Clean beauty termékek formulálása ultrahanggal

A természetes, ökológiai eredetű összetevők (INCI-k), valamint a nagy hatékonyság és biológiai hozzáférhetőség az innovatív clean beauty termékek jellemzői. Az ultrahangos kezelés rendkívül hatékony és megbízható technika a kozmetikai összetevők keverésére, elegyítésére, diszpergálására, nanoemulgeálására és nanokapszulázására.

Miért érdemes ultrahangos kezelést alkalmazni a clean beauty termékekhez?

Az összetevők keverése, elegyítése, diszpergálása és emulgeálása, valamint a bioaktív molekulák kapszulázása alapvető folyamatok a kozmetikai, bőrápolási, szépségápolási és kozmeceutikai termékek gyártásában. Ezen alapvető folyamatok megbízható, hatékony és homogén végrehajtása elengedhetetlen ahhoz, hogy kiváló minőségű kozmetikai termékeket kapjunk, amelyek végtermékként fokozott hatást, hatáserősséget és hatékonyságot biztosítanak. A modern, csúcstechnológiás összetevők magas fejlettségi szintű anyagok, amelyeket a kívánt hatások eléréséhez kifinomult módon kell beépíteni a végtermékbe.

Ultrahangos kezelés – Alkalmazások széles köre

Az ultrahangos kezelés rendkívül hatékony és megbízható technika a folyadék–folyadék és szilárd–folyadék szuszpenziók homogenizálására. A molekulák nanoméretű lipidalapú hordozókba történő kapszulázása (pl. liposzómákba, nioszómákba, szilárd lipid nanorészecskékbe, nanostrukturált lipidhordozókba, micellákba stb.) a nagy teljesítményű ultrahang másik fontos alkalmazása.
Az ultrahangos kezelés a tiszta, teljesen természetes, ökológiai kozmetikai, szépségápolási és bőrápolási termékek előállításának számos lépésében alkalmazható, és javíthatja a keverési és kapszulázási eljárások hatékonyságát. Mivel az ultrahangos keverők intenzív elegyítést és homogenizálást biztosítanak, a tartósabb stabilitás és hosszabb eltarthatóság eléréséhez általában hozzáadott vegyi adalékanyagok használata minimálisra csökkenthető vagy teljesen elkerülhető.
Az ultrahangos kezelés versenyelőnyt biztosít azáltal, hogy gyors és hatékony folyamatban kiválóbb eredményeket ér el, egyenletes, homogén szuszpenziókat hozva létre. Ez kedvezően befolyásolja a termék stabilitását, eltarthatóságát és biokompatibilitását.

Ultrahangos kezelés – Tisztán mechanikai kezelés

Az ultrahangos kezelés kíméletes, nem termikus kezelés, amely nem károsítja hővel a nyersanyagokat. Számos összetevő, például a lipidek, a bioaktív molekulák vagy az illóolajok hőérzékenyek, ezért különösen előnyös számukra a szabályozott, alacsony hőmérsékletű feldolgozás. A Hielscher Ultrasonics készülékei pontosan szabályozhatók, könnyen beállíthatók, és böngészőn keresztüli távvezérléssel felügyelhetők és működtethetők. Az intelligens szoftver automatikusan naplózza a feldolgozási paramétereket egy beépített SD-kártyán. Ezek a funkciók megkönnyítik a folyamatok és a minőség szabványosítását, valamint a helyes gyártási gyakorlat (GMP) bevezetését.

Az ultrahangos kezelés működési elve

Mivel az ultrahangos kezelés tisztán mechanikai kezelés, nem adnak hozzá olyan vegyi adalékanyagokat, amelyek ellentétesek lennének a tiszta kozmetikumok szemléletével. Az ultrahangos alkalmazások, például a keverés, az elegyítés, az emulgeálás, a kapszulázás és az extrakció az akusztikus kavitáció működési elvén alapulnak.
A nagy teljesítményű ultrahanghullámokat szondás ultrahangos processzorral csatolják be a zagyba. A nagy energiájú ultrahanghullámok a folyadékon áthaladva váltakozó nagy nyomású / kis nyomású ciklusokat hoznak létre, ami akusztikus kavitációt eredményez. Az akusztikus vagy ultrahangos kavitáció helyileg szélsőséges hőmérsékleteket, nyomásokat, felmelegedési/lehűlési sebességeket, nyomáskülönbségeket és nagy nyíróerőket hoz létre a közegben. Amikor a kavitációs buborékok a részecskék vagy cseppek felületén összeomlanak, a mikrofolyadéksugarak és a részecskék közötti ütközések olyan hatásokat váltanak ki, mint a felületi rétegek leválása, az erózió, a részecskék széttöredezése, a szonoporáció, valamint a cseppek szétbontása és a sejtfeltárás. Emellett a kavitációs buborékok folyékony közegben történő összeomlása makroturbulenciát és mikrokeveredést hoz létre. Az ultrahangos besugárzás hatékony módszer az anyagátadási folyamatok fokozására, mivel az ultrahangos kezelés kavitációt és az ahhoz kapcsolódó mechanizmusokat idéz elő, például a folyadéksugarak okozta mikromozgásokat, az anyag összenyomódását és dekompresszióját, az ezt követő cseppszétbontást, valamint nagy felmelegedési és lehűlési sebességeket.
A szondás ultrahangos készülékek nagyon nagy amplitúdókat képesek létrehozni, ami az erőteljes kavitáció előidézéséhez szükséges. A Hielscher Ultrasonic nagy teljesítményű ultrahangos processzorokat gyárt, amelyek folyamatos, 24/7 üzemelés mellett könnyedén képesek 200µm amplitúdót létrehozni. Még nagyobb amplitúdókhoz a Hielscher speciális, nagy amplitúdójú szonotródákat (szondákat) kínál.
A kavitáció fokozására nyomás alá helyezhető ultrahangos reaktorokat és átfolyó cellákat használnak. A nyomás növelésével a kavitáció és a kavitációs nyíróerők rombolóbbá válnak, ezáltal fokozzák az ultrahangos hatásokat.

Az ultrahangos elegyítés és emulgeálás előnyei

A homogén keverékek, diszperziók, emulziók és nanoemulziók ultrahangos előállítása felkeltette a kozmetikai formulák fejlesztőinek érdeklődését a kivételes energiahatékonyság, az egyszerű keverőeszközök iránti igény, a rendszer könnyű kezelhetősége és mindenekelőtt az alacsony gyártási költség miatt. Az ultrahangos keverés, elegyítés és emulgeálás nagyobb rugalmasságot biztosít a felületaktív anyag és az emulziók belső szerkezetének megválasztásában. (vö. Marzuki et al. 2019)

A molekulaméret számít

A szubmikronos és nanoméretű molekulák jelentősen nagyobb transzdermális permeációs sebességet mutatnak. Míg a nagy molekulák a bőr felszínén maradnak, és méretük miatt nem tudnak behatolni a bőrbe, a kisebb molekulák képesek átjutni a felhámon.
Ez azt jelenti, hogy a bioaktív vegyületek a bőr mélyebb rétegeibe jutnak, ahol a bőr táplálásával vagy helyreállításával végezhetik el „munkájukat”.
A molekulaméret jelentőségének kiemelkedő példája a hialuronsav, amely hosszú láncú molekula. Ha a hialuronsav molekulatömege nagy, nem tud átjutni a bőr védőgátján, és filmrétegként marad annak külső rétegén. A kis molekulatömegű hialuronsav ezzel szemben a bőr mélyebb rétegeibe jut, ahol kifejti hidratáló hatását.
A részecskeméret jelentőségének további példája a titán-dioxid és a cink-oxid. Mindkettőt hatóanyagként használják természetes fényvédő termékekben (pl. testápolókban, hidratálókban, spray-kben). Az egyenletesen kis részecskeméret fontos a bőrpórusok eltömődésének elkerüléséhez és ezáltal a pattanások kialakulásának megelőzéséhez. Emellett kisebb részecskék esetén a fényvédők fehérítő és fénylő hatása csökken vagy elkerülhető.

Az ultrahangos nanoemulgeálást töltött nanoemulziók, liposzómák és szilárd lipid nanorészecskék előállítására használják. Az ultrahangos kezelés szűk cseppméret-eloszlást és nanostrukturált részecskéket eredményez.

Jobb behatolás a bőrbe

A bőrbe való behatolást fokozó vegyi anyagok közé tartozik például az l-α-lecitin, a karbamid, a zsírsavak, az etanol és a glikolok.

• A bőrbe való behatolást fokozó vezikuláris rendszerek közé tartoznak a vezikuláris hordozók, például a liposzómák és a nioszómák. A vezikuláris hordozók hatékony szállítórendszerek a hatóanyag-molekulák számára. Összetételüknek köszönhetően előnyük, hogy hidrofil és lipofil molekulákat egyaránt képesek szállítani. A hidrofil molekulákat a vizes magba kapszulázzák, a lipofil molekulákat pedig a vizes magot körülvevő lipidmembránba építik be. Mivel a vezikulák falát a liposzómák esetében foszfolipid-kettősrétegek, a nioszómák esetében pedig szintetikus felületaktív anyagok alkotják, a vezikulák vízoldhatók, és ezáltal rendkívül biokompatibilisek.
  Olvasson többet az ultrahanggal előállított liposzómákról!
• A bőrbe való behatolást fokozó enzimek közé tartozik például a HMGCoA-reduktáz és az acetil-CoA-karboxiláz, amelyek gátolják a felhám lipidszintézisének kulcsenzimeit, és megváltoztatják a szaruréteg kulcsfontosságú lipidjeinek kritikus mólarányát.
• A karbamidot, más néven ureát, más kozmetikai hatóanyagok felszívódásának fokozására használják, mivel növeli a bőr áteresztőképességét.

A bőrápolási hatóanyagok biológiai hozzáférhetőségének javítása ultrahanggal

A biológiai hozzáférhetőség definíció szerint az a behatolási sebesség, amellyel egy hatóanyag eléri a hatás helyét. Az úgynevezett fluxus, vagyis az időegység alatt behatoló hatóanyag mennyiségének mértékegysége mikrogramm/cm²/óra. A kozmetikai termékek hatóanyagainál az összetevő célzott hatáshelye általában a felhám alsó része. Kivételt képeznek az olyan hatóanyagok, mint a cink-oxid vagy a titán-dioxid, amelyek a fényvédő testápolók és spray-k gyakori összetevői, mivel ezek az anyagok a bőr felszínén fejtik ki hatásukat, ahol a részecskék maximális UV-elnyelő képességüket érvényesíthetik.
A hatóanyagok biológiai hozzáférhetőségét nagymértékben befolyásolja az alkalmazott kozmetikai formulák típusa. A szépségápolási és testápolási termékek gyakori formulái az olaj-a-vízben emulziók (O/W), a víz-az-olajban emulziók (W/O), a víz-az-olajban-a-vízben emulziók (W/O/W), a poliol-az-olajban emulziók, valamint a hidrogélek. (A természetes kozmetikai formulákban használt poliolok közé tartozik a szorbit, a mannit stb.).

Emulzió ultrahangos előállítása (piros víz / sárga olaj). Néhány másodpercnyi ultrahangos kezelés a különálló víz-/olajfázisokat finom emulzióvá alakítja.

Ultrahangos kezelés a bőr áteresztőképességének növelésére

A bőr áteresztőképessége, és ezáltal a kozmetikai hatóanyagok és kozmeceutikumok biológiai hozzáférhetősége növelhető a bőr védőgátjának befolyásolásával vagy a hatóanyag-molekulák oldhatóságának növelésével.
A bőr védőgátjának gyengítése és a hatóanyag-molekulák felhám alsó részébe történő szállításának megkönnyítése érdekében számos anyag, például oldószerek, foszfolipidek, foszfolipidekből készült felületaktívanyag-vezikulák, valamint hámlasztók javíthatják a hatóanyagok behatolását a bőr mélyebb rétegeibe.

• Az alkalmazott oldószerek közé tartozik a dimetil-izoszorbid, az etoxidiglikol, az etanol és az olajsav. Ezek az oldószerek kiválóan kompatibilisek az ultrahangos keverési, elegyítési és emulgeálási folyamatokkal.
• A foszfolipidekről jól ismert, hogy fokozzák mind az olajoldható, mind a vízoldható molekulák behatolását a bőrbe. Gyakran használt foszfolipid a lecitin, a hidrogénezett lecitin, a lizolecitin és a tokoferil-foszfát. Előnyös számukra az ultrahangos feldolgozás, mivel az ultrahangos kezelés egyenletesen oszlatja el a foszfolipideket a szuszpenzióban.
• Felületaktívanyag-vezikulák: A felületaktív anyagok hatóanyagokat tartalmazó multilamelláris és unilamelláris vezikulákat képezhetnek. A liposzómák és a szilárd lipid nanorészecskék kiemelkedő példái a bőrbe behatoló vezikuláknak, amelyek bioaktív vegyületeket szállítanak a célhelyekre. Az ultrahangos kezelés a leghatékonyabb és legeredményesebb módszer nagy hatóanyag-tartalmú, nagy kapszulázási hatékonyságú (%EE), stabilitású és biológiai hozzáférhetőségű liposzómák, nanoliposzómák és szilárd lipid nanorészecskék (SLN-ek) előállítására.
• A kémiai hámlasztók közé tartozik a tejsav, a glikolsav, a szalicilsav és az N-acetil-glükózamin. A mechanikai hámlasztók közé tartoznak a szénből, kókuszreszelékből vagy kávés bőrradírból származó apró csiszoló részecskék. Mindezek az anyagok hatékonyan diszpergálhatók ultrahangos kezeléssel.

A kozmetikai hatóanyagok oldhatósága növelhető zárványkomplexekkel, kapszulázással, szubmikronos/nanoemulziókkal, valamint a formulába történő hatékony szolubilizálással.

• A ciklodextrinekkel (például alfa-, gamma-, hidroxipropil-béta-ciklodextrinnel) végzett zárványkomplex-képzést ultrahangos kezeléssel valósítják meg. A ciklodextrin-komplexek üreggel rendelkeznek, amelybe bioaktív összetevőket kapszuláznak. A kapszulázás / komplexképzés vízoldhatóvá és ezáltal biológiailag hozzáférhetővé teszi a hatóanyagokat. Olvasson többet az ultrahangos infúziós komplexképzésről!
• A fitoglikogén növényi eredetű, nagy sűrűségű szénhidrát- (poliszacharid-) nanorészecske, amelynek üregébe sokféle hatóanyag kapszulázható. A fitoglikogén-oktenil-szukcinát (PG-OS) amfifil szénhidrát-nanorészecske, amelynek hozzáadása nagy lipidoxidációs stabilitást biztosít az emulzióknak. Az ultrahangos emulgeálás javítja a homogén, stabil fitoglikogén-emulziók létrehozását.
• A szubmikronos és nanoemulziókat apró szállítórendszerekként használják, amelyek vízoldhatóvá teszik a vegyületeket, és lehetővé teszik a hatóanyagok célhelyre szállítását. A cseppek kicsi, nanoméretű nagysága növeli az átjutást a bőr védőgátján a bőr mélyebb rétegeibe.
• A formulákban gyakran használnak erősen poláris bőrpuhítókat a hidrofób / vízben nem oldódó összetevők szolubilizálására, mivel csak kevés hatóanyag apoláris. Gyakran alkalmazzák a következő erősen poláris bőrpuhítókat: izopropil-lauroil-szarkozinát, lauril-laktát, fenil-etil-benzoát, dioktil-maleát és dioktil-izoszorbid. Különböző típusú fényvédőkről is ismert, hogy fokozzák a behatolást. Az ultrahangos keverés és diszpergálás biztosítja a poláris bőrpuhítók és a hatóanyagok homogén keverékét.

Nagy teljesítményű ultrahangos keverők clean beauty termékekhez

Tisztán mechanikai keverési kezelésként az ultrahangos kezelés mindenféle tanúsított természetes kozmetikai termék előállításához használható. A Hielscher Ultrasonics rendszerei megbízható gépek, amelyeket kiváló minőségű kozmetikumok és terápiás készítmények előállításában használnak a kiválóbb felszívódási sebességű és biokompatibilitású, nanoemulgeált és liposzómákba kapszulázott bioaktív vegyületek formulálására. Ügyfelei igényeinek kielégítésére a Hielscher a kompakt, kézben tartható laboratóriumi homogenizátortól és az asztali ultrahangos készülékektől a kozmetikai formulák nagy mennyiségű előállítására szolgáló, teljesen ipari ultrahangos rendszerekig kínál ultrahangos készülékeket. A kozmetikumok és kozmeceutikumok ultrahangos formulálási folyamatai szakaszosan vagy folyamatosan, közvetlenül a folyamatvezetékben végezhetők ultrahangos átfolyó reaktor használatával. Ultrahangos szonotródák (szondák) és reaktoredények széles választéka áll rendelkezésre a liposzómagyártás optimális összeállításának biztosításához. A Hielscher ultrahangos berendezéseinek robusztussága lehetővé teszi a 24/7 üzemelést nagy terhelés mellett, igényes környezetben, és hosszú gépélettartamot biztosít.
Az összes fontos folyamatparaméter, például az amplitúdó, a nyomás, a hőmérséklet és az ultrahangos kezelési idő pontos szabályozása megbízhatóvá és reprodukálhatóvá teszi az ultrahangos folyamatot. A Hielscher Ultrasonics tisztában van a folyamatosan magas termékminőség fontosságával, és intelligens szoftverrel, valamint automatikus adatrögzítéssel támogatja a kozmetikai gyártókat a folyamatszabványosítás és a GMP (helyes gyártási gyakorlat) bevezetésében. Digitális ultrahangos homogenizátoraink automatikusan rögzítik az összes ultrahangos folyamatparamétert egy beépített SD-kártyán. A digitális érintőkijelzők és a böngészőn keresztüli távvezérlés lehetővé teszik a folyamat folyamatos felügyeletét, és biztosítják a folyamatparaméterek pontos beállítását, amikor arra szükség van. Ez jelentősen megkönnyíti a folyamatfelügyeletet és a minőségellenőrzést.
Az alábbi táblázat tájékoztatást ad ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitásáról: