Formulacija proizvoda čiste ljepote pomoću ultrazvuka

Prirodni, organski sastojci (INCI) u kombinaciji s visokom učinkovitošću i bioraspoloživošću obilježja su inovativnih proizvoda čiste ljepote. Ultrazvučna obrada koristi se kao vrlo efikasna i pouzdana tehnika za miješanje, homogenizaciju, dispergiranje, nanoemulgiranje i nanoinkapsulaciju kozmetičkih sastojaka.

Zašto biste trebali koristiti ultrazvučnu obradu za svoje proizvode čiste ljepote?

Miješanje, homogenizacija, dispergiranje, emulgiranje sastojaka i inkapsulacija bioaktivnih molekula osnovni su procesi u proizvodnji kozmetičkih proizvoda, proizvoda za njegu kože, proizvoda za ljepotu i kozmeceutika. Pouzdano, efikasno i homogeno izvođenje ovih osnovnih procesa ključno je za dobivanje visokokvalitetnih kozmetičkih proizvoda s povećanim djelovanjem, potencijom i učinkovitošću krajnjeg proizvoda. Moderni visokotehnološki sastojci visokorazvijene su supstance koje zahtijevaju sofisticirano ugrađivanje u krajnji proizvod kako bi se postigli željeni učinci.

Ultrazvučna obrada (sonikacija) – širok spektar primjena

Ultrazvučna obrada (sonikacija) vrlo je efikasna i pouzdana tehnika homogenizacije suspenzija tipa tekućina–tekućina i čvrsta tvar–tekućina. Inkapsulacija molekula u lipidne nosače nanometarskih dimenzija (npr. liposome, nioszome, čvrste lipidne nanočestice, nanostrukturirane lipidne nosače, micele itd.) još je jedna važna primjena visokoučinkovitog ultrazvuka.
Ultrazvučna obrada može se primijeniti u mnogim koracima proizvodnje čistih, potpuno prirodnih, organskih kozmetičkih proizvoda, proizvoda za ljepotu i njegu kože te poboljšati efikasnost primjena miješanja i inkapsulacije. Budući da ultrazvučni mikseri omogućuju intenzivno miješanje i homogenizaciju, upotreba kemijskih aditiva koji se obično dodaju radi postizanja produžene stabilnosti i roka trajanja može se svesti na najmanju mjeru ili potpuno izbjeći.
Ultrazvučna obrada daje vam konkurentsku prednost jer brzim i efikasnim procesom daje superiorne rezultate u obliku ujednačenih, homogenih suspenzija. To pozitivno utječe na stabilnost proizvoda, rok trajanja i biokompatibilnost.

Ultrazvučna obrada (sonikacija) – čisto mehanički tretman

Ultrazvučna obrada je blag, netermalan tretman koji ne razgrađuje sirovine toplinom. Mnogi sastojci, poput lipida, bioaktivnih molekula ili eteričnih ulja, osjetljivi su na toplinu i stoga imaju veliku korist od kontrolirane obrade na niskim temperaturama. Uređaji Hielscher Ultrasonics mogu se precizno kontrolirati, lako podešavati te nadzirati i upravljati njima putem daljinskog upravljanja preko preglednika. Pametni softver automatski bilježi procesne parametre na ugrađenu SD karticu. Ove karakteristike olakšavaju standardizaciju procesa i kvalitete te primjenu dobre proizvođačke prakse (GMP).

Princip rada ultrazvučne obrade

Budući da je ultrazvučna obrada čisto mehanički tretman, ne dodaju se aditivne kemikalije koje bi bile u suprotnosti s filozofijom čiste kozmetike. Ultrazvučne primjene poput miješanja, homogenizacije, emulgiranja, inkapsulacije i ekstrakcije zasnivaju se na principu rada akustične kavitacije.
Ultrazvučni valovi velike snage unose se putem ultrazvučnog procesora sa sondom u suspenziju. Visokoenergetski ultrazvučni valovi putuju kroz tekućinu i stvaraju naizmjenične cikluse visokog i niskog tlaka, što dovodi do pojave akustične kavitacije. Akustična ili ultrazvučna kavitacija lokalno dovodi do ekstremnih temperatura, tlakova, brzina zagrijavanja/hlađenja, razlika tlaka i visokih smičnih sila u mediju. Kada kavitacijski mjehurići implodiraju na površini čestica ili kapljica, mikromlazevi i sudari među česticama stvaraju učinke poput ljuštenja površine, erozije, razbijanja čestica, sonoporacije te razgradnje kapljica i ćelija. Osim toga, implozija kavitacijskih mjehurića u tekućim medijima stvara makroturbulencije i mikromiješanje. Ultrazvučno zračenje predstavlja efikasan način poboljšanja procesa prijenosa mase, jer ultrazvučna obrada dovodi do kavitacije i s njom povezanih mehanizama, poput mikrokretanja uzrokovanog tekućim mlazevima, kompresije i dekompresije u materijalu s posljedičnim razbijanjem kapljica, kao i visokih brzina zagrijavanja i hlađenja.
Ultrazvučni uređaji sa sondom mogu generirati vrlo visoke amplitude, što je potrebno za stvaranje djelotvorne kavitacije. Hielscher Ultrasonic proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne procesore koji lako mogu postići amplitude od 200µm u neprekidnom radu 24 sata dnevno, 7 dana u tjednu. Za još više amplitude Hielscher nudi posebne sonotrode (sonde) visoke amplitude.
Ultrazvučni reaktori i protočne ćelije pod tlakom koriste se za pojačavanje kavitacije. S porastom tlaka kavitacija i kavitacijske smične sile postaju razornije i time poboljšavaju ultrazvučne učinke.

Prednosti ultrazvučnog miješanja i emulgiranja

Proizvodnja homogenih smjesa, disperzija, emulzija i nanoemulzija sonikacijom zainteresirala je kozmetičke formulatore zbog njezine izuzetne energetske efikasnosti, potrebe za jednostavnom opremom za miješanje, lakog rukovanja sistemom i, prije svega, niskih troškova proizvodnje. Ultrazvučno miješanje, homogenizacija i emulgiranje povećavaju fleksibilnost pri odabiru surfaktanta i unutarnjih struktura emulzija. (cf. Marzuki et al. 2019)

Veličina molekula je važna

Submikronske i nanometarske molekule pokazuju znatno veću brzinu transdermalne permeacije. Dok velike molekule ostaju na površini kože i zbog svoje veličine ne mogu prodrijeti u kožu, manje molekule mogu proći kroz epidermu.
To znači da se bioaktivni spojevi transportiraju u dublje slojeve dermisa, gdje mogu obavljati svoj „posao“ hraneći ili obnavljajući kožu.
Poznat primjer važnosti veličine molekula je hijaluronska kiselina, molekula dugog lanca. Ako hijaluronska kiselina ima veliku molekulsku masu, ne može proći kroz kožnu barijeru i ostaje kao film na njezinu vanjskom sloju. Hijaluronska kiselina niske molekulske mase, s druge strane, transportira se u dublje slojeve kože, gdje ostvaruje svoje hidratantno djelovanje.
Još jedan primjer važnosti veličine čestica su titanijev dioksid i cinkov oksid. Oba se koriste kao aktivni sastojci u prirodnim proizvodima za zaštitu od sunca (npr. losioni, hidratantne kreme, sprejevi). Ujednačeno mala veličina čestica važna je kako bi se izbjeglo začepljenje pora na koži i time spriječila pojava prišteva. Osim toga, s manjim česticama smanjuje se ili izbjegava efekt bijeljenja i sjaja kod proizvoda za zaštitu od sunca.

Ultrazvučno nanoemulgiranje koristi se za proizvodnju napunjenih nanoemulzija, liposoma i čvrstih lipidnih nanočestica. Ultrazvučna obrada daje usku raspodjelu kapljica i nanostrukturirane čestice.

Poboljšano prodiranje u kožu

Kemijski pojačivači prodiranja u kožu uključuju materijale poput l-α-lecitina, uree, masnih kiselina, etanola i glikola.

• Vezikularni pojačivači prodiranja u kožu uključuju vezikularne nosače poput liposoma i nioszoma. Vezikularni nosači moćni su sistemi za isporuku aktivnih molekula. Zahvaljujući svom sastavu nude prednost prenošenja hidrofilnih kao i lipofilnih molekula. Hidrofilne molekule inkapsuliraju se u vodenu jezgru, a lipofilne molekule ugrađuju se u lipidnu membranu koja okružuje vodenu jezgru. Budući da se stijenke vezikula sastoje od fosfolipidnih dvoslojeva kod liposoma, odnosno sintetičkih surfaktanata kod nioszoma, vezikule su topljive u vodi i stoga visoko biokompatibilne.
  Saznajte više o ultrazvučno proizvedenim liposomima!
• Enzimski pojačivači prodiranja u kožu uključuju enzime poput HMGCoA reduktaze i acetil CoA karboksilaze, koji inhibiraju ključne enzime sinteze lipida epiderme i mijenjaju kritični molarni omjer ključnih lipida stratum corneuma.
• Urea, poznata i kao karbamid, koristi se za pojačavanje apsorpcije drugih aktivnih kozmetičkih sastojaka jer povećava propusnost kože.

Ultrazvučno poboljšana bioraspoloživost aktivnih sastojaka u njezi kože

Bioraspoloživost se definira kao brzina prodiranja aktivnog spoja do mjesta njegova djelovanja. Takozvana brzina fluksa ili količina aktivne tvari koja prodire tokom vremena određuje se u mikrogramima/cm²/sat. Kod aktivnih sastojaka u kozmetičkim proizvodima ciljno mjesto djelovanja sastojka obično je donja epiderma. Izuzetak su aktivne tvari poput cinkovog oksida ili titanijevog dioksida, uobičajenih sastojaka losiona i spreja za zaštitu od sunca, jer te supstance djeluju na površini kože, gdje čestice mogu ostvariti svoj maksimalni kapacitet apsorpcije UV zračenja.
Na bioraspoloživost aktivnih sastojaka snažno utječe vrsta korištenih kozmetičkih formulacija. Uobičajene formulacije u proizvodima za ljepotu i osobnu njegu su emulzije ulje u vodi (O/W), emulzije voda u ulju (W/O), emulzije voda u ulju u vodi (W/O/W), emulzije poliol u ulju te hidrogelovi. (Polioli koji se koriste u prirodnim kozmetičkim formulacijama su sorbitol, manitol itd.).

Ultrazvučna priprema emulzije (crvena voda / žuto ulje). Nekoliko sekundi ultrazvučne obrade pretvara odvojene faze vode i ulja u finu emulziju.

Ultrazvučna obrada za povećanu propusnost kože

Propusnost kože, a time i bioraspoloživost kozmetičkih aktivnih tvari i kozmeceutika, može se povećati utjecajem na kožnu barijeru ili povećanjem topljivosti aktivnih molekula.
Kako bi se snizila kožna barijera i olakšao transport aktivnih molekula u donju epidermu, raznovrsne supstance poput otapala, fosfolipida i vezikula surfaktanata izrađenih od fosfolipida, kao i eksfolijanti, mogu poboljšati prodiranje aktivnih tvari u dublje slojeve kože.

• Korištena otapala uključuju dimetil izosorbid, etoksidiglikol, etanol i oleinsku kiselinu. Ova otapala su vrlo kompatibilna s ultrazvučnim procesima miješanja, homogenizacije i emulgiranja.
• Poznato je da fosfolipidi pojačavaju prodiranje u kožu i molekula topljivih u ulju i onih topljivih u vodi. Uobičajeno korišteni fosfolipidi su lecitin, hidrogenirani lecitin, lizolecitin i tokoferil fosfat. Imaju koristi od ultrazvučne obrade jer ultrazvučna obrada ravnomjerno raspoređuje fosfolipide u suspenziji.
• Vezikule surfaktanata: surfaktanti mogu s aktivnim tvarima formirati multilamelarne i unilamelarne vezikule. Liposomi i čvrste lipidne nanočestice istaknuti su primjeri vezikula koje prodiru u kožu i transportiraju bioaktivne spojeve do ciljnih mjesta. Ultrazvučna obrada je najefikasnija i najdjelotvornija metoda za proizvodnju liposoma, nanoliposoma i čvrstih lipidnih nanočestica (SLN) s visokim opterećenjem aktivnim tvarima, efikasnošću inkapsulacije (%EE), stabilnošću i bioraspoloživošću.
• Kemijski eksfolijanti uključuju mliječnu, glikolnu i salicilnu kiselinu te N-acetil-glukozamin. Mehanički pilinzi uključuju sitne abrazivne čestice iz drvenog uglja, kokosovih listića ili pilinga od kafe. Sve ove supstance mogu se efikasno dispergirati ultrazvučnom obradom.

Topljivost aktivnih sastojaka u kozmetici može se povećati inkluzijskim kompleksima, inkapsulacijom, submikronskim/nanoemulzijama te efikasnom solubilizacijom u formulaciji.

• Inkluzijska kompleksacija pomoću ciklodekstrina (kao što su alfa-, gama-, hidroksipropil beta-ciklodekstrin) postiže se ultrazvučnom obradom. Kompleksi ciklodekstrina imaju šupljinu u kojoj su inkapsulirani bioaktivni sastojci. Inkapsulacija / kompleksacija čini aktivne spojeve topljivima u vodi i time bioraspoloživima. Saznajte više o ultrazvučnoj infuzijskoj kompleksaciji!
• Fitoglikogen je biljna ugljikohidratna (polisaharidna) nanočestica velike gustoće sa šupljinom koja može inkapsulirati mnogo različitih vrsta aktivnih tvari. Fitoglikogen oktenil sukcinat (PG-OS) je amfifilna ugljikohidratna nanočestica čiji dodatak daje emulzijama visoku lipidnu oksidativnu stabilnost. Ultrazvučno emulgiranje poboljšava stvaranje homogenih, stabilnih fitoglikogenskih emulzija.
• Submikronske emulzije i nanoemulzije koriste se kao sitni sistemi za isporuku koji spojeve čine topljivima u vodi i omogućuju transport aktivnih sastojaka do ciljnog mjesta. Mala nanometarska veličina kapljica povećava propusnost kroz kožnu barijeru u dublje slojeve kože.
• Visokopolarni emolijensi uobičajeno se koriste u formulacijama za solubilizaciju hidrofobnih / u vodi netopljivih sastojaka, jer je samo malo aktivnih tvari nepolarno. Često korišteni visokopolarni emolijensi su sljedeći: izopropil lauroil sarkozinat, lauril laktat, feniletil benzoat, dioktil maleat i dioktil izosorbid. Poznato je da su i razne vrste sredstava za zaštitu od sunca pojačivači prodiranja. Ultrazvučno miješanje i dispergiranje osigurava homogenu smjesu polarnih emolijenasa i aktivnih sastojaka.

Visokoučinkoviti ultrazvučni mikseri za proizvode čiste ljepote

Kao čisto mehanički tretman miješanja, ultrazvučna obrada može se koristiti za proizvodnju svih vrsta certificiranih prirodnih kozmetičkih proizvoda. Sistemi tvrtke Hielscher Ultrasonics pouzdane su mašine koje se koriste u proizvodnji visokokvalitetne kozmetike i terapeutika za formulaciju nanoemulgiranih i liposomalno inkapsuliranih bioaktivnih spojeva s superiornom stopom apsorpcije i biokompatibilnošću. Kako bi udovoljio zahtjevima svojih kupaca, Hielscher isporučuje ultrazvučne uređaje od kompaktnog ručnog laboratorijskog homogenizatora i stolnih ultrazvučnih uređaja do potpuno industrijskih ultrazvučnih sistema za proizvodnju velikih količina kozmetičkih formulacija. Ultrazvučni procesi formulacije kozmetike i kozmeceutika mogu se izvoditi kao šaržni proces ili kao kontinuirani inline proces pomoću ultrazvučnog protočnog reaktora. Na raspolaganju je širok izbor ultrazvučnih sonotroda (sondi) i posuda reaktora kako bi se osigurala optimalna postavka za vašu proizvodnju liposoma. Robusnost ultrazvučne opreme tvrtke Hielscher omogućuje rad 24 sata dnevno, 7 dana u tjednu, pod velikim opterećenjem u zahtjevnim okruženjima i osigurava dug životni vijek mašine.
Precizna kontrola svih važnih procesnih parametara, kao što su amplituda, tlak, temperatura i vrijeme ultrazvučne obrade, čini ultrazvučni proces pouzdanim i ponovljivim. Hielscher Ultrasonics zna koliko je važna kontinuirano visoka kvaliteta proizvoda i podržava proizvođače kozmetike u uvođenju standardizacije procesa i GMP-a (dobre proizvođačke prakse) pomoću inteligentnog softvera i automatskog bilježenja podataka. Naši digitalni ultrazvučni homogenizatori automatski bilježe sve parametre ultrazvučnog procesa na ugrađenu SD karticu. Digitalni zasloni osjetljivi na dodir i daljinsko upravljanje preko preglednika omogućuju kontinuirani nadzor procesa i precizno podešavanje procesnih parametara kad god je potrebno. To znatno olakšava nadzor procesa i kontrolu kvalitete.
Tabela u nastavku daje vam orijentaciju o približnom kapacitetu obrade naših ultrazvučnih uređaja: