Ingredienti naturali e biologici (INCI) combinati con un'elevata efficacia e biodisponibilità sono le caratteristiche di prodotti di bellezza innovativi e puliti. L'ultrasonicazione è utilizzata come tecnica altamente efficiente e affidabile per miscelare, miscelare, disperdere, nano-emulsionare e nano-incapsulare gli ingredienti cosmetici.

Perché dovreste usare l'Ultrasonicazione per i vostri prodotti di bellezza puliti?

Miscelare, miscelare, disperdere, emulsionare, emulsionare gli ingredienti e incapsulare le molecole bioattive sono processi fondamentali nella produzione di prodotti cosmetici, di cura della pelle, di bellezza e cosmeceutici. L'esecuzione affidabile, efficiente ed omogenea di questi processi fondamentali è essenziale per ottenere prodotti cosmetici di alta qualità con elevati effetti, potenza ed efficienza del prodotto finale. I moderni ingredienti high-tech sono sostanze altamente sviluppate, che richiedono una sofisticata incorporazione nel prodotto finale per ottenere gli effetti desiderati.

Sonicazione – Un ampio spettro di applicazioni

La sonicazione è una tecnica altamente efficiente e affidabile di omogeneizzazione delle sospensioni liquido-liquido e solido-liquido. L'incapsulamento di molecole in vettori lipidici di dimensioni nanometriche (ad esempio liposomi, niosomi, nanoparticelle solide e lipidiche, vettori lipidici nanostrutturati, micelle ecc.
L'ultrasonicazione può essere applicata a molte fasi della produzione di prodotti cosmetici, di bellezza e di cura della pelle puliti, completamente naturali e biologici e migliora l'efficienza delle applicazioni di miscelazione e di incapsulamento. Poiché i miscelatori ad ultrasuoni forniscono un'intensa miscelazione e omogeneizzazione, l'uso di additivi chimici che vengono comunemente aggiunti per ottenere una stabilità e una durata di conservazione prolungate può essere minimizzato o completamente evitato.
Sonication vi offre un vantaggio competitivo producendo risultati superiori in un processo rapido ed efficiente che si traduce in sospensioni uniformi e omogenee. Ciò influisce positivamente sulla stabilità del prodotto, sulla durata di conservazione e sulla biocompatibilità.

Sonicazione – Un trattamento puramente meccanico

L'ultrasonificazione è un trattamento delicato, non termico, che non degrada le materie prime per effetto del calore. Molti ingredienti come i lipidi, le molecole bioattive o gli oli essenziali sono sensibili al calore e traggono quindi grande beneficio da un trattamento controllato a bassa temperatura. I dispositivi Hielscher Ultrasonics sono controllabili con precisione, facilmente regolabili e possono essere monitorati e gestiti tramite il controllo emote del browser. Il software intelligente protocolla automaticamente i parametri di elaborazione su una scheda SD integrata. Queste caratteristiche facilitano la standardizzazione del processo e della qualità, nonché l'implementazione delle Buone Pratiche di Fabbricazione (GMP).

Emulsificazione ad ultrasuoni con UP200St

Il principio di lavoro della sonicazione

Poiché la sonicazione è un trattamento puramente meccanico, non vengono aggiunti additivi chimici, che interferirebbero con la filosofia dei cosmetici puliti. Le applicazioni ad ultrasuoni come la miscelazione, la miscelazione, l'emulsificazione, l'incapsulamento e l'estrazione si basano sul principio di funzionamento della cavitazione acustica.
Le onde ultrasoniche ad alta potenza sono accoppiate al liquame tramite un processore ad ultrasuoni a sonda. Le onde ultrasoniche ad alta energia viaggiano attraverso il liquido creando cicli alternati di alta pressione / bassa pressione, che si traduce nel fenomeno della cavitazione acustica. La cavitazione acustica o ultrasonica porta localmente a temperature estreme, pressioni, velocità di riscaldamento/raffreddamento, differenziali di pressione ed elevate forze di taglio nel mezzo. Quando le bolle di cavitazione implodono sulla superficie delle particelle o delle goccioline, i microgetti e la collisione interparticolare generano effetti come il peeling della superficie, l'erosione, la rottura delle particelle, la sonorizzazione e la distruzione delle goccioline e delle cellule. Inoltre, l'implosione di bolle di cavitazione in mezzi liquidi crea macro-turbulenze e micro-miscelazione. L'irradiazione ad ultrasuoni rappresenta un modo efficiente per migliorare i processi di trasferimento di massa, poiché la sonicazione provoca la cavitazione e i suoi meccanismi correlati, come il micro-movimento da parte dei getti di liquido, la compressione e la decompressione nel materiale con la conseguente interruzione delle goccioline, così come alti tassi di riscaldamento e raffreddamento.
Gli ultrasuoni a sonda possono generare ampiezze molto elevate, necessarie per generare una cavitazione d'impatto. Hielscher Ultrasonic produce processori ad ultrasuoni ad alte prestazioni, che possono facilmente creare ampiezze di 200 µm in funzionamento continuo 24/7. Per ampiezze ancora più elevate, Hielscher offre sonotrodi ad alta ampiezza specificati (sonotrodi).
I reattori ad ultrasuoni pressurizzabili e le celle a flusso vengono utilizzati per intensificare la cavitazione. Con l'aumentare delle pressioni, la cavitazione e le forze di taglio cavitazionale diventano più distruttive e migliorano così gli effetti degli ultrasuoni.

Vantaggi della miscelazione a ultrasuoni e dell'emulsificazione

La produzione di miscele omogenee, dispersioni, emulsioni e nano-emulsioni per sonificazione ha suscitato l'interesse dei formulatori di cosmetici grazie alla sua eccezionale efficienza energetica, alla necessità di strumenti di miscelazione di bassa gamma, alla facilità di manipolazione del sistema e, soprattutto, al basso costo di produzione. La miscelazione ad ultrasuoni, la miscelazione e l'emulsificazione ad ultrasuoni aumenta la flessibilità per la selezione del tensioattivo e delle strutture interne delle emulsioni. (cfr. Marzuki et al. 2019)

La dimensione della molecola è importante

Le molecole di dimensioni submicroniche e nanometriche presentano un tasso di permeazione transdermica significativamente aumentato. Mentre le molecole grandi si trovano sulla parte superiore della pelle e non possono penetrare nella pelle a causa delle loro dimensioni, le molecole più piccole sono in grado di passare attraverso l'epidermide.
Ciò significa che i composti bioattivi vengono trasportati in strati dermici più profondi, dove possono svolgere il loro "lavoro" nutrendo o riparando la pelle.
Un esempio di rilievo per la rilevanza della dimensione molecolare è l'acido ialuronico, una molecola a catena lunga. Se l'acido ialuronico ha un elevato peso molecolare, non può passare attraverso la barriera cutanea e rimane come una pellicola sul suo strato esterno. L'acido ialuronico di bassa dimensione molecolare, invece, viene trasportato in strati cutanei più profondi, dove avvolge i suoi effetti idratanti.
Un altro esempio per la rilevanza delle dimensioni delle particelle sono il biossido di titanio e l'ossido di zinco. Entrambi sono utilizzati come principi attivi nei prodotti naturali per la protezione solare (ad esempio lozioni, idratanti, spray). Una dimensione delle particelle uniformemente piccola è importante per evitare l'ostruzione dei pori della pelle e per prevenire così le rotture. Inoltre, con particelle più piccole l'effetto sbiancante e brillante degli schermi solari viene ridotto o evitato.

Migliore penetrazione della pelle

Gli stimolatori chimici della penetrazione cutanea includono materiali come l-α-lecitina, urea, acidi grassi, etanolo e glicoli.

• Gli stimolatori della penetrazione cutanea vescicolare includono vettori vescicolari come liposomi e niosomi. I vettori vescicolari sono potenti sistemi di rilascio di molecole attive. Grazie alla loro composizione, offrono il vantaggio di trasportare sia molecole idrofile che lipofile. Le molecole idrofile sono incapsulate nel nucleo acquoso e le molecole lipofile sono incorporate nella membrana lipidica che circonda il nucleo acquoso. Dal momento che le pareti delle vescicole sono composte da bialtri fosfolipidi per i liposomi e tensioattivi sintetici per i niosomi, rispettivamente, le vescicole sono solubili in acqua e quindi altamente biocompatibili.
  Per saperne di più sui liposomi prodotti ad ultrasuoni!
• Gli stimolatori della penetrazione cutanea enzimatica includono enzimi come l'HMGCoA reduttasi e l'acetil CoA carbossilasi, che inibiscono gli enzimi chiave della sintesi lipidica epidermica e alterano il rapporto molare critico dei lipidi chiave dello strato corneo.
• L'urea, nota anche come carbammide, viene utilizzata per migliorare l'assorbimento di altri principi attivi cosmetici in quanto aumenta la permeabilità della pelle.

Biodisponibilità ultrasonicamente migliorata dei principi attivi nella cura della pelle

La biodisponibilità è definita come il tasso di penetrazione di un composto attivo per raggiungere il suo sito d'azione. La cosiddetta velocità di flusso o la quantità di penetrazione attiva nel tempo è determinata in microgrammi / cm²/ora. Per i principi attivi nei prodotti cosmetici, il sito di azione di un ingrediente è solitamente il sito di azione dell'epidermide inferiore. Fanno eccezione i principi attivi come l'ossido di zinco o il biossido di titanio, ingredienti comuni nelle lozioni e negli spray solari, poiché queste sostanze hanno il loro sito di lavoro sulla superficie della pelle, dove le particelle possono avvolgere la loro massima capacità di assorbimento dei raggi UV.
La biodisponibilità dei principi attivi è fortemente influenzata dai tipi di formulazioni cosmetiche utilizzate. Le formulazioni più comuni nei prodotti di bellezza e per la cura della persona sono emulsioni olio in acqua (O/W), emulsioni acqua in olio (W/O), emulsioni acqua in olio in acqua (W/O/W), emulsioni poliolo in olio e idrogel. (I polioli utilizzati nelle formulazioni cosmetiche naturali sono sorbitolo, mannitolo, ecc.)

Sonicazione per una maggiore permeabilità della pelle

La permeabilità cutanea e quindi la biodisponibilità dei principi attivi cosmetici e cosmeceutici può essere aumentata sia influenzando la barriera cutanea sia aumentando la solubilità delle molecole attive.
Per abbassare la barriera cutanea e facilitare il trasporto delle molecole attive nell'epidermide inferiore, molteplici sostanze come solventi, fosfolipidi e vescicole tensioattive a base di fosfolipidi e di esfolianti possono migliorare la penetrazione dei principi attivi negli strati cutanei più profondi.

• I solventi utilizzati comprendono il dimetil isosorbide, l'etossiglicole, l'etanolo e l'acido oleico. Questi solventi sono altamente compatibili con i processi di miscelazione ad ultrasuoni, miscelazione ed emulsificazione.
• I fosfolipidi sono ben noti per migliorare la penetrazione cutanea delle molecole solubili in olio e in acqua. Fosfolipidi comunemente usati sono lecitina, lecitina idrogenata, lisolecitina e tocoferil fosfato. Essi beneficiano di elaborazione ad ultrasuoni come sonicazione distribuito i fosfolipidi uniformemente nella sospensione.
• Surfactant vesicles: Surfactants can form multilamellar and unilamellar vesicles with actives. Liposomes and solid-lipid nanoparticles are prominent examples for skin penetrating vesicles transporting bioactive compounds to target sites. Ultrasonication is the most efficient and effective method to produce liposomes, nanoliposomes and solid-lipid nanoparticles (SLNs) with a high active load, encapsulation efficiency (%EE), stability and bioavailability.
• Gli esfolianti chimici includono acido lattico, glicolico, salicilico e N-acetil-glucosamina. I peeling meccanici includono minuscole particelle abrasive provenienti da carbone di legna, fiocchi di cocco o scrub al caffè. Tutte queste sostanze possono essere disperse in modo efficiente attraverso l'ultrasonificazione.

La solubilità dei principi attivi nei cosmetici può essere aumentata da complessi di inclusione, incapsulamento, sub-micron-/nano-emulsioni, così come l'efficiente solubilizzazione nella formulazione.

• La complessazione dell'inclusione con ciclodestrine (come alfa, gamma-, idrossipropil beta-ciclodestrina) si ottiene con l'ultrasonicazione. I complessi di ciclodestrina presentano una cavità in cui sono incapsulate sostanze bioattive. L'incapsulamento / complessazione rende i composti attivi solubili in acqua e quindi biodisponibili. Per saperne di più sulla complessazione dell'infusione a ultrasuoni!
• Il fitoglicogeno è una nanoparticella di carboidrati ad alta densità (polisaccaride) a base vegetale, con una cavità che può incapsulare molti tipi diversi di principi attivi. Il fitoglicogeno ottenilsuccinato (PG-OS) è una nanoparticella di carboidrati anfifili, la cui aggiunta conferisce alle emulsioni un'elevata stabilità lipidica ossidativa. L'emulsificazione ad ultrasuoni migliora la generazione di emulsioni di fitoglicogeno omogenee e stabili.
• Le submicroniche e le nanoemulsioni sono utilizzate come sistemi di erogazione minuti, che rendono i composti idrosolubili e permettono di trasportare i principi attivi nel sito di destinazione. Le piccole dimensioni su scala nanometrica delle goccioline aumentano la permeabilità attraverso la barriera cutanea in strati cutanei più profondi.
• Gli emollienti altamente polari sono comunemente usati nelle formulazioni per solubilizzare gli ingredienti idrofobici / idrosolubili in quanto solo pochi principi attivi sono non polari. Spesso vengono utilizzati i seguenti emollienti altamente polari: isopropil lauroil sarcosinato, lauril lattato, fenil etil benzoato, diottile maleato e diottile isosorbide. Vari tipi di schermi solari sono noti per essere anche potenziatori di penetrazione. La miscelazione e la dispersione ad ultrasuoni garantisce una miscela omogenea di emollienti polari e principi attivi.

Miscelatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni per prodotti di bellezza puliti

Come trattamento di miscelazione puramente meccanico, la sonicazione può essere utilizzata per la produzione di tutti i tipi di prodotti cosmetici naturali certificati. I sistemi Hielscher Ultrasonics sono macchine affidabili utilizzate nella produzione di cosmetici e terapeutiche di alta qualità per formulare composti bioattivi nano-emulsionati e liposomiali incapsulati con un tasso di assorbimento e una biocompatibilità superiori. Per soddisfare le richieste dei propri clienti, Hielscher fornisce ultrasuoni dal compatto omogeneizzatore da laboratorio portatile e dagli ultrasuoni da banco a sistemi ad ultrasuoni completamente industriali per la produzione di elevati volumi di formulazioni cosmetiche. I processi di formulazione a ultrasuoni di cosmetici e cosmeceutici possono essere eseguiti in batch o come processo continuo in linea utilizzando un reattore a flusso di ultrasuoni. Una vasta gamma di sonotrodi ad ultrasuoni (sonde) e recipienti del reattore sono disponibili per garantire una configurazione ottimale per la produzione di liposomi. La robustezza delle apparecchiature ad ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in ambienti difficili e garantisce un lungo ciclo di vita della macchina.
Il controllo preciso di tutti i parametri di processo importanti come l'ampiezza, la pressione, la temperatura e il tempo di sonicazione rendono il processo a ultrasuoni affidabile e riproducibile. Hielscher Ultrasonics conosce l'importanza di una qualità del prodotto costantemente elevata e supporta i produttori di cosmetici nell'implementazione della standardizzazione dei processi e delle GMP (Good Manufacturing Practices) mediante un software intelligente e la registrazione automatica dei dati. I nostri omogeneizzatori digitali ad ultrasuoni registrano automaticamente tutti i parametri di processo ad ultrasuoni su una scheda SD integrata. I display digitali a sfioramento e il telecomando del browser consentono un monitoraggio continuo del processo e permettono di regolare con precisione i parametri di processo ogni volta che è necessario. Ciò facilita notevolmente il monitoraggio del processo e il controllo della qualità.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni: