シリカとは…成分効果と毒性を解説

ベース 感触改良 光沢 表面処理 スクラブ 抗炎症成分
シリカ
[化粧品成分表示名称]
・シリカ

[医薬部外品表示名称]
・無水ケイ酸

ケイ素の酸化物である二酸化ケイ素、または二酸化ケイ素によって構成されるケイ素化合物(体質顔料)です。

地殻を形成する物質の一つであり、天然には主に石英、メノウ、玉髄、ケイ藻土として産出されますが、現在は工業的に乾式法または湿式法によって合成されています(文献4:2016)

シリカは様々な粒子径のものが化粧品原料として使用されており、以下の表のように(∗1)

∗1 粒子径の「μm」はマイクロメートル(1μm = 0.001mm)、「nm」はナノメートル(1nm = 0.001μm)のことです。

粒子径 形態(乾燥状態) 特性・機能 凝集 白色度
~1nm オリゴマー
(ゲル)
薄膜形成、高反応性、高透明性



100nm以上で沈降性(∗4)が生じる

1~100nm コロイド(∗2)
(ゲル)
ハードコート、結合力、研磨効果
100nm~1μm スラリー
(ゲルまたは微細な粉末)
ベアリング性(∗3)、光散乱、回折散乱
1~20μm サスペンション
(微細な粉末)
ベアリング性、表面修飾
20μm~ サスペンション
(粉末)
高流動性、スクラブ効果

∗2 コロイド(コロイド分散体)とは、一方が微小な液滴あるいは微粒子を形成し(分散相)、他方に分散した2組の相から構成された物質状態であり、例えば牛乳は水溶液中に脂肪が分散したコロイド分散体です。
∗3 ベアリング性とは、転がり(回転性)のことです。
∗4 沈降性とは、均一に分散したコロイド粒子などが、重力や遠心分離作用などによってブラウン運動による粒子の拡散作用との均衡が破れて沈殿したり不均一になる性質のことです。

粒子径によって形状および特性・機能が変わります(文献2:2000)

粒子径100nmが特性を分ける目安となっており、100nm以下のシリカは「微粒子シリカ」と呼ばれ、コロイド状であり、粒子径が小さいほど比表面積が高くなり、化学構造的にヒドロキシ基(水酸基:-OH)の数が増えるため、結合力・凝集力が高まります。

一方で、粒子径100nm以上のシリカは「沈降シリカ」と呼ばれ、100nm以上では重力で沈降が生じ、粒子径が大きくなるほど紫外線の散乱が起こり、白濁した外観となります。

化粧品に配合される場合は、

これらの目的で、メイクアップ化粧品、ネイル製品、日焼け止め製品、スキンケア化粧品、ボディケア製品、パック製品などに使用されています(文献2:2000;文献4:2016)

ベアリング効果およびチキソトロピー性による感触改良

ベアリング効果およびチキソトロピー性による感触改良に関しては、まず前提知識としてベアリング効果およびチキソトロピー性について解説します。

まずベアリング効果とは、球体の回転のスムーズさ(滑らかさ)のことであり、たとえばマイカなどの体質顔料と一緒に配合する場合、シリカが体質顔料粒子の間に挟まれてスムーズに回転することで体質顔料粒子の滑りが向上し、非常に滑らかな使用感につながります。

次にチキソトロピー性とは、混ぜたり振ったり、力を加えることで粘度が下がり、また時間の経過とともに元の粘度に戻る現象のことです。

チキソトロピー性の理解のためによく例に挙げられるのはペンキの性質で、ペンキは塗る前によくかき混ぜると粘度が下がるため、はけなどで塗りやすくなり、塗られた直後には粘度が上がっていき(元に戻っていき)、垂れることなく乾燥するため塗料として汎用されています。

粒子径100nm以上のシリカはベアリング性(潤滑性)を有しており、また5-10μmの球状のものは展延性(∗5)の向上、マットな仕上がり感を付与することから、メイクアップ化粧品などに汎用されています(文献4:2016)

∗5 展延性とは、柔軟に広がり、均等に伸びる性質のことで、薄く広がり伸びが良いことを指します。

また、微粒子のシリカは、粘度の調整、チキソトロピー性付与などの目的で泥パックに使用されています(文献4:2016)

さらに粒子径1μm以上の球状シリカは、皮脂吸収剤としてパウダーファンデーションなどに使用されています(文献2:2000)

遊色効果またはソフトフォーカス効果による光沢付与

遊色効果またはソフトフォーカス効果による光沢付与に関しては、まず前提知識として遊色効果およびソフトフォーカス効果について解説します。

遊色効果とは、宝石などが示す光学効果の一種であり、結晶の層状構造により干渉光が反する結果として虹のような多色の色彩を示す現象のことです。

ソフトフォーカス効果とは、以下の図のように、

ソフトフォーカス効果

粉体で肌を均一にし、その結果として光を均一に反射することでシワや毛穴を目立たなくする(ぼかす)効果のことです。

平均粒径0.55μm以下のシリカは、水または水-有機溶媒中に分散することで微結晶の集合体に似た構造となり、この結果としてオパールに固有の遊色効果に類似した現象を呈することから、遊色効果目的で使用されています(文献3:1997)

また、光の散乱能は屈折率以外に粒子径に依存することが知られており、平均粒子径100nm-1μmのシリカは、ソフトフォーカス効果に最適であることが明らかにされていることから、ソフトフォーカス効果目的でメイクアップ化粧品に使用されています(文献2:2000)

表面処理

表面処理に関しては、シリカは化学的安定性が非常に高く、無機酸化物の中で最も光屈折率が低く、ほかの顔料に被覆することで使用感の向上、持続性の向上などの相乗効果が得られ、また光触媒活性や化学的活性のある顔料を被覆することで、それらの活性を抑制し、使用感や持続性を向上させることから、体質顔料や着色顔料の被膜剤として汎用されています(文献2:2000)

顔料によるシリカの皮膜効果の違いは、

顔料の種類 効果
体質顔料
着色顔料
表面反射力を抑えて、高い透明性をによる肌の自然感を演出
着色顔料 濡れくすみの抑制によるロングラスティング性(∗6)
微粒子酸化チタン
微粒子酸化亜鉛
酸化チタンおよび酸化亜鉛の化学的活性や光触媒活性を抑制することで光による劣化および変色を防止し、塗布時の白さと伸びの重さを改良

∗6 ロングラスティング性とは長持ちするという意味です。

このように報告されています(文献2:2000)

スクラブ

スクラブに関しては、粒子径100μm以上の不定形または球状のシリカは、大きさによる物理的な研磨作用を利用してスクラブ目的で使用されています(文献2:2000)

ウロキナーゼ吸着による抗炎症作用

ウロキナーゼ吸着による抗炎症作用に関しては、2002年に資生堂が第22回IFSCCエジンバラ大会において最優秀賞を受賞した研究成果で、その報告によると、

肌荒れ時の角層表面にはウロキナーゼが存在し、これが活性化因子としてプラスミンを活性化し、初期段階の肌荒れに重要な働きをしていることを見出した。

そこで、本来は表皮内部で活性化されると考えられていたウロキナーゼが角層表面で活性化されることに着目し、肌表面でその活性を取り除くことで肌荒れが防止できるのではと考え、様々な粉体を探索したところ、酸化亜鉛にウロキナーゼ活性抑制作用が、またシリカおよびタルクにウロキナーゼ吸着作用が明らかになった。

これら2種類の粉体をナノレベルで複合化し、パウダーファンデーションに配合して4,039人の女性に3週間連続使用してもらったところ、70%に肌荒れ改善効果が認められた。

このような研究結果が明らかになっており(文献5:2002)、シリカにウロキナーゼ吸着による肌荒れ防止・抗炎症作用が認められています。

ヒト試験は、ナノ化されたシリカを使用していることもあって効果が顕著ですが、ウロキナーゼ吸着作用はシリカの特性であるため、一般的なシリカでも効果を有していると考えられます。

実際の使用製品の種類や数および配合量は、海外の2008-2009年および2018-2019年の調査結果になりますが、以下のように報告されています。

以下表におけるリーブオン製品は、付けっ放し製品(スキンケア製品やメイクアップ製品など)を表しており、またリンスオフ製品というのは、洗い流し製品(シャンプー、洗顔料、クレンジングなど)を指します。

シリカの配合製品数と配合量の調査結果(2008-2009年および2018-2019年)

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シリカの安全性(刺激性・アレルギー)について

シリカの現時点での安全性は、

  • 医療上汎用性があり有効性および安全性の基準を満たした成分が収載される日本薬局方に収載
  • 外原規2006規格の基準を満たした成分が収載される医薬部外品原料規格2006に収載
  • 皮膚刺激性:ほとんどなし
  • 眼刺激性:ほとんどなし
  • 皮膚感作性(アレルギー性):ほとんどなし
  • 光毒性・光感作性:ほとんどなし(データなし)

このような結果となっており、化粧品配合量および通常使用下において、一般的に安全性に問題のない成分であると考えられます。

以下は、この結論にいたった根拠です。

皮膚刺激性について

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性データ(文献1:2009)によると、

– 微粒子シリカ(100nm以下) –

  • [動物試験] 6匹のウサギの無傷および擦過した皮膚に微粒子シリカ500mgを24時間閉塞パッチ適用し、パッチ除去後に皮膚を評価したところ、無傷の皮膚では刺激の兆候はなく、3つの擦過した試験部位ではわずかな紅斑が観察された(ECETOC,2006)
  • [動物試験] 6匹のウサギの無傷および擦過した皮膚に微粒子シリカ500mgを24時間閉塞パッチ適用し、パッチ除去後に皮膚を評価したところ、無傷の皮膚では24時間で1つの部位に最小限の紅斑が観察され、擦過した皮膚では最小限の明瞭な紅斑が観察された。72時間では紅斑の兆候は消失した(ECETOC,2006)

– 沈降シリカ(100nm以上) –

  • [動物試験] 3匹のウサギの無傷の皮膚に沈降シリカ500mgを4時間閉塞パッチ適用し、パッチ除去後に皮膚を評価したところ、刺激の兆候はなかった(ECETOC,2006)
  • [動物試験] 12匹のウサギ群3グループの無傷および擦過した皮膚に沈降シリカ500mgをそれぞれ24時間閉塞パッチ適用し、パッチ除去後に皮膚を評価したところ、いずれのグループのウサギも刺激の兆候はなかった(ECETOC,2006)
  • [動物試験] 6匹のウサギ群2グループそれぞれにの無傷および擦過した皮膚に沈降シリカ23mgまたは190mgを24時間閉塞パッチ適用し、パッチ除去後に皮膚を評価したところ、23mgでは24時間で5つの無傷の部位および3つの擦過した部位で最小限の紅斑が観察され、190mgでは24時間で4つの無傷の部位および3つの擦過した部位で最小限の紅斑が観察された(ECETOC,2006)

と記載されています。

試験結果をみるかぎり、微粒子シリカおよび沈降シリカの両方において、まれに一過性のわずかな紅斑がみられますが、ほとんどのケースで皮膚刺激なしと報告されているため、皮膚刺激性は非刺激またはまれに一過性のわずかな刺激が起こる可能性があると考えられます。

眼刺激性について

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性データ(文献1:2009)によると、

– 微粒子シリカ(100nm以下) –

  • [動物試験] 8匹のウサギの眼に微粒子シリカ100mgを適用し、5匹は眼をすすがず、残りの3匹は適用5分後に眼をすすぎ、眼を検査したところ、いずれのウサギも刺激の兆候はなかった(ECETOC,2006)
  • [動物試験] 3匹のウサギの眼に微粒子シリカ3mgを適用し、眼を検査したところ、わずか~軽度の発赤が観察されたが48時間で消失した(ECETOC,2006)
  • [動物試験] 6匹のウサギの眼に微粒子シリカ3.5mgを適用し、眼を検査したところ、24,48および72時間で数匹のウサギでわずかな結膜紅斑またはケモ-シスが観察された。また4時間で2匹のウサギに一時的な混濁がみられた(ECETOC,2006)
  • [動物試験] 9匹のウサギの眼に微粒子シリカ100mgを適用し、6匹は眼をすすがず、残りの3匹は眼をすすぎ、眼を検査したところ、24,48および72時間で洗眼したウサギに刺激の兆候はなかった(ECETOC,2006)

– 沈降シリカ(100nm以上) –

  • [動物試験] 3匹のウサギの眼に沈降シリカ40mgまたは100mgを適用し、眼を検査したところ、40mgで刺激の兆候は観察されなかった。100mgにおいては24,48および72時間でわずかな発赤が観察されたが4日以内に回復した(ECETOC,2006)
  • [動物試験] 8匹のウサギの眼に沈降シリカ100mgを適用し、5匹は眼をすすがず、残りの3匹は眼をすすぎ、眼を検査したところ、いずれのウサギも刺激の兆候はなかった(ECETOC,2006)
  • [動物試験] 9匹のウサギの眼に沈降シリカ100mgを適用し、6匹は眼をすすがず、残りの3匹は適用4秒後に眼をすすぎ、眼を検査したところ、いずれのウサギも刺激の兆候はなかった(ECETOC,2006)

と記載されています。

試験結果をみるかぎり、微粒子シリカおよび沈降シリカの両方において、まれに一過性のわずかな眼刺激がみられますが、ほとんどのケースで眼刺激の兆候なしと報告されているため、眼刺激性は非刺激またはまれにわずかな一過性の眼刺激が起こる可能性があると考えられます。

皮膚感作性(アレルギー性)について

Cosmetic Ingredient Reviewの安全性データ(文献6:2019)によると、

  • [ヒト試験] 27人の被検者に21.74%シリカを含むフェイシャルパウダーの30%水溶液を対象にHRIPT(皮膚刺激&感作試験)を実施したところ、皮膚感作性を示さなかった(KGL Inc,2004)

と記載されています。

試験結果をみるかぎり、皮膚感作性なしと報告されているため、皮膚感作性はほとんどないと考えられます。

光感作性について

化学的安定性が非常に高く、また光触媒活性を有する成分を被膜して活性を抑制する被膜剤として古くから使用されている実績から、光感作性はほとんどないと考えられます。

∗∗∗

シリカはベース成分、表面処理剤、抗炎症成分にカテゴライズされています。

それぞれの成分一覧は以下からお読みください。

参考:ベース成分 表面処理剤 抗炎症成分

∗∗∗

文献一覧:

  1. Cosmetic Ingredient Review(2009)「Safety Assessment of Silica and Related Cosmetic Ingredients」Final Report of the Cosmetic Ingredient Review Expert Panel.
  2. 田中 博和, 他(2000)「シリカの特性と化粧品への応用」Fragrance Jpurnal(28)(11),64-70.
  3. 株式会社資生堂(1997)「透明化粧料」特開平09-124455.
  4. 日光ケミカルズ(2016)「無機粉体」パーソナルケアハンドブック,290-293.
  5. 株式会社資生堂(2002)「新規肌あれ抑制成分スキンケアパウダーの開発」, <https://www.shiseidogroup.jp/newsimg/archive/00000000000275/275_w5m24_jp.pdf> 2018年8月15日アクセス.
  6. Cosmetic Ingredient Review(2019)「Amended Safety Assessment of Amorphous Silica and Synthetically-Manufactured Amorphous Silicates as Used in Cosmetics」Tentative Amended Report for Public Comment.

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