Formuliranje proizvoda čiste kozmetike ultrazvukom

Prirodni, organski sastojci (INCI) u kombinaciji s visokom učinkovitošću i bioraspoloživošću obilježja su inovativnih proizvoda čiste kozmetike. Obrada ultrazvukom primjenjuje se kao vrlo učinkovita i pouzdana tehnika za miješanje, sjedinjavanje, dispergiranje, nanoemulgiranje i nanoenkapsulaciju kozmetičkih sastojaka.

Zašto biste trebali primjenjivati obradu ultrazvukom za svoje proizvode čiste kozmetike?

Miješanje, sjedinjavanje, dispergiranje i emulgiranje sastojaka te enkapsulacija bioaktivnih molekula ključni su procesi u proizvodnji kozmetičkih proizvoda, proizvoda za njegu kože, proizvoda za uljepšavanje i kozmeceutika. Pouzdano, učinkovito i homogeno provođenje tih ključnih procesa neophodno je za dobivanje visokokvalitetnih kozmetičkih proizvoda s pojačanim učincima, djelotvornošću i učinkovitošću konačnog proizvoda. Suvremeni visokotehnološki sastojci visokorazvijene su tvari koje zahtijevaju sofisticirano ugrađivanje u konačni proizvod kako bi se postigli željeni učinci.

Sonikacija – širok spektar primjena

Sonikacija je vrlo učinkovita i pouzdana tehnika homogenizacije suspenzija tekućina–tekućina i krutina–tekućina. Enkapsulacija molekula u lipidne nosače nanometarskih dimenzija (npr. liposome, niosome, čvrste lipidne nanočestice, nanostrukturirane lipidne nosače, micele itd.) još je jedna važna primjena ultrazvuka visokih performansi.
Obrada ultrazvukom može se primijeniti u mnogim koracima proizvodnje čistih, potpuno prirodnih, organskih kozmetičkih proizvoda, proizvoda za uljepšavanje i njegu kože te poboljšati učinkovitost postupaka miješanja i enkapsulacije. Budući da ultrazvučne miješalice omogućuju intenzivno sjedinjavanje i homogenizaciju, uporaba kemijskih dodataka koji se obično dodaju radi postizanja dugotrajnije stabilnosti i duljeg roka trajanja može se svesti na najmanju moguću mjeru ili potpuno izbjeći.
Sonikacija vam pruža konkurentsku prednost postizanjem vrhunskih rezultata u brzom i učinkovitom procesu kojim nastaju ujednačene, homogene suspenzije. To pozitivno utječe na stabilnost proizvoda, rok trajanja i biokompatibilnost.

Sonikacija – isključivo mehanička obrada

Obrada ultrazvukom blag je, netoplinski postupak koji ne razgrađuje sirovine toplinom. Mnogi sastojci, poput lipida, bioaktivnih molekula ili eteričnih ulja, osjetljivi su na toplinu pa im kontrolirana obrada pri niskim temperaturama uvelike pogoduje. Uređajima Hielscher Ultrasonics može se precizno upravljati, lako ih je podešavati te ih je moguće nadzirati i njima upravljati daljinski putem preglednika. Pametni softver automatski bilježi parametre obrade na ugrađenu SD karticu. Te značajke olakšavaju standardizaciju procesa i kvalitete te primjenu dobre proizvođačke prakse (GMP).

Načelo rada sonikacije

Budući da je sonikacija isključivo mehanička obrada, ne dodaju se kemijski aditivi koji bi bili u suprotnosti s filozofijom čiste kozmetike. Ultrazvučne primjene kao što su miješanje, sjedinjavanje, emulgiranje, enkapsulacija i ekstrakcija temelje se na načelu djelovanja akustične kavitacije.
Ultrazvučni valovi velike snage uvode se u suspenziju putem ultrazvučnog procesora sa sondom. Ultrazvučni valovi visoke energije prolaze kroz tekućinu stvarajući naizmjenične cikluse visokog / niskog tlaka, što dovodi do pojave akustične kavitacije. Akustična ili ultrazvučna kavitacija lokalno dovodi do ekstremnih temperatura, tlakova, brzina zagrijavanja/hlađenja, razlika u tlaku i velikih smičnih sila u mediju. Kada kavitacijski mjehurići implodiraju na površini čestica ili kapljica, mikromlazovi i sudari među česticama stvaraju učinke kao što su ljuštenje površine, erozija, usitnjavanje čestica, sonoporacija te razaranje kapljica i stanica. Osim toga, implozija kavitacijskih mjehurića u tekućim medijima stvara makroturbulencije i mikromiješanje. Ultrazvučno ozračivanje učinkovit je način poboljšanja procesa prijenosa mase jer sonikacija dovodi do kavitacije i s njom povezanih mehanizama kao što su mikropomaci uzrokovani mlazovima tekućine, kompresija i dekompresija u materijalu s naknadnim razaranjem kapljica te velike brzine zagrijavanja i hlađenja.
Ultrazvučni uređaji sa sondom mogu stvarati vrlo visoke amplitude, što je potrebno za stvaranje snažne kavitacije. Hielscher Ultrasonic proizvodi ultrazvučne procesore visokih performansi koji lako mogu ostvariti amplitude od 200µm pri neprekidnom radu 24/7. Za još više amplitude Hielscher nudi posebne sonotrode (sonde) za visoke amplitude.
Za intenziviranje kavitacije upotrebljavaju se ultrazvučni reaktori i protočne ćelije koji se mogu staviti pod tlak. S porastom tlaka kavitacija i kavitacijske smične sile postaju razornije te time poboljšavaju ultrazvučne učinke.

Prednosti ultrazvučnog miješanja i emulgiranja

Proizvodnja homogenih smjesa, disperzija, emulzija i nanoemulzija sonikacijom privukla je pozornost stručnjaka za formuliranje kozmetike zbog iznimne energetske učinkovitosti, potrebe za osnovnom opremom za miješanje, jednostavnog rukovanja sustavom i, što je najvažnije, niskih troškova proizvodnje. Ultrazvučno miješanje, sjedinjavanje i emulgiranje povećavaju fleksibilnost pri odabiru površinski aktivnih tvari i unutarnjih struktura emulzija. (cf. Marzuki et al. 2019)

Veličina molekula je važna

Molekule submikronske i nanometarske veličine pokazuju znatno povećanu brzinu transdermalnog prodiranja. 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 prenose u dublje slojeve dermisa, gdje mogu obavljati svoj „posao” hraneći ili obnavljajući kožu.
Istaknut primjer važnosti veličine molekula jest 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 male molekulske mase, s druge strane, prenosi se u dublje slojeve kože, gdje ostvaruje svoje hidratantne učinke.
Drugi primjer važnosti veličine čestica jesu titanijev dioksid i cinkov oksid. Oba se upotrebljavaju kao aktivni sastojci u prirodnim proizvodima za zaštitu od sunca (npr. losionima, hidratantnim proizvodima, sprejevima). Ujednačena mala veličina čestica važna je za izbjegavanje začepljenja kožnih pora i time za sprječavanje izbijanja prištića. Nadalje, manjim česticama smanjuje se ili izbjegava učinak izbjeljivanja i sjaja proizvoda za zaštitu od sunca.

Ultrazvučna nanoemulgacija upotrebljava se za proizvodnju nanoemulzija, liposoma i čvrstih lipidnih nanočestica s uklopljenim tvarima. Sonikacijom se dobivaju uska raspodjela veličine kapljica i nanostrukturirane čestice.

Poboljšano prodiranje u kožu

Kemijski pospješivači prodiranja u kožu uključuju tvari kao što su l-α-lecitin, urea, masne kiseline, etanol i glikoli.

• Vezikularni pospješivači prodiranja u kožu uključuju vezikularne nosače kao što su liposomi i niosomi. Vezikularni nosači djelotvorni su sustavi za dostavu aktivnih molekula. Zbog svojeg sastava nude prednost prijenosa i hidrofilnih i lipofilnih molekula. Hidrofilne molekule enkapsuliraju se u vodenu jezgru, a lipofilne molekule ugrađuju se u lipidnu membranu koja okružuje vodenu jezgru. Budući da su stijenke vezikula građene od fosfolipidnih dvoslojeva u slučaju liposoma, odnosno sintetskih površinski aktivnih tvari u slučaju niosoma, vezikule su topljive u vodi i stoga vrlo biokompatibilne.
  Pročitajte više o ultrazvučno proizvedenim liposomima!
• Enzimski pospješivači prodiranja u kožu uključuju enzime kao što su HMGCoA reduktaza i acetil CoA karboksilaza, koji inhibiraju ključne enzime sinteze epidermalnih lipida i mijenjaju kritični molarni omjer ključnih lipida rožnatog sloja.
• Urea, poznata i kao karbamid, upotrebljava se za poboljšanje apsorpcije drugih aktivnih kozmetičkih sastojaka jer povećava propusnost kože.

Ultrazvučno poboljšana bioraspoloživost aktivnih tvari u njezi kože

Bioraspoloživost se definira kao brzina prodiranja kojom aktivni spoj doseže svoje mjesto djelovanja. Takozvani fluks, odnosno količina aktivne tvari koja prodire tijekom vremena, određuje se u mikrogramima/cm²/sat. Za aktivne sastojke u kozmetičkim proizvodima ciljano mjesto djelovanja sastojka obično je donji dio epidermisa. Iznimke su aktivne tvari kao što su cinkov oksid ili titanijev dioksid, uobičajeni sastojci losiona i sprejeva za zaštitu od sunca, jer te tvari djeluju na površini kože, gdje čestice mogu ostvariti svoj maksimalni kapacitet apsorpcije UV zračenja.
Na bioraspoloživost aktivnih sastojaka snažno utječu vrste upotrijebljenih kozmetičkih formulacija. Uobičajene formulacije u proizvodima za ljepotu i osobnu njegu jesu emulzije ulja u vodi (O/W), emulzije vode u ulju (W/O), emulzije vode u ulju u vodi (W/O/W), emulzije poliola u ulju te hidrogelovi. (Polioli koji se upotrebljavaju u prirodnim kozmetičkim formulacijama jesu sorbitol, manitol itd.).

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

Sonikacija za povećanu propusnost kože

Propusnost kože, a time i bioraspoloživost kozmetičkih aktivnih tvari i kozmeceutika, može se povećati djelovanjem na kožnu barijeru ili povećanjem topljivosti aktivnih molekula.
Kako bi se smanjila barijerna funkcija kože i olakšao prijenos aktivnih molekula u donji dio epidermisa, različite tvari, kao što su otapala, fosfolipidi i vezikule površinski aktivnih tvari izrađene od fosfolipida te sredstva za eksfolijaciju, mogu poboljšati prodiranje aktivnih tvari u dublje slojeve kože.

• Otapala koja se upotrebljavaju uključuju dimetilizosorbid, etoksidiglikol, etanol i oleinsku kiselinu. Ta su otapala vrlo kompatibilna s postupcima ultrazvučnog miješanja, umješavanja i emulgiranja.
• Poznato je da fosfolipidi poboljšavaju prodiranje u kožu i molekula topljivih u ulju i molekula topljivih u vodi. Često upotrebljavani fosfolipidi jesu lecitin, hidrogenirani lecitin, lizolecitin i tokoferilfosfat. Ultrazvučna obrada pogoduje im jer sonikacija ravnomjerno raspoređuje fosfolipide u suspenziji.
• Vezikule površinski aktivnih tvari: površinski aktivne tvari mogu tvoriti multilamelarne i unilamelarne vezikule s aktivnim tvarima. Liposomi i čvrste lipidne nanočestice istaknuti su primjeri vezikula koje prodiru kroz kožu i prenose bioaktivne spojeve do ciljnih mjesta. Sonikacija je najučinkovitija i najdjelotvornija metoda za proizvodnju liposoma, nanoliposoma i čvrstih lipidnih nanočestica (SLNs) s visokim sadržajem aktivnih tvari, visokom učinkovitošću enkapsulacije (%EE), stabilnošću i bioraspoloživošću.
• Kemijski eksfolijansi uključuju mliječnu, glikolnu i salicilnu kiselinu te N-acetil-glukozamin. Mehanički pilinzi uključuju sićušne abrazivne čestice ugljena, kokosovih pahuljica ili pilinga od kave. Sve te tvari mogu se učinkovito dispergirati sonikacijom.

Topljivost aktivnih sastojaka u kozmetici može se povećati inkluzijskim kompleksima, enkapsulacijom, submikronskim emulzijama i nanoemulzijama te učinkovitom solubilizacijom u formulaciji.

• Inkluzijsko kompleksiranje pomoću ciklodekstrina (kao što su alfa-ciklodekstrin, gama-ciklodekstrin i hidroksipropil-beta-ciklodekstrin) postiže se sonikacijom. Kompleksi ciklodekstrina imaju šupljinu u kojoj se enkapsuliraju bioaktivni sastojci. Enkapsulacija / kompleksiranje čini aktivne spojeve topljivima u vodi, a time i bioraspoloživima. Pročitajte više o ultrazvučnom infuzijskom kompleksiranju!
• Fitoglikogen je ugljikohidratna (polisaharidna) nanočestica biljnog podrijetla velike gustoće sa šupljinom koja može enkapsulirati mnoge različite vrste aktivnih tvari. Oktenil-sukcinat fitoglikogena (PG-OS) amfifilna je ugljikohidratna nanočestica čiji dodatak emulzijama daje visoku oksidacijsku stabilnost lipida. Ultrazvučno emulgiranje poboljšava stvaranje homogenih, stabilnih emulzija fitoglikogena.
• Submikronske emulzije i nanoemulzije upotrebljavaju se kao sićušni sustavi za dostavu koji spojeve čine topljivima u vodi i omogućuju prijenos aktivnih sastojaka do ciljnog mjesta. Mala veličina kapljica na nanoskali povećava propusnost kroz kožnu barijeru u dublje slojeve kože.
• Visokopolarni emolijensi obično se upotrebljavaju u formulacijama za solubilizaciju hidrofobnih / u vodi netopljivih sastojaka jer je samo mali broj aktivnih tvari nepolaran. Često se upotrebljavaju sljedeći visokopolarni emolijensi: izopropil-lauroil-sarkozinat, lauril-laktat, feniletil-benzoat, dioktil-maleat i dioktil-izosorbid. Poznato je da i različite vrste sredstava za zaštitu od sunca pospješuju prodiranje kroz kožu. Ultrazvučno miješanje i dispergiranje osiguravaju homogenu smjesu polarnih emolijensa i aktivnih sastojaka.

Ultrazvučne miješalice visokih performansi za proizvode čiste kozmetike

Kao isključivo mehanički postupak miješanja, sonikacija se može upotrebljavati za proizvodnju svih vrsta certificiranih prirodnih kozmetičkih proizvoda. Sustavi tvrtke Hielscher Ultrasonics pouzdani su uređaji koji se upotrebljavaju u proizvodnji visokokvalitetnih kozmetičkih i terapijskih proizvoda za formuliranje nanoemulgiranih i u liposome enkapsuliranih bioaktivnih spojeva s vrhunskom brzinom apsorpcije i biokompatibilnošću. Kako bi zadovoljio zahtjeve svojih kupaca, Hielscher isporučuje ultrazvučne uređaje u rasponu od kompaktnog ručnog laboratorijskog homogenizatora i stolnih ultrazvučnih uređaja do potpuno industrijskih ultrazvučnih sustava za proizvodnju velikih količina kozmetičkih formulacija. Ultrazvučni postupci formuliranja kozmetike i kozmeceutika mogu se provoditi šaržno ili kao kontinuirani postupak u liniji pomoću ultrazvučnog protočnog reaktora. Dostupan je širok raspon ultrazvučnih sonotroda (sondi) i reaktorskih posuda kako bi se osigurala optimalna konfiguracija za vašu proizvodnju liposoma. Robusnost ultrazvučne opreme tvrtke Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikom opterećenju u zahtjevnim okruženjima i osigurava dug radni vijek uređaja.
Precizna kontrola svih važnih procesnih parametara, kao što su amplituda, tlak, temperatura i vrijeme sonikacije, čini ultrazvučni proces pouzdanim i ponovljivim. Hielscher Ultrasonics svjestan je važnosti stalno visoke kvalitete proizvoda te proizvođačima kozmetike pomaže u provedbi standardizacije procesa i dobre proizvođačke prakse (GMP) 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 putem preglednika omogućuju kontinuirano praćenje procesa i precizno podešavanje procesnih parametara kad god je to potrebno. Time se znatno olakšavaju praćenje procesa i kontrola kvalitete.
Tablica u nastavku daje vam uvid u približan kapacitet obrade naših ultrazvučnih uređaja: