Ren skønhedsproduktformulering med ultralyd

Naturlige, økologiske ingredienser (INCI'er) kombineret med høj effektivitet og biotilgængelighed er kendetegnene ved innovative rene skønhedsprodukter. Ultralydbehandling bruges som meget effektiv og pålidelig teknik til at blande, blande, sprede, nano-emulgere og nano-indkapsle kosmetiske ingredienser.

Hvorfor skal du bruge ultralydbehandling til dine rene skønhedsprodukter?

Blanding, blanding, dispergering, emulgering af ingredienser og indkapsling af bioaktive molekyler er kerneprocesser i fremstillingen af kosmetiske, hudpleje-, skønheds- og kosmetiske produkter. Den pålidelige, effektive og homogene udførelse af disse kerneprocesser er afgørende for at opnå kosmetiske produkter af høj kvalitet med forhøjede virkninger, styrke og effektivitet af det endelige produkt. Moderne højteknologiske ingredienser er højt udviklede stoffer, som kræver sofistikeret inkorporering i det endelige produkt for at få de ønskede effekter.

Sonikering – Et bredt spektrum af applikationer

Sonikering er en yderst effektiv og pålidelig teknik til homogenisering af væske-væske og fast-væske-suspensioner. Indkapsling af molekyler i lipidbærere i nanostørrelse (f.eks. liposomer, niosomer, faste lipid nanopartikler, nanostrukturerede lipidbærere, miceller osv.) er en anden vigtig anvendelse af højtydende ultralyd.
Ultralydbehandling kan anvendes på mange trin i produktionen af rene, helt naturlige, organiske kosmetiske, skønheds- og hudplejeprodukter og forbedre effektiviteten af blanding og indkapsling af applikationer. Da ultralydsblandere giver intens blanding og homogenisering, kan brugen af kemiske tilsætningsstoffer, der almindeligvis tilsættes for at opnå forlænget stabilitet og holdbarhed, minimeres eller helt undgås.
Sonikering giver dig en konkurrencefordel ved at producere overlegne resultater i en hurtig og effektiv proces, hvilket resulterer i ensartede, homogene suspensioner. Dette påvirker produktets stabilitet, holdbarhed og biokompatibilitet positivt.

Sonikering – En rent mekanisk behandling

Ultralyd er en mild, ikke-termisk behandling, som ikke nedbryder råmaterialerne ved varme. Mange ingredienser såsom lipider, bioaktive molekyler eller æteriske olier er varmefølsomme og har derfor stor gavn af kontrolleret lavtemperaturbehandling. Hielscher Ultrasonics-enheder er præcist kontrollerbare, nemme at justere og kan overvåges og betjenes via browser-emote-kontrol. Den smarte software protokollerer automatisk behandlingsparametrene på et indbygget SD-kort. Disse funktioner letter proces- og kvalitetsstandardisering samt implementering af god fremstillingspraksis (GMP).

Arbejdsprincippet for sonikering

Da sonikering er en rent mekanisk behandling, tilsættes ingen tilsætningsstoffer, som ville forstyrre filosofien om ren kosmetik. Ultralydsapplikationer såsom blanding, blanding, emulgering, indkapsling og ekstraktion er baseret på arbejdsprincippet om akustisk kavitation.
Ultralydsbølger med høj effekt kobles via en sonde-type ultralydsprocessor ind i gyllen. Meget energiske ultralydsbølger bevæger sig gennem væsken og skaber skiftende højtryks- / lavtrykscyklusser, hvilket resulterer i fænomenet akustisk kavitation. Akustisk eller ultralydskavitation fører lokalt til ekstreme temperaturer, tryk, opvarmnings-/kølehastigheder, trykforskelle og høje forskydningskræfter i mediet. Når kavitationsbobler imploderer på overfladen af partikler eller dråber, genererer mikrostråler og interpartiklulær kollision effekter såsom overfladeafskalning, erosion, partikelnedbrydning, sonoporation samt dråbe- og celleforstyrrelser. Derudover skaber implosionen af kavitationsbobler i flydende medier makroturbulenser og mikroblanding. Ultralydbestråling repræsenterer en effektiv måde at forbedre masseoverførselsprocesser på, da sonikering resulterer i kavitation og dens relaterede mekanismer, såsom mikrobevægelse af væskestråler, kompression og dekompression i materialet med den efterfølgende forstyrrelse af dråber samt høje opvarmnings- og kølehastigheder.
Sonde-type ultralydapparater kan generere meget høje amplituder, hvilket er nødvendigt for at generere virkningsfuld kavitation. Hielscher Ultrasonic fremstiller højtydende ultralydsprocessorer, som nemt kan skabe amplituder på 200 μm i kontinuerlig 24/7 drift. For endnu højere amplituder tilbyder Hielscher specificerede sonotroder (sonder med høj amplitude).
Tryksatte ultralydsreaktorer og flowceller bruges til at intensivere kavitationen. Med stigende tryk bliver kavitation og kavitationelle forskydningskræfter mere destruktive og forbedrer derved ultralydseffekterne.

Fordele ved ultralydsblanding og emulgering

Produktionen af homogene blandinger, dispersioner, emulsioner og nano-emulsioner ved sonificering har fået kosmetiske formulatorers interesse på grund af dens ekstraordinære energieffektivitet, krav til low-end blandingsinstrumenter, nem systemmanipulation og vigtigst af alt, dens lave produktionsomkostninger. Ultralydsblanding, blanding og emulgering øger fleksibiliteten til valg af overfladeaktivt middel og indre strukturer af emulsioner. (jf. Marzuki et al. 2019)

Molekylestørrelse betyder noget

Submikron- og nano-størrelse molekyler udviser en signifikant øget transdermal permeationshastighed. Mens store molekyler sidder på toppen af huden og ikke kan trænge ind i huden på grund af deres størrelse, er mindre molekyler i stand til at passere gennem epidermis.
Det betyder, at de bioaktive stoffer transporteres ind i dybere hudlag, hvor de der kan udføre deres "arbejde" ved at nære eller reparere huden.
Et fremtrædende eksempel på relevansen af molekylestørrelse er hyaluronsyre, et langkædet molekyle. Hvis hyaluronsyren har en høj molkulær vægt, kan den ikke passere gennem hudbarrieren og forbliver som en film på det yderste lag. Lavmolekylær hyaluronsyre transporteres derimod ind i dybere hudlag, hvor den omslutter sine fugtgivende virkninger.
Et andet eksempel på relevansen af partikelstørrelse er titandioxid og zinkoxid. Begge bruges som aktive ingredienser i naturlige solcremeprodukter (f.eks. lotioner, fugtighedscreme, sprays). En ensartet lille partikelstørrelse er vigtig for at undgå tilstopning af hudens porer og for derved at forhindre udbrud. Desuden reduceres eller undgås solcremers blegnings- og skinneeffekt med mindre partikler.

Ultralyd nano-emulgering bruges til at producere belastede nano-emulsioner, liposomer og faste lipid nanopartikler. Sonikering producerer en smal dråbefordeling og nanostrukturerede partikler.

Forbedret hudindtrængning

Kemiske hudpenetrationsforstærkere omfatter materialer som l-α-lecithin, urinstof, fedtsyrer, ethanol og glykoler.

• Vesikulære hudpenetrationsforstærkere omfatter vesikulære bærere såsom liposomer og niosomer. Vesikulære bærere er potente leveringssystemer for aktive molekyler. På grund af deres sammensætning tilbyder de fordelen ved at bære hydrofile såvel som lipofile molekyler. Hydrofile molekyler indkapsles i den vandige kerne, og lipofile molekyler inkorporeres i lipidmembranen, der omgiver den vandige kerne. Da vesikelvægge består af phospholipid-dobbeltlag til henholdsvis liposomer og syntetiske overfladeaktive stoffer til niosomer, er vesiklerne vandopløselige og dermed meget biokompatible.
  Læs mere om ultralydsproducerede liposomer!
• Enzymatiske hudpenetrationsforstærkere omfatter enzymer såsom HMGCoA-reduktase og acetyl CoA-carboxylase, som hæmmer nøgleenzymer i epidermal lipidsyntese og ændrer det kritiske molare forhold af de vigtigste stratum corneum-lipider.
• Urinstof, også kendt som carbamid, bruges til at forbedre optagelsen af andre aktive kosmetiske ingredienser, da det øger hudens permeabilitet.

Ultralydsforbedret biotilgængelighed af aktive stoffer i hudpleje

Biotilgængeligheden er defineret som penetrationshastigheden for et aktivt stof for at nå sit virkningssted. Den såkaldte fluxhastighed eller mængden af aktiv penetration over tid bestemmes i mikrogram/cm²/time. For aktive ingredienser i kosmetiske produkter er målstedet for en ingrediens normalt den nedre epidermis. Undtagelser er aktive stoffer som zinkoxid eller titandioxid, almindelige ingredienser i solcreme og spray, da disse stoffer har deres arbejdssted på overfladen af huden, hvor partiklerne der kan omslutte deres maksimale UV-absorptionsevne.
Biotilgængeligheden af aktive ingredienser er stærkt påvirket af de anvendte typer kosmetiske formuleringer. Almindelige formuleringer i skønheds- og personlig plejeprodukter er olie-i-vand-emulsioner (O/W), vand-i-olie-emulsioner (W/O), vand-i-olie-i-vand-emulsioner (W/O/W), polyol-i-olie-emulsioner samt hydrogeler. (Polyoler, der anvendes i naturlige kosmetiske formuleringer, er sorbitol, mannitol osv.).

Ultralydsforberedelse af en emulsion (rødt vand / gul olie). Et par sekunders sonikering gør de separate vand / oliefaser til en fin emulsion.

Sonikering for øget hudgennemtrængelighed

Hudens permeabilitet og dermed biotilgængeligheden af kosmetiske aktive stoffer og kosmetiske stoffer kan øges ved enten at påvirke hudbarrieren eller ved at øge opløseligheden af de aktive molekyler.
For at sænke hudbarrieren og lette transporten af de aktive molekyler ind i den nedre epidermis kan mangfoldige stoffer som opløsningsmidler, fosfolipider og overfladeaktive vesikler fremstillet af fosfolipider samt eksfolianter forbedre indtrængningen af aktive stoffer i dybere hudlag.

• Anvendte opløsningsmidler omfatter dimethylisosorbid, ethoxydiglycol, ethanol og oliesyre. Disse opløsningsmidler er yderst kompatible med ultralydsblandings-, blandings- og emulgeringsprocesser.
• Fosfolipider er velkendte for at forbedre hudens penetration af både olie- og vandopløselige molekyler. Almindeligt anvendte fosfolipider er lecithin, hydrogeneret lecithin, lysolecithin og tocopherylphosphat. De drager fordel af ultralydsbehandling, da sonikering fordelte fosfolipiderne jævnt i suspensionen.
• Overfladeaktive vesikler: Overfladeaktive stoffer kan danne multilamellære og unilamellære vesikler med aktive stoffer. Liposomer og fast-lipid nanopartikler er fremtrædende eksempler på hudgennemtrængende vesikler, der transporterer bioaktive forbindelser til målsteder. Ultralydbehandling er den mest effektive og effektive metode til fremstilling af liposomer, nanoliposomer og faste lipid nanopartikler (SLN'er) med en høj aktiv belastning, indkapslingseffektivitet (% EE), stabilitet og biotilgængelighed.
• Kemiske eksfolieringsmidler omfatter mælkesyre, glykolsyre, salicylsyrer og N-acetyl-glucosamin. Mekaniske skrælninger omfatter små slibepartikler fra trækul, kokosflager eller kaffeskrubbe. Alle disse stoffer kan effektivt spredes via ultralyd.

Opløseligheden af aktive ingredienser i kosmetik kan øges ved inklusionskomplekser, indkapsling, submikron-/nanoemulsioner samt effektiv opløselighed i formuleringen.

• Inklusionskompleksdannelse ved hjælp af cyclodextriner (såsom alfa-, gamma-, hydroxypropyl beta-cyclodextrin) opnås ved ultralydbehandling. Cyclodextrinkomplekser udviser et hulrum, hvor bioaktive ingredienser er indkapslet. Indkapslingen/kompleksdannelsen gør de aktive forbindelser vandopløselige og dermed biotilgængelige. Læs mere om ultralydsinfusionskomplekser!
• Phytoglycogen er en plantebaseret nanopartikel med høj densitet kulhydrat (polysaccharid) med et hulrum, der kan indkapsle mange forskellige typer aktive stoffer. Phytoglycogen octenyl succinat (PG-OS) er en amfifil kulhydrat nanopartikel, hvis tilsætning giver emulsioner en høj lipidoxidativ stabilitet. Ultralydsemulgering forbedrer dannelsen af homogene, stabile phytoglycogenemulsioner.
• Submikron- og nanoemulsioner bruges som minutleveringssystemer, som gør forbindelserne vandopløselige og gør det muligt at transportere de aktive ingredienser til målstedet. Dråbernes lille størrelse i nanoskala øger permeabiliteten gennem hudbarrieren ind i dybere hudlag.
• Meget polære blødgøringsmidler anvendes almindeligvis i formuleringer til at opløse hydrofobe / vanduopløselige ingredienser, da kun få aktive stoffer er upolære. Ofte anvendte er følgende meget polære blødgøringsmidler: isopropyllaurylsarcosinat, lauryllactat, phenylethylbenzoat, dioctylmaleat og dioctylisosorbid. Forskellige typer solcremer er også kendt for at være penetrationsforstærkere. Ultralydsblanding og dispergering sikrer en homogen blanding af polære blødgøringsmidler og aktive ingredienser.

Højtydende ultralydsblandere til rene skønhedsprodukter

Som rent mekanisk blandingsbehandling kan sonikering bruges til fremstilling af alle former for certificerede naturlige kosmetiske produkter. Hielscher Ultrasonics' systemer er pålidelige maskiner, der bruges til fremstilling af kosmetik og terapi af høj kvalitet til at formulere nano-emulgerede og liposomale indkapslede bioaktive forbindelser med overlegen absorptionshastighed og biokompatibilitet. For at imødekomme sine kunders krav leverer Hielscher ultralydapparater fra den kompakte håndholdte laboratoriehomogenisator og bord-top ultralydsapparater til fuldt industrielle ultralydssystemer til produktion af store mængder kosmetiske formuleringer. Ultralydsformuleringsprocesser af kosmetik og kosmeceuticals kan køres som batch eller som kontinuerlig inline-proces ved hjælp af en ultralydsgennemstrømningsreaktor. En bred vifte af ultralydssonotroder (sonder) og reaktorbeholdere er tilgængelige for at sikre en optimal opsætning til din liposomproduktion. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift under tung belastning i krævende miljøer og sikrer en lang maskinlevetid.
Den præcise kontrol over alle vigtige procesparametre såsom amplitude, tryk, temperatur og sonikeringstid gør ultralydsprocessen pålidelig og reproducerbar. Hielscher Ultrasonics kender til vigtigheden af kontinuerligt høj produktkvalitet og støtter kosmetikproducenter med at implementere processtandardisering og GMP (Good Manufacturing Practices) ved hjælp af intelligent software og automatisk dataregistrering. Vores digitale ultralydshomogenisatorer registrerer automatisk alle ultralydsprocesparametre på et indbygget SD-kort. Digitale berøringsskærme og browserfjernbetjening giver mulighed for kontinuerlig procesovervågning og gør det muligt at justere procesparametrene præcist, når det er nødvendigt. Dette letter procesovervågning og kvalitetskontrol betydeligt.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater: