超音波によるクリーンな美容製品の処方

天然有機成分(INCI)と高い有効性と生物学的利用能の組み合わせは、革新的でクリーンな美容製品の特徴です。超音波は、化粧品成分を混合、ブレンド、分散、ナノ乳化、ナノカプセル化するための非常に効率的で信頼性の高い技術として使用されています。

清潔な美容製品に超音波処理を使うべき理由とは？

成分の混合、ブレンド、分散、乳化、生物活性分子のカプセル化は、化粧品、スキンケア、美容、コスメシューティカル製品の製造における中核工程です。最終製品の効果、効能、効率を高めた高品質の化粧品を得るためには、これらの中核工程を確実、効率的、均質に実施することが不可欠である。現代のハイテク成分は高度に開発された物質であり、望ましい効果を得るためには、最終製品への高度な組み込みが必要となる。

ソニケーション – 幅広い用途

ソニケーションは、液体-液体および固体-液体懸濁液をホモジナイズする非常に効率的で信頼性の高い技術である。ナノサイズの脂質担体（リポソーム、ニオソーム、固体脂質ナノ粒子、ナノ構造脂質担体、ミセルなど）への分子の封入も、高性能超音波の重要な応用である。
超音波ミキサーは、クリーンでナチュラルなオーガニック化粧品、美容製品、スキンケア製品の製造における多くの工程に適用でき、混合やカプセル化のアプリケーションの効率を向上させることができます。超音波ミキサーは強力な混合と均質化を実現するため、安定性と保存性を長持ちさせるために一般的に添加される化学添加物の使用を最小限に抑えるか、完全に避けることができます。
ソニケーションは、迅速かつ効率的なプロセスで優れた結果をもたらし、均一で均質な懸濁液を得ることで、競争上の優位性をもたらします。これは、製品の安定性、保存可能期間、生体適合性にプラスの影響を与えます。

ソニケーション – 純粋に機械的な治療

超音波処理はマイルドな非加熱処理であり、熱によって原料を劣化させることはない。脂質、生理活性分子、エッセンシャルオイルなど、多くの原料は熱に弱いため、制御された低温処理によって大きな恩恵を受けます。Hielscher Ultrasonicsの装置は、精密な制御が可能で、簡単に調整でき、ブラウザーのエモートコントロールでモニターと操作ができます。スマートなソフトウェアは、内蔵のSDカードに処理パラメーターを自動的にプロトコールします。これらの機能により、プロセスや品質の標準化、適正製造基準（GMP）の実施が容易になります。

ソニケーションの原理

超音波処理は純粋に機械的な処理であるため、クリーンな化粧品の理念を妨げるような添加化学物質は一切加えられません。混合、ブレンド、乳化、カプセル化、抽出などの超音波アプリケーションは、音響キャビテーションの作動原理に基づいています。
高出力の超音波をプローブ型超音波処理装置を介してスラリーに結合。高エネルギーの超音波が液体中を伝わり、高圧/低圧のサイクルを交互に発生させ、その結果、音響キャビテーション現象が生じます。音響キャビテーションまたは超音波キャビテーションは、局所的に極端な温度、圧力、加熱/冷却速度、圧力差、媒体中の高いせん断力につながります。キャビテーション気泡が粒子や液滴の表面で爆縮すると、マイクロジェットや粒子間衝突により、液滴や細胞の破壊だけでなく、表面の剥離、浸食、粒子の破壊、ソノポレーションなどの効果が生じます。さらに、液体媒体中のキャビテーション気泡の爆縮は、マクロタービュランスやマイクロミキシングを発生させます。超音波照射は、キャビテーションとそれに関連するメカニズム（液体ジェットによる微小運動、液滴の破壊を伴う材料内の圧縮と減圧、高い加熱速度と冷却速度など）をもたらすため、物質移動プロセスを促進する効率的な方法です。
プローブタイプの超音波処理装置は、衝撃的なキャビテーションを発生させるために必要な非常に高い振幅を発生させることができます。Hielscher Ultrasonicは、24時間365日の連続運転で200μmの振幅を簡単に発生できる高性能超音波プロセッサを製造しています。さらに高い振幅を得るために、Hielscherは指定の高振幅ソノトロード（プローブ）を提供しています。
キャビテーションを強化するために、加圧可能な超音波リアクターとフローセルが使用される。圧力が高くなるにつれて、キャビテーションとキャビテーションせん断力はより破壊的になり、それによって超音波効果が向上する。

超音波混合・乳化の利点

超音波処理による均質な混合物、分散物、エマルション、ナノエマルションの製造は、その卓越したエネルギー効率、ローエンドのミキシング器具の必要性、容易なシステム操作、そして最も重要なこととして製造コストの低さから、化粧品配合者の関心を集めている。超音波による混合、ブレンド、乳化は、界面活性剤の選択やエマルションの内部構造の柔軟性を高める。(Marzuki et al.）

分子の大きさが重要

サブミクロンやナノサイズの分子は、経皮透過率が著しく向上する。大きな分子は皮膚の上部に位置し、その大きさゆえに皮膚に浸透しないが、小さな分子は表皮を通過することができる。
つまり、生物活性化合物はより深い真皮層に運ばれ、そこで皮膚に栄養を与えたり修復したりすることで「仕事」を果たすことができるのだ。
分子サイズの関連性を示す顕著な例は、長鎖分子であるヒアルロン酸である。ヒアルロン酸の分子量が大きいと、皮膚バリアを通過することができず、外層に膜としてとどまる。一方、低分子のヒアルロン酸は皮膚の深層に運ばれ、そこで保湿効果を発揮する。
粒子サイズの関連性を示すもうひとつの例は、二酸化チタンと酸化亜鉛である。どちらも天然のサンスクリーン製品（ローション、モイスチャライザー、スプレーなど）の有効成分として使われている。肌の毛穴を詰まらせず、吹き出物を防ぐには、均一で小さな粒子径が重要である。さらに、粒子が小さいと、サンスクリーンの美白効果や光沢効果が減少するか、あるいは回避される。

超音波ナノ乳化は、負荷ナノエマルション、リポソーム、固体脂質ナノ粒子の製造に使用される。超音波乳化は、狭い液滴分布とナノ構造の粒子を生成します。

皮膚浸透性の向上

化学的皮膚浸透促進剤には、l-α-レシチン、尿素、脂肪酸、エタノール、グリコールなどの物質が含まれる。

• 小胞皮膚浸透促進剤には、リポソームやニオソームなどの小胞キャリアがある。小胞キャリアは活性分子の強力な送達システムである。その組成から、親水性分子だけでなく親油性分子も運ぶことができるという利点がある。親水性分子は水性コアにカプセル化され、親油性分子は水性コアを取り囲む脂質膜に取り込まれる。小胞の壁は、リポソームの場合はリン脂質二重膜、ニオソームの場合は合成界面活性剤で構成されているため、小胞は水溶性であり、生体適合性に優れている。
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• 酵素的皮膚浸透促進剤には、HMGCoAレダクターゼやアセチルCoAカルボキシラーゼなどの酵素があり、表皮脂質合成の主要酵素を阻害し、主要な角質脂質の臨界モル比を変化させる。
• カルバミドとしても知られる尿素は、皮膚浸透性を高めるため、他の化粧品有効成分の吸収を高めるために使用される。

スキンケアにおける有効成分のバイオアベイラビリティの超音波による改善

バイオアベイラビリティは、活性化合物が作用部位に到達するまでの浸透率として定義される。いわゆるフラックスレート、つまり時間と共に浸透する活性物質の量は、マイクログラム/cm²/時間）である。化粧品に含まれる有効成分の場合、その成分の作用部位は通常、表皮下部である。酸化亜鉛や二酸化チタンのような活性成分は例外で、日焼け止めローションやスプレーの一般的な成分である。
有効成分の生物学的利用能は、使用される化粧品製剤の種類に大きく影響される。美容製品やパーソナルケア製品によく使われる製剤は、水中油型エマルション（O/W）、油中水型エマルション（W/O）、油中水型エマルション（W/O/W）、油中ポリオール型エマルション、ハイドロゲルなどである。(天然化粧品に使用されるポリオールは、ソルビトール、マンニトールなどである。）

超音波によるエマルション（赤色水／黄色油）の調製。数秒の超音波処理により、水と油の相が微細なエマルジョンに変化する。

皮膚透過性を高めるソニケーション

皮膚バリアに影響を与えるか、あるいは活性分子の溶解度を高めることによって、化粧品活性物質や化粧品の皮膚透過性、ひいてはバイオアベイラビリティを高めることができる。
皮膚バリアを低下させ、活性分子の表皮下部への輸送を促進するために、剥離剤だけでなく、溶剤、リン脂質、リン脂質から作られた界面活性剤小胞のような多様な物質が、より深い皮膚層への活性剤の浸透を改善することができる。

• 使用される溶剤には、ジメチルイソソルビド、エトキシジグリコール、エタノール、オレイン酸などがある。これらの溶媒は、超音波混合、ブレンド、乳化プロセスとの適合性が高い。
• リン脂質は、油溶性分子と水溶性分子の両方の皮膚浸透性を高めることがよく知られている。一般的に使用されるリン脂質は、レシチン、水添レシチン、リゾレシチン、リン酸トコフェリルである。超音波処理により、リン脂質が懸濁液に均一に分散されるため、超音波処理の恩恵を受ける。
• 界面活性剤ベシクル：界面活性剤は、活性剤とともに多層および一層小胞を形成することができる。リポソームや固体脂質ナノ粒子は、生物活性化合物を標的部位に輸送する皮膚浸透性小胞の顕著な例である。リポソーム、ナノリポソーム、固体脂質ナノ粒子（SLN）を製造する最も効率的で効果的な方法は超音波処理であり、高い活性負荷、カプセル化効率（％EE）、安定性、バイオアベイラビリティを有する。
• 化学的ピーリング剤には、乳酸、グリコール酸、サリチル酸、N-アセチルグルコサミンなどがある。機械的ピーリング剤には、木炭、ココナッツフレーク、コーヒースクラブなどの極小研磨粒子がある。これらの物質はすべて、超音波によって効率的に分散させることができる。

化粧品中の有効成分の溶解性は、製剤への効率的な可溶化だけでなく、包接複合体、カプセル化、サブミクロン／ナノエマルションによって高めることができる。

• シクロデキストリン（α-、γ-、ヒドロキシプロピルβ-シクロデキストリンなど）を用いた包接複合化は、超音波処理によって達成される。シクロデキストリン複合体は、生物活性成分がカプセル化された空洞を示す。カプセル化／複合化により、活性化合物は水溶性となり、生物学的に利用しやすくなる。 超音波注入複合化についてもっと読む！
• フィトグリコーゲンは、植物由来の高密度炭水化物（多糖類）ナノ粒子であり、多くの異なるタイプの活性物質をカプセル化することができる空洞を有する。オクテニルコハク酸フィトグリコーゲン（PG-OS）は両親媒性の炭水化物ナノ粒子であり、その添加によりエマルションに高い脂質酸化安定性を与える。超音波乳化は、均質で安定したフィトグリコーゲンエマルションの生成を改善します。
• サブミクロンおよびナノエマルションは微小な送達システムとして使用され、化合物を水溶性にし、有効成分を標的部位に運ぶことを可能にする。ナノスケールの小さな液滴は、皮膚バリアを通して皮膚深層への浸透性を高める。
• 極性の高いエモリエント剤は、疎水性／水不溶性成分を可溶化するために製剤によく使用される。よく使われるのは、次のような極性の高いエモリエント剤である：ラウロイルサルコシン酸イソプロピル、乳酸ラウリル、安息香酸フェニルエチル、マレイン酸ジオクチル、イソソルビドジオクチル。様々なタイプの日焼け止めも浸透促進剤として知られている。超音波混合分散により、極性エモリエント剤と有効成分の均質な混合が保証される。

清潔な美容製品のための高性能超音波ミキサー

純粋な機械的混合処理として、超音波処理はあらゆる種類の認証天然化粧品の製造に使用できます。Hielscher Ultrasonicsのシステムは、優れた吸収率と生体適合性を持つナノ乳化剤やリポソームカプセル化された生物活性化合物を調合するために、高品質の化粧品や治療薬の製造に使用される信頼性の高い機械です。お客様のご要望にお応えするため、Hielscher社は、コンパクトなハンドヘルド・ラボ用ホモジナイザーや卓上型超音波発生装置から、大量の化粧品製剤を製造するための完全な工業用超音波システムまで、超音波発生装置を提供しています。化粧品やコスメシューティカルの超音波製剤プロセスは、超音波フロースルー反応器を使用して、バッチ式または連続式のインラインプロセスとして実行することができます。お客様のリポソーム製造に最適なセットアップを確実にするため、幅広い超音波ソノトロード（プローブ）とリアクター容器をご用意しています。Hielscherの超音波装置は堅牢であるため、過酷な環境下でも24時間365日の運転が可能であり、機械のライフサイクルが長くなります。
振幅、圧力、温度、超音波処理時間など、すべての重要なプロセスパラメーターを正確に制御することで、超音波プロセスの信頼性と再現性を高めています。ヒールシャー・ウルトラソニックスは、継続的に高い製品品質を維持することの重要性を認識しており、インテリジェントなソフトウェアと自動データ記録により、化粧品メーカーがプロセスの標準化とGMP（適正製造規範）を実施するのをサポートします。当社のデジタル超音波ホモジナイザーは、全ての超音波プロセスパラメーターを内蔵のSDカードに自動的に記録します。デジタルのタッチディスプレイとブラウザーのリモートコントロールにより、連続的なプロセスモニタリングが可能で、必要な時にいつでもプロセスパラメーターを正確に調整することができます。これにより、プロセスのモニタリングと品質管理が非常に容易になります。
下の表は、超音波処理装置の処理能力の目安です：