概要: 化粧品における 3D プリント技術の応用

著者: Liu Fuchunqiao1、Zeng Shaofeng1、Zhou Baixian1、Zhang Wenfang1、Yang Fan1、2、*、Song Fenglan3、4、(1. 広東省新薬製剤重点実験室および広東省局所精密薬物送達エンジニアリング技術研究センター、広東省新薬研究開発センター、2. 広東省薬科大学第一付属病院臨床薬学重点部、3. 広東省薬科大学中山キャンパス実験センター、4. 広東省化粧品エンジニアリング技術研究センター)

3D 印刷技術は、積層製造技術とも呼ばれ、第 3 次産業革命の中核技術の 1 つです。コンピューター支援設計 (CAD) モデリングを使用し、関連材料を適用して層ごとに印刷することで、3 次元オブジェクトを構築します。従来の技術と比較して、3D プリント技術には、パーソナライゼーション、インテリジェンス、情報化、高精度、ラピッドプロトタイピングなどの重要な特徴があります。現在、3D印刷技術は多くの技術分野で迅速に発展しており、機械産業、食品加工、医療分野で広く使用されています。 IMのモデリングは、3D印刷機器に送信され、視覚化の拡大、予想される効果を直感的に感じています。外科用ガイド、医療インプラント（骨、関節、心臓弁、組織、臓器）、義歯、さまざまなリハビリテーション機器（矯正インソール、バイオニックハンド、補聴器）、薬などが臨床に入り、患者のコンプライアンスを大幅に改善し、個別の精密医療を実現しています。 3Dプリント技術が想像から現実へと徐々に発展し、人類の食、衣、住、交通に密接に関係する技術となっていることを示す事実がますます増えています。 3Dプリントされた服や靴は、世界中の主要なファッションショーに何度も登場しています。3Dプリントされたクッキーやケーキは、食卓のおやつになっています。3Dプリントされたコーヒーテーブルやパーソナライズされた家具は、若者の間で非常に人気があります。3Dプリントの要素は、自転車、車、飛行機などの輸送車両のデザインにもますます反映されています。

3D印刷技術の開発により、例えば、Chanelは選択的なレーザー焼き3Dプリンターを使用して、ミクロキャビティを備えています（図1）。カラー認識システムは、スキャナーを顔に取り付けて、3Dプリントファンデーションを使用します。など）。さらに、3D プリント技術は、化粧品の効能評価における皮膚組織の 3D プリントや、カスタマイズされた化粧品の包装容器の 3D プリントにも使用できます。化粧品のパーソナライズされたカスタマイズや精密なスキンケアに対する一般の需要が高まるにつれ、3D プリント技術も化粧品業界に新たなアップグレードをもたらすでしょう。本稿では、化粧品分野における 3D プリント技術の応用について簡単に説明します (表 1)。

図 1 シャネルの 3D プリントまつげブラシ (出典: シャネル)

図2 イギリスの3DプリントリキッドファンデーションペンAdorn

表1 化粧品分野における3Dプリント技術の応用例と実績

パーソナライズされたスキンケア製品をカスタマイズする 3D プリント技術
肌は人それぞれ「ユニーク」です。同じ顔の肌でも、肌の状態は異なります。たとえば、混合肌の最も顕著な特徴は、顔の油分の分布が不均一であることです。肌が異なれば、スキンケア製品に対する性能要件も異なります。敏感肌の人の多くは、局所的に特定の成分にアレルギーを起こし、局所的なニキビや赤みなどのアレルギー現象を引き起こす可能性があります。そのため、肌の状態に基づいてパーソナライズされたスキンケア製品を選択する必要があります。現在、スキンケアには主に広範囲のスキンケア製品が使用されています。ある程度の水分補給や保湿効果はありますが、有効成分は単一であり、肌タイプによって効果は異なります。 Long Huaらは、保湿剤のさまざまな肌タイプに対する保湿効果を調査し、製品を短期使用した後の肌の水分量の結果を比較したところ、さまざまな肌の水分量の変化に有意な違いがあることを発見しました。 Liu Ping らは、フルーツ酸を使用してさまざまな肌タイプのニキビ患者の治療を行い、ニキビ患者ごとに最適なフルーツ酸濃度が異なることを発見しました。研究により、同じスキンケア製品でも肌の状態によって効果が異なり、正確なスキンケアを提供することは不可能であることが示されており、パーソナライズされたスキンケア製品の登場につながっています。

パーソナライズされたスキンケア製品は、各人の肌の状態、生活環境、個人的なニーズに合わせて調整でき、個人差の問題を解決します。化粧品業界の台頭に伴い、人々はスキンケアの知能化、パーソナライゼーション、安全性にますます注目するようになり、パーソナライズされたカスタマイズされたスキンケア製品が徐々に新たなトレンドになりつつあります。人々のニーズに応えるため、さまざまなパーソナライズされたカスタマイズスキンケア製品が徐々に市場に登場しています。雲南白薬は「第2回東アジア皮膚健康研究センター学術セミナー」で「AI皮膚診断・治療パーソナライズカスタマイズシステム」を発表しました。これはAIインテリジェント認識システム、センシング技術を含み、皮膚科専門家の診断とビッグデータ分析を組み合わせて、正確なスキンケアソリューションを提供します。日本資生堂のパーソナライズされたカスタマイズスキンケアシステムは、ユーザーの肌の状態を分析し、生活環境を記録し、8万を超える製品から最適なスキンケア製品を組み合わせます。現在、パーソナライズされたカスタマイズされたスキンケア製品の開発では、パーソナライズされたインテリジェントな特性により、3Dプリント技術がますます使用されており、3Dプリントマスクが最も研究されています。

3Dプリントマスクの最大の特徴は、パーソナライズされた精密なスキンケアに対する人々のニーズに大きく応えられることです。陳海佳氏のチームは、3Dプリントされたフェイシャルマスクとその製造プロセスを公開した。3Dスキャン技術を使用して顔をスキャンし、3Dの顔データと肌の状態を取得し、データ分析に基づいてマスクキャリアをカスタマイズして有効成分を分割し、3Dプリントの独自のプロセス技術を使用して有効成分をハイドロゲルマスクに正確に印刷し、最終的にパーソナライズされたカスタマイズマスクを得る。このマスクには以下の利点があります。マスクキャリアから有効成分まで完全なカスタマイズを実現し、スキンケアの精度と効果を向上させます。マスクは高温プロセスを経ずに3Dプリント技術の独自のプロセスを使用して製造されるため、有効成分の損失を回避し、3Dプリントマスクマトリックス製造技術の探求の基礎を築きます。多孔質コラーゲンゲルをマスクマトリックスとして使用し、真空条件下で多孔質マスクスキャフォールドを形成し、マスク液の吸収を最大限に高め、有効成分の損失を減らすことができます。 Liu Qiangらは、3Dプリントされたフェイシャルマスクに適したゲルマトリックス、その製造方法および用途を公開した。製造されたゲルマトリックスフェイシャルマスクは、生体適合性が高く、皮膚との親和性が強く、角質層の水分補給も改善できる。その革新性は、顔の皮膚の問題の重症度に応じて有効成分の投与量をカスタマイズできることである。孫亜傑は、多段階、多材料複合3Dプリントマスクを使用しています。まず、肌のデータに基づいて吸着性ベース膜をプリントし、次にマルチノズル3Dプリンターを使用してベース膜にセクションごとにプリントし、共通ケアエリアには基本ケア成分を、特別ケアエリアには特殊機能成分をスプレーします。 Ye Yiはパーソナライズされたフェイシャルマスクを準備する過程で、減算/置換方式を採用しました。つまり、基本成分のケアを全体のベースとし、スプレー時に特別なケアが必要な部分への基本成分のスプレーを減らし、その後、特別な成分に置き換えます。このマスクは顔にぴったりフィットするだけでなく、ターゲットを絞ったケア成分も備えており、ユーザーのパーソナライズされたカスタマイズと正確なケアのニーズを満たすことができます。

肌の状態は人それぞれ異なり、化粧品に対するニーズも異なります。このため、周鉄兵はまず、3Dスキャナーで取得したデータに基づき、3Dプリント技術を使用して、1つ以上の基礎ケア成分を含むベースレイヤーを印刷しました。基礎ケア成分は主に、人の肌タイプに応じてカスタマイズされます。たとえば、乾燥肌や脂性肌の場合は、顔の水分補給に適した基礎成分タイプを選択し、混合肌の場合は、さまざまな部位の肌タイプに応じて適切な基礎ケア成分を塗布します。基本的なケア成分をプリントした後、特別なスキンケアが必要な場合は、3D プリント装置が、シミ、シワ、ニキビなどのスキャンされた顔の生理学的または病理学的特徴のデータに従って、ベースレイヤーに基づいてさまざまな領域にパーソナライズされたケア成分をプリントします。本発明は、有効成分の使用を必要としない他の皮膚によってもたらされるリスク問題を避け、パーソナライズされた基本的な顔のスキンケアの問題を解決するだけでなく、異なる生理学的または病理学的特性を持つユーザーの正確な治療ニーズも満たします。

マスクをより完璧に肌にフィットさせ、より効率的で正確なスキンケアを追求するために、高小軍はパーソナライズマスクの製造プロセスに「肌テスト-顔形状テスト-マスク印刷-エッセンスマッチング」モデルを採用しました。同時に、顔のスキャン特徴に基づいて複数の測定抽出ポイントと測定指標を構築し、鼻、口、目のポイントを正確に抽出しました。顔の輪郭特徴に加えて、生え際と耳のポイントと指標も追加されました。この発明の最大の利点は、医療分析システムが追加されたことです。このシステムでは、皮膚組織の画像分析を使用して、顔面の皮膚外傷、感染症、ニキビ、湿疹などの病的な皮膚疾患を診断し、より正確な治療計画を保証します。この発明は、高精度スキャナー、皮膚組織画像分析、3Dプリント技術を採用し、パーソナライズされた精密なスキンケアをより高いレベルに引き上げるとともに、マルチノズル3Dプリンターを使用して皮膚炎治療用の治療薬や植物抽出物を印刷し、医療美容分野での3Dプリントマスクの使用にアイデアを提供します。

3D プリント技術とスキンケアを組み合わせることで、治療効果を高めることもできます。陳海佳氏は、3Dプリント技術で作られた美白・そばかす防止マスクの美白効果と、従来の技法で作られた美白・そばかす防止マスクの美白効果を比較したところ、通常のマスクの美白効果は3Dプリントマスクの83.3%に過ぎないことを発見した。周武儀は、人の顔の輪郭の特徴に合わせて、ジェルマスクブラケット、マスク液、自己発熱成分、ジェルマスクを層ごとに印刷し、3Dプリントされた自己発熱多孔質ジェル美容マスクを実現しました。このマスクは、自己発熱によって肌の栄養分の吸収を促進します。

現在、国内の3Dプリントマスクのほとんどは研究段階にありますが、国際的には3Dプリントマスク製品が市場に投入されています。韓国のスキンケアブランドIonobi（図3）とアメリカのNeutrogena（図4）は、3Dプリントされたフェイシャルマスクを相次いで一般に公開し、3Dプリントされたスキンケア製品をパーソナライズされたカスタマイズ製品の最前線に押し上げました。

図3 IOPE 3Dプリントマスク

図4 米国のニュートロジーナの3Dプリントマスク

パーソナライズされた化粧品の型をカスタマイズする 3D プリント技術
時代の発展とともに、自分のイメージ管理に対する要求はますます高くなり、メイクはだんだんと誰にとっても外出に欠かせないステップとなり、ますます多くの人が化粧品を使い始めています。メイクをする上で最も避けられないことはメイクの技術を学ぶことですが、メイクの技術を学ぶには多くの時間と労力が必要なので、メイクアップモールドが誕生しました。現在、眉毛用インクジェットプリンター、口紅アプリケーター、アイシャドースタンプなどの化粧品用モールドが発明されていますが、従来の工程では正確な立体形状が得られず、使用者間の個人差が大きいため、使用時に使用部位を完全に覆ってフィットさせることができず、ずれやにじみが生じます。 3Dプリント技術は、顔の大きさ、眉毛の厚さ、唇の厚さ、目の大きさなどの違いに基づいて、パーソナライズされた型をカスタマイズできます。メイクアップ成分を型に追加して、すばやく形を整えることができます。使用するときは、対応する部分を覆い、取り付けるだけで、対応するメイクが得られます。アンリは、3D プリント技術とパーソナライズされたアプリケーターを組み合わせています。3D スキャナーを使用して人間の唇の輪郭データを取得し、補助ソフトウェアでモデル化してから、3D プリンターにインポートして口紅やリップクリームのアプリケーターの型を印刷します (図 5)。蔡志柔は、3Dプリント技術を組み合わせたアイシャドウデバイスを製作した（図6）。その外観は、私たちが普段使っているまつげカーラーに似ている。このデバイスは、美容ツール、カスタマイズフィルム、印刷補助テンプレートから構成されている。上まぶたの輪郭スキャンデータに基づいて、カスタマイズフィルムを3Dプリンターで印刷補助テンプレートに印刷し、取り出して美容ツールに取り付ける。アイシャドウが正しい位置にしっかりと塗布されるようにするには、まぶたのまつげの根元を参考にし、上まぶたに合わせて転写を押してメイクをうまく施す必要がある。素早いメイク効果が得られるだけでなく、パーソナライズされたアイシャドウメイクも得られる。メイクアップモールドを使用すると、短時間で希望のメイクを実現できるだけでなく、塗布中に手の皮膚に触れてもメイクがにじむのを防ぐことができます。

図5 3Dプリントされた口紅アプリケーター

図6 3Dプリントされたカスタマイズされたアイシャドウメイクアップデバイスマスクモールドは、人間の顔の基本的な輪郭に従って製造された自家製マスクのモールドであり、再利用してさまざまな素材のマスクを準備するために使用できます。しかし、一般的なマスクの型は一般人の顔の輪郭に合わせて作られており、人によって顔の輪郭は大きく異なるため、一般的なマスクの型で作られたマスクは顔を正確に覆ってフィットすることができないことが多いのです。この目的のために、Ouyang Lingling は 3D プリントされた顔用マスクの型を作成する方法を公開しました (図 7)。金型は主に上型、マスク本体、人顔モデル、下型で構成されており、マスク本体は上フィルムに埋め込まれ、人顔モデルを完全に覆い、フィットさせることができます。著者は、3次元レーザースキャナーを使用して顔の輪郭データを取得し、デジタルソフトウェアを組み合わせてマスク本体と注入ポート付きの顔モデルをモデル化し、3Dプリント技術を使用してマスクの型を印刷します。上型と下型が閉じられると、最高点注入方式を使用してマスク本体の注入ポートからマスクの成分が注入され、ユーザーの顔にぴったり合うマスクを作ることができます。

図7 3Dプリントのパーソナライズされたデザインに基づくマスク成形金型

図8 視覚的な3次元再構成に基づくカスタマイズされた顔マスクデバイス。さらに、Ji Gangらは、人間の顔を直接覆う顔マスクの型を公開しました（図8）。著者らは、3次元再構成画像技術と3Dプリント技術を使用して、ユーザー専用の顔マスクの型を作成しました。 3D再構成画像技術は、主にユーザーの顔と参照物体を複数の角度から撮影し、写真の深度マップと姿勢を再構成することで、実物大の顔モデルを取得します。具体的な操作は、参照物体の写真内の測定エッジを選択して座標軸を決定し、同時に実空間でのエッジの長さを測定し、撮影した写真から特徴点を抽出し、任意の2枚の写真の特徴点を選択してマッチングポイントペアを取得し、測定したデータ、バンドル調整法を使用して写真の姿勢を最適化し、両眼視に基づくステレオマッチング法によって生成された深度マップを使用して、実物大の顔3Dモデルを再構成します。最後に、設計データを3Dプリンターにインポートしてマスクの型を印刷します。この装置は主に2層の人体顔モデルエンティティで構成されています。2層の間には、マークされたツボと空気穴に応じて、マッサージ電気バイブレーターと制御可能なフレキシブル回路基板が追加されています。ツボは人の正面顔写真を検出して検出され、ツボは検出フレームと顔の実際の状況に応じてマークされます。空気穴の位置に追加された制御可能なフレキシブル回路基板は自己発熱効果があり、顔に均等に分布しています。 3Dプリントマスクモールドの設計により、パーソナライズされたマスクキャリアのカスタマイズが可能になるだけでなく、追加された自己加熱システムとマッサージシステムにより、マスクの有効成分を完全に吸収し、効率的で正確なスキンケアを実現できます。

パーソナライズされたメイクをカスタマイズする 3D プリント技術
職業によっては、特殊なメイクが必要になることがあります。例えば、オペラの公演、舞台劇、映画やテレビのロールプレイングなどでは、これらのメイクの準備には通常長い時間がかかり、メイクアップアーティストや文芸関係者の多くの時間と労力を消費します。 3D プリント技術では、コンピューターソフトウェアを使用して特定の化粧品を印刷できます。イェ・イー氏は、3Dプリントの化粧マスクの製造方法を公開した。この発明は、主に化粧が必要な顔のスキャンデータを3Dプリント装置に送信し、マスク材料を十分に混合して3Dプリンターに送り込み、化粧顔の幾何学的特徴に完全に一致する化粧マスクをプリントアウトする。その後、マスク内の無効な成分を除去するために、プリントされたマスクを軽くレーザー焼結して、ナノ結晶メッシュ構造の化粧マスクを形成する。使用前に顔に直接触れる面にスキンケア成分をスプレーすることで、文化公演の出演者が自分に合ったメイクアップとスキンケアを同時に行うことができます。李婷氏はまた、異なるマトリックスの複数の層を備えた3Dプリント化粧マスクを開発しました（図9）。これは主にマトリックス層、ベースオイル層、化粧層、ハイドロゲル層、固定層に分かれています。マスクのマトリックス層とハイドロゲル層はスキンケアに使用され、化粧層は化粧に使用され、人間の顔の皮膚に直接接触し、ベースオイル層と固定層は化粧を固定するために使用されます。通常、化粧をする前に肌に化粧水やスキンケアを塗ります。この発明では、化粧層を化粧水層、クリーム層、日焼け止め層、隔離層に細分化し、スキンケアと化粧を同時に行えるようにすることで、時間の消費を短縮するだけでなく、精確なスキンケアとパーソナライズされた化粧を実現しています。さらに、3Dプリント技術では、レイヤーバイレイヤープリント方式を採用し、多層マスクを互いに完璧にフィットさせ、従来の方法でマスクを準備する際に生じる層間のずれの問題を解決しました。楊ナナ氏のチームは、3つのノズルを備えた3Dプリンターを使用して、顔の3次元スキャンに基づいてメイクを事前に設定し、その後、メイクの層と原材料の層を1層ずつ印刷しました。第 1 ノズルシステムがメイクアップ層を印刷するとき、第 2 ノズルシステムは同時に、ナノロボットの位置をメイクアップ層のプリセット座標点に予約します。第 1 ノズルシステムが原料層を印刷するとき、第 3 ノズルシステムは同時に、原料ボックス内のメイクアップ原料を原料層のプリセット座標点に印刷します。印刷が完了したら、紫外線硬化ランプ照射システムを使用してマスクを硬化します。マスクを顔に当てると、制御システムはナノロボットに指示を出し、事前に設定されたメイクに従って描画します。

図9 多層3Dプリント化粧マスク 3Dプリント化粧マスクに加えて、王哲[43]はインクジェット3Dプリント技術を組み合わせた化粧機（図10）も発明した。ユーザーが自分のニーズに合わせて化粧の印象を選択すると、頭頂部の位置決めシートと顎のサポートが顔を位置決めします。補助光の照明の下で、生体測定レンズが顔の肌の色と顔の特徴を識別します。化粧機は、ユーザーが選択した化粧の印象に応じて、3Dプリントされたスプレーアセンブリを通して顔に化粧を施します。3Dプリントされたスプレーアセンブリには、長方形の配列に配置されたノズルが装備されており、顔に化粧材料を正確にスプレーできるため、化粧機の化粧の適用効果が向上します。

図10 3Dプリントメイクアップマシン

3Dプリント技術は、専用のメイクをカスタマイズするのに使用でき、メイクの適用速度を大幅に向上させます。同時に、メイクのテクニックを理解していない人にとって、「醜いメイク」や効果のないメイクを施す恥ずかしさを避け、メイクの知能化、パーソナライズ化、多様化を実現します。

他の
3Dプリント技術は複雑なプロセスを簡素化する特徴があり、化粧品分野では、動物実験の代わりに人間の皮膚組織をプリントして化粧品の安全性と有効性の評価を行うこともできます。楊楊氏は、生物学的3D細胞印刷技術を利用して、人間の不死化角化細胞と線維芽細胞を構築しました。同時に、細胞形成プロセス中に3D印刷技術を使用して細胞を層状化、分割、重ね合わせ、最終的に人間の皮膚に類似した構造と完全な機能を備えた皮膚モデルを印刷しました。このモデルは、皮膚の健康に関わる化粧品の安全性と毒性評価に使用できます。動物モデルの大きな個体差を回避できるだけでなく、従来の2D培養細胞では人間の皮膚の構造を高度に復元できないという問題も解決します。また、3Dプリント技術は、化粧品の容器やパッケージデザインのカスタマイズにも使用できます。モデルの迅速かつ簡素化された製造を通じて、製品の効果を直感的に確認できるため、新しいパッケージデザインやアイデアの開発に役立つだけでなく、化粧品容器パッケージデザインのハイテク開発も促進されます。

見通し
現在、パーソナライズされた美容と精密なスキンケアに対する人々の需要が高まっており、3Dプリント化粧品の登場により、単一成分のスキンケア製品では解決できない肌の問題が解決され、通常の化粧品では達成できないスキンケアとメイクアップの目的を同時に達成しています。現代の3Dプリント技術と化粧品を組み合わせることで、化粧品のパーソナライズされたカスタマイズに対する人々のニーズを満たし、内部のスキンケアを促進し、真に洗練された肌管理を実現できるだけでなく、医療美容と組み合わせることで病的な皮膚の問題を正確に治療することができ、カスタマイズされた化粧品と組み合わせることでメイクアップをインテリジェントでパーソナライズされ、多様化することができます。

化粧品分野における3Dプリント技術の最大の利点はパーソナライズされたカスタマイズですが、大量生産が必要な化粧品の場合、3Dプリント生産方法よりも従来の製造方法の方が経済的です。従来の概念の限界を打ち破り、化粧品における3Dプリント技術の応用価値を深く探究し、3Dプリント生産方法の経済的利益を向上させる必要があります。同時に、3Dプリント技術は化粧品分野でその可能性を示し始めていますが、単一の印刷材料がその発展を制限しています。化粧品の印刷に使用できる材料を十分に探求し、研究する必要があります。それだけでなく、3Dプリント化粧品の開発はコストによっても制限されます。3Dプリンターの高コストにより、3Dプリント化粧品の準備と生産のコストがある程度増加しています。しかし、経済の発展とパーソナライズされたカスタマイズ製品の流行に伴い、3Dプリント技術は科学技術の最前線に立ち、化粧品分野と組み合わせることで、パーソナライズされた精密なスキンケアの新たな章が開かれることは間違いありません。

出典：中国日報化学工業情報センター

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