Multiscale microscopic characterization of cosmetic foundation pigments: relating microstructure to optical finish, coverage, and perceived texture

يضع ملايين الأشخاص كل يوم طبقة رقيقة من كريم ملون على وجوههم لتوحيد لون بشرتهم. هذا المنتج، المعروف باسم كريم الأساس (foundation)، يعد أحد أكثر العناصر شعبية في سوق مستحضرات التجميل العالمي. وبينما يتم مطابقة لون المنتج بعناية مع لون بشرة الشخص، فإن صفتين أخريين تحددان ما إذا كان المستهلك سيحب أو يكره زجاجة معينة: كيفية ارتداد الضوء عن الطبقة النهائية، ومدى قدرتها على إخفاء البشرة الموجودة تحتها. قد يبدو المنتج ناعماً ومطفأً (matte) تماماً، أو قد يلمع ببريق نديّ (dewy). قد يخفي عيباً في البشرة تماماً، أو قد يتركه مرئياً. لعقود من الزمن، وصفت شركات التجميل هذه الصفات باستخدام كلمات تسويقية مثل "مخملي"، أو "متألق"، أو "تغطية كاملة". ومع ذلك، فإن هذه الأوصاف ذاتية؛ فهي تخبر الزبون كيف "يشعر" المنتج أو كيف "يبدو" في صورة فوتوغرافية، لكنها لا تشرح السبب الفيزيائي وراء كون تركيبة معينة تبدو ثقيلة ومطفأة بينما تبدو أخرى خفيفة ومتوهجة. ومن دون فهم واضح للجزيئات الصغيرة داخل الزجاجة، فإن صانعي التركيبات يقومون فعلياً بالتخمين حول كيفية خلط المكونات لتحقيق ملمس معين.

لقد سعى فريق من الباحثين لحل هذا الغموض من خلال النظر في الداخل لستة أنواع مختلفة من كريمات الأساس السائلة التجارية من علامة تجارية فاخرة عالمية واحدة. أرادوا الربط بين العالم غير المرئي للجزيئات المجهرية والعالم المرئي للمظهر الضوئي والتجربة البشرية للملمس. وللقيام بذلك، استخدموا مزيجاً قوياً من الأدوات. أولاً، استخدموا مجاهر إلكترونية عالية القدرة لالتقاط صور للبقايا الجافة لكريم الأساس، مما كشف عن شكل وحجم جزيئات الصبغة. كما استخدموا تقنية تحدد العناصر الكيميائية الموجودة في تلك الجزيئات. بعد ذلك، قاموا بقياس كمية الضوء التي تعكسها الأفلام الجافة ومدى قدرتها على حجب الرؤية عن مخطط أبيض وأسود موجود تحتها، مما وفر درجة موضوعية لـ "التغطية". وأخيراً، طلبوا من ثلاثين مستهلكاً وصف ملمس كل منتج باستخدام قائمة محددة من الكلمات، تتراوح من "خفيف" إلى "ثقيل" ومن "مطفأ" إلى "متألق". ومن خلال مقارنة الصور المجهرية، وقياسات الضوء، والأوصاف البشرية، بنى الباحثون خريطة تربط البنية الفيزيائية للمنتج بكيفية أدائه وكيفية شعوره.

كشفت الدراسة أن ملمس وأداء كريمات الأساس هذه تحكمه نوعان رئيسيان فقط من الجزيئات غير العضوية: ثاني أكسيد التيتانيوم والسيليكا. تعمل هذه الجزيئات كبنات بناء للفيلم (الطبقة). جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم صغيرة للغاية، حيث يتراوح قطرها بين حوالي 110 إلى 280 نانومتر. هذا الحجم بالغ الأهمية لأنه يمثل تقريباً نصف عرض موجة الضوء المرئي، مما يجعل هذه الجزيئات فعالة للغاية في تشتيت الضوء وإخفاء البشرة تحتها. أما جزيئات السيليكا، من ناحية أخرى، فهي أكبر بكثير، حيث يتراوح حجمها بين 7 إلى 87 ميكرومتر. وبينما يتولى ثاني أكسيد التيتانيوم مهمة الإخفاء، تتحكم السيليكا في كيفية انتشار المنتج وكيفية تشتت الضوء عبر السطح. ووجد الباحثون أن حجم وشكل وترتيب هذه الجزيئات يحدد ما إذا كان كريم الأساس سيبدو ناعماً أو خشناً، وما إذا كان سيبدو مطفأً أو لامعاً.

عندما فحص الباحثون المجموعات الست المختلفة، اكتشفوا أن الشركات المصنعة استخدمت استراتيجيات متميزة لخلق نهايات (finishes) مختلفة. في المجموعة التي كانت تبدو الأكثر نعومة وتوفر تغطية أكثر تجانساً، كانت جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم الصغيرة مستديرة تماماً وموزعة بانتظام، بينما كانت جزيئات السيليكا الأكبر عبارة عن كرات ملساء. هذا المزيج خلق طبقة تبدو مطفأة وتبدو ملتصقة جداً بالبشرة. في المقابل، احتوت المجموعات التي بدت أكثر خشونة أو حبيبية على جزيئات متكتلة معاً أو ذات أسطح متعرجة وغير مستوية. تضمنت إحدى المجموعات جزيئات سيليكا مجوفة وعلى شكل أسطوانة، مما خلق مظهراً مطفأً جداً ولكنه جعل الملمس يبدو طباشيرياً بعض الشيء. واستخدمت مجموعة أخرى مزيجاً من كرات السيليكا الكبيرة جداً والمسامية إلى جانب جزيئات التيتانيوم الصغيرة، مما أدى إلى منتج يوفر تغطية جيدة ولكنه بدا أقل تجانساً. كما وجد الباحثون أن التركيب الكيميائي للجزيئات كان مهماً؛ فعلى سبيل المثال، وجود الألمنيوم في شكل جزيئات مسطحة تشبه الصفائح أضاف بريقاً لؤلؤياً، مما جعل المنتج يبدو متألقاً حتى لو لم يكن سطحه لامعاً.

كان الاكتشاف الأهم هو أن الإدراك البشري للملمس يمكن التنبؤ به من خلال النظر في هذه التفاصيل المجهرية. وجد الباحثون أن المستهلكين ينظمون مشاعرهم حول كريم الأساس بشكل طبيعي في فئتين رئيسيتين: مدى ثقل أو خفة المنتج، وما إذا كان يبدو مطفأً أو متألقاً. وتتوافق هاتان المشاعر مباشرة مع القياسات الفيزيائية. فالمنتجات التي وصفها المستهلكون بأنها "مطفأة" و"ثقيلة" كانت هي المنتجات ذات التغطية الأعلى وتوزيع الجزيئات الأكثر انتظاماً. أما المنتجات التي وُصفت بأنها "متألقة" أو "ندية"، فكانت تلك التي تحتوي على إضافات محددة، مثل صفائح الألمنيوم، والتي تعكس الضوء بطريقة تخلق توهجاً، حتى لو لم تكن الطبقة نفسها لامعة. وهذا يعني أن المصطلحات التسويقية الغامضة المستخدمة لبيع كريم الأساس هي في الواقع متجذرة في حقائق فيزيائية قابلة للقياس. فالمظهر "المطفأ" ليس مجرد شعور؛ بل هو نتيجة لتوازن محدد من أحجام الجزيئات وأشكالها التي تشتت الضوء بطريقة منتشرة.

استخدم الباحثون هذه النتائج لاقتراح ثلاث قواعد واضحة لتصميم كريم الأساس. أولاً، لتحقيق مظهر ناعم ومطفأ، تحتاج التركيبة إلى جزيئات صغيرة من ثاني أكسيد التيتانيوم تكون جميعها بنفس الحجم ومنتشرة بانتظام، مقترنة بجزيئات سيليكا ملساء وكثيفة. ثانياً، إن قدرة المنتج على تغطية البشرة لا تتحدد بكمية ثاني أكسيد التيتانيوم وحدها، بل بإجمالي كمية جميع الجزيئات الصلبة مجتمعة. فإذا كانت الجزيئات مزدحمة للغاية، فإنها تتوقف عن العمل بكفاءة، لذا فإن المزيج الإجمالي يهم أكثر من أي مكون واحد. ثالثاً، يمكن تعديل التوازن بين المظهر المطفأ والمظهر المتوهج عن طريق إضافة جزيئات مسطحة تشبه الصفائح، والتي تضيف لمعاناً دون جعل المنتج يبدو دهنياً. هذه القواعد تحول فن خلط مستحضرات التجميل إلى علم، مما يسمح لصانعي التركيبات بالتنبؤ بدقة بكيفية ظهور وملمس أي خليط جديد قبل وضعه على الرفوف.

يعمل هذا العمل على جسر الفجوة بين المختبر والمستهلك. ومن خلال ترجمة البنية المجهرية لكريم الأساس إلى لغة الملمس والمظهر، توفر الدراسة طريقة جديدة للتحدث عن مستحضرات التجميل. وبدلاً من الاعتماد على الكلمات الذاتية التي قد تعني أشياء مختلفة لأشخاص مختلفين، يمكن لصانعي التركيبات الآن استخدام حجم وشكل الجزيئات كنموذج أولي. هذا النهج مهم بشكل خاص في عصر التسوق عبر الإنترنت، حيث لا يمكن للعملاء لمس المنتج قبل شرائه. فإذا وُصف المنتج بأنه "مطفأ" و"لاصق"، يمكن للمستهلك الوثوق بهذا الوصف إذا كان مدعوماً بدليل فيزيائي محدد يتمثل في جزيئات ناعمة وموزعة بانتظام. تؤكد الدراسة أن الطريقة التي يشعر بها كريم الأساس على الجلد ليست لغزاً، بل هي نتيجة مباشرة لعالم الجزيئات الصغيرة غير المرئية التي تتكون منها.