述氧化電極是選自於由鋅、鎂、鐵、鋁、鈉、鋰、鉛以及錫所組成的集合。
如申請專利範圍第1項所述的具有氧氣化合反應電極的微電面膜，其中上述絕氧包裝是不透光複合層，且上述絕氧包裝的氧氣滲透係數小於200cc×mil/(100in²×24hr×atm)。