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

毎日、何百万人もの人々が、肌のトーンを均一にするために、顔に薄い色のクリームを塗っています。ファンデーションとして知られるこの製品は、世界の化粧品市場において最も人気のあるアイテムの一つです。製品の色は個人の肌に合わせて慎重に調整されますが、消費者が特定のボトルを「大好き」になるか「嫌い」になるかを決定するのは、他に2つの性質です。それは、完成した層からどのように光が反射するか、そしてどれほど肌の下を隠せるかです。製品は完璧に滑らかでマットに見えることもあれば、露に濡れたような輝き（デューイ・グロウ）を放つこともあります。シミを完全にカバーすることもありますし、そのまま残してしまうこともあります。数十年にわたり、化粧品会社はこれらの性質を「ベルベット」、「ラディアント（光輝く）」、「フルカバレッジ（高い補正力）」といったマーケティング用語で説明してきました。しかし、これらの記述は主観的なものです。それらは顧客に対して、製品がどのように「感じられる」か、あるいは写真でどのように「見える」かを伝えますが、なぜある処方が重くマットに感じられ、別の処方が軽く輝いて見えるのかという物理的な理由を説明してはいないのです。ボトルの中にある微細な粒子のことを明確に理解していなければ、処方設計者は特定のテクスチャーを実現するために成分をどのように混ぜ合わせるべきか、本質的に推測しているに過ぎないのです。

研究チームは、ある世界的な高級ブランドの6種類の異なるリキッドファンデーションの内部を観察することで、この謎を解明しようと試みました。彼らは、目に見えない微視的な粒子の世界と、目に見える光学的な仕上がり、そしてテクスチャーの人間体験を結びつけたいと考えました。これを行うために、彼らは強力なツールの組み合わせを使用しました。まず、高倍率の電子顕微鏡を使用して、乾燥したファンデーションの残骸の写真を撮り、顔料粒子の形状とサイズを明らかにしました。また、それらの粒子に含まれる化学元素を特定する手法も用いました。次に、乾燥した膜がどれだけの光を反射するか、そしてその下にある白黒のチャートの視認性をどれほど遮断するかを測定し、「カバー力」に対する客観的なスコアを算出しました。最後に、30人の消費者に、特定の単語リスト（「軽い」から「重い」、「マット」から「ラディアント」まで）を用いて各製品のテクスチャーを記述してもらいました。顕微鏡写真、光の測定値、そして人間の記述を比較することで、研究者たちは、製品の物理的構造がその性能や感触にどのように結びついているかを示すマップを構築しました。

研究の結果、これらのファンデーションのテクスチャーと性能は、わずか2種類の無機粒子、すなわち二酸化チタンとシリカによって支配されていることが明らかになりました。これらの粒子は、膜の構成要素として機能します。二酸化チタンの粒子は非常に小さく、直径は約110から280ナノメートルです。このサイズが極めて重要である理由は、可視光の波長の約半分であるため、光を散乱させ、肌の下を隠す能力が非常に高いからです。一方、シリカ粒子ははるかに大きく、約7から87マイクロメートルに及びます。二酸化チタンが「隠す力」を担う一方で、シリカは製品がどのように広がり、表面上で光がどのように拡散するかを制御します。研究者たちは、粒子のサイズ、形状、および配置が、ファンデーションが滑らかに感じられるか粗く感じられるか、あるいはマットに見えるか光沢があるかを決定することを発見しました。

研究者が6つの異なるコレクションを調べたところ、メーカーが異なる仕上がりを作り出すために明確な戦略を用いていることが分かりました。最も滑らかに感じられ、最も均一なカバー力を提供したコレクションでは、非常に小さな二酸化チタン粒子が完全に丸く均等に配置されており、一方でより大きなシリカ粒子は滑らかな球体でした。この組み合わせにより、マットに見え、肌への密着性が高い膜が作られました。対照的に、より粗かったり粒状であったりしたコレクションには、粒子が塊になっていたり、凹凸のある不規則な表面を持っていたりするものがありました。あるコレクションでは、シリカ粒子が中空の円筒形をしており、それが非常にマットな外観を作り出しましたが、ややチョーキー（粉っぽい）な感触をもたらしました。別のコレクションでは、非常に大きな多孔質のシリカ球体と小さなチタン粒子を混合しており、その結果、カバー力は高いものの、均一性に欠ける製品となりました。また、研究者たちは粒子の化学組成も重要であることを発見しました。例えば、平らなプレート状の粒子としてのアルミニウムの存在は、表面自体が光沢を持っていなくても、真珠のような輝き（パール）を加え、製品をラディアントに見せていました。

最も重要な発見は、人間のテクスチャーの知覚が、これらの微細な詳細を見ることで予測できるということでした。研究者たちは、消費者がファンデーションに関する感覚を、主に「製品がどれほど重いか、あるいは軽いか」と「マットか、あるいはラディアントか」という2つの主要なカテゴリーに自然に分類していることを見出しました。これら2つの感覚は、物理的な測定値と直接対応しています。「マット」で「重い」と消費者が表現した製品は、最も高いカバー力と最も均一な粒子分布を持つものでした。「ラディアント」または「デューイ（露に濡れたような）」と表現された製品は、特定の添加物（アルミニウムプレートなど）を含んでおり、膜自体は光沢がなくても、光を反射して輝きを生み出す性質を持っていました。これは、ファンデーションを販売するための曖昧なマーケティング用語が、実際には測定可能な物理的事実に根ざしていることを意味しています。「マット」な仕上がりとは単なる感覚ではなく、光を拡散させる方法で光を散乱させる、特定の粒子サイズと形状のバランスの結果なのです。

研究者たちはこれらの知見を用いて、ファンデーションを設計するための3つの明確なルールを提案しました。第一に、滑らかでマットな仕上がりを実現するには、すべてが同じサイズで均等に分散された非常に小さな二酸化チタン粒子と、滑らかで高密度のシリカ粒子を組み合わせる必要があります。第二に、製品の肌へのカバー力は、二酸化チタンの量だけで決まるのではなく、すべての固形粒子の総量によって決まります。粒子が密集しすぎると効率的に機能しなくなるため、単一の成分よりも全体の混合具合が重要になります。第三に、マットな外観と輝く外観のバランスは、平らなプレート状の粒子を加えることで調整可能であり、これにより製品を脂っぽく見せることなく煌めきを与えることができます。これらのルールは、化粧品の混合という「芸術」を「科学」へと変え、処方設計者が新しい混合物が棚に並ぶ前に、それがどのように見え、どのように感じられるかを正確に予測することを可能にします。

この研究は、研究所と消費者の間の溝を埋めるものです。ファンデーションの微視的な構造をテクスチャーと仕上がりの言語へと翻訳することで、この研究は化粧品について語るための新しい方法を提供しています。人によって意味が異なる可能性のある主観的な言葉に頼る代わりに、処方設計者は粒子のサイズと形状を設計図として使用できるようになります。このアプローチは、特にオンラインショッピングの時代において重要です。なぜなら、顧客は購入前に製品に触れることができないからです。もし製品が「マット」で「密着性がある」と説明されていれば、それが滑らかで均一に分散された粒子という具体的な物理的証拠に基づいているのであれば、消費者はその説明を信頼することができます。この研究は、ファンデーションが肌の上でどのように感じられるかは謎ではなく、それを構成する微小で目に見えない粒子の世界による直接的な結果であることを裏付けています。