Tīrās kosmētikas produktu formulēšana ar ultraskaņu

Dabiskas, bioloģiskas sastāvdaļas (INCIs) apvienojumā ar augstu efektivitāti un biopieejamību ir inovatīvu tīrās kosmētikas produktu iezīmes. Apstrādi ar ultraskaņu izmanto kā ļoti efektīvu un uzticamu paņēmienu kosmētikas sastāvdaļu maisīšanai, sajaukšanai, disperģēšanai, nanoemulģēšanai un nanoiekapsulēšanai.

Kāpēc izmantot apstrādi ar ultraskaņu tīrās kosmētikas produktiem?

Sastāvdaļu maisīšana, sajaukšana, disperģēšana, emulģēšana un bioaktīvo molekulu iekapsulēšana ir pamatprocesi kosmētikas, ādas kopšanas, skaistumkopšanas un kosmeceitisko produktu ražošanā. Šo pamatprocesu uzticama, efektīva un viendabīga izpilde ir būtiska, lai iegūtu augstas kvalitātes kosmētikas produktus ar pastiprinātu galaprodukta iedarbību, iedarbības spēku un efektivitāti. Mūsdienu augsto tehnoloģiju sastāvdaļas ir augsti attīstītas vielas, kuru iestrādei galaproduktā nepieciešami sarežģīti paņēmieni, lai panāktu vēlamo iedarbību.

Apstrāde ar ultraskaņu – plašs pielietojumu klāsts

Apstrāde ar ultraskaņu ir ļoti efektīvs un uzticams paņēmiens šķidruma–šķidruma un cietvielas–šķidruma suspensiju homogenizēšanai. Molekulu iekapsulēšana nanometru izmēra lipīdu nesējos (piemēram, liposomās, niosomās, cieto lipīdu nanodaļiņās, nanostrukturētos lipīdu nesējos, micellās utt.) ir vēl viens svarīgs augstas veiktspējas ultraskaņas pielietojums.
Apstrādi ar ultraskaņu var izmantot daudzos tīru, pilnībā dabisku, bioloģisku kosmētikas, skaistumkopšanas un ādas kopšanas produktu ražošanas posmos, un tā var uzlabot maisīšanas un iekapsulēšanas procesu efektivitāti. Tā kā ultraskaņas maisītāji nodrošina intensīvu sajaukšanu un homogenizēšanu, var līdz minimumam samazināt vai pilnībā novērst to ķīmisko piedevu izmantošanu, kuras parasti pievieno, lai panāktu ilgstošāku stabilitāti un ilgāku glabāšanas laiku.
Apstrāde ar ultraskaņu sniedz konkurences priekšrocības, nodrošinot izcilākus rezultātus ātrā un efektīvā procesā, kurā iegūst vienmērīgas, viendabīgas suspensijas. Tas pozitīvi ietekmē produkta stabilitāti, glabāšanas laiku un biosaderību.

Apstrāde ar ultraskaņu – tīri mehāniska apstrāde

Apstrāde ar ultraskaņu ir saudzīga, netermiska apstrāde, kas nenoārda izejvielas karstuma ietekmē. Daudzas sastāvdaļas, piemēram, lipīdi, bioaktīvās molekulas vai ēteriskās eļļas, ir jutīgas pret karstumu, tāpēc kontrolēta apstrāde zemā temperatūrā tām ir īpaši labvēlīga. Hielscher Ultrasonics ierīces ir precīzi vadāmas, viegli regulējamas, un tās var uzraudzīt un vadīt attālināti, izmantojot pārlūkprogrammu. Viedā programmatūra automātiski reģistrē apstrādes parametrus iebūvētā SD kartē. Šīs funkcijas atvieglo procesa un kvalitātes standartizāciju, kā arī labas ražošanas prakses (GMP) ieviešanu.

Apstrādes ar ultraskaņu darbības princips

Tā kā apstrāde ar ultraskaņu ir tīri mehāniska apstrāde, netiek pievienotas ķīmiskas piedevas, kas būtu pretrunā tīrās kosmētikas filozofijai. Ultraskaņas lietojumu, piemēram, maisīšanas, sajaukšanas, emulģēšanas, iekapsulēšanas un ekstrakcijas, darbības pamatā ir akustiskā kavitācija.
Lielas jaudas ultraskaņas viļņi tiek ievadīti suspensijā ar zondes tipa ultraskaņas procesoru. Ultraskaņas viļņi ar augstu enerģiju izplatās šķidrumā, radot mainīgus augsta spiediena / zema spiediena ciklus, kas izraisa akustiskās kavitācijas parādību. Akustiskā jeb ultraskaņas kavitācija lokāli rada vidē ekstremālas temperatūras, spiedienus, uzsilšanas/atdzišanas ātrumus, spiediena starpības un lielus bīdes spēkus. Kad kavitācijas burbuļi implodē uz daļiņu vai pilienu virsmas, mikrostrūklas un daļiņu savstarpējās sadursmes izraisa tādu iedarbību kā virsmas slāņu atdalīšanās, erozija, daļiņu sašķelšanās, sonoporācija, kā arī pilienu un šūnu sagraušana. Turklāt kavitācijas burbuļu implozija šķidrā vidē rada makroturbulenci un mikromaisīšanos. Apstarošana ar ultraskaņu ir efektīvs veids, kā uzlabot masas pārneses procesus, jo apstrāde ar ultraskaņu izraisa kavitāciju un ar to saistītus mehānismus, piemēram, šķidruma strūklu radītas mikrokustības, materiāla saspiešanu un dekompresiju ar sekojošu pilienu sagraušanu, kā arī lielu uzsilšanas un atdzišanas ātrumu.
Zondes tipa ultraskaņas iekārtas var radīt ļoti lielas amplitūdas, kas ir nepieciešamas spēcīgas kavitācijas radīšanai. Hielscher Ultrasonic ražo augstas veiktspējas ultraskaņas procesorus, kas nepārtrauktā 24/7 darbībā var viegli radīt 200µm amplitūdas. Vēl lielākām amplitūdām Hielscher piedāvā īpašas lielas amplitūdas sonotrodes (zondes).
Kavitācijas pastiprināšanai izmanto ultraskaņas reaktorus un plūsmas šūnas, kuros iespējams paaugstināt spiedienu. Palielinoties spiedienam, kavitācija un tās radītie bīdes spēki kļūst postošāki un tādējādi uzlabo ultraskaņas iedarbību.

Ultraskaņas sajaukšanas un emulģēšanas priekšrocības

Viendabīgu maisījumu, dispersiju, emulsiju un nanoemulsiju ražošana ar ultraskaņu ir piesaistījusi kosmētikas formulējumu izstrādātāju interesi, pateicoties šīs metodes izcilajai energoefektivitātei, iespējai izmantot zemākās klases maisīšanas iekārtas, vienkāršajai sistēmas vadībai un, pats galvenais, zemajām ražošanas izmaksām. Maisīšana, sajaukšana un emulģēšana ar ultraskaņu nodrošina lielāku elastību virsmaktīvo vielu un emulsiju iekšējo struktūru izvēlē. (sal. Marzuki et al. 2019)

Molekulu izmēram ir nozīme

Submikronu un nanoizmēra molekulām ir ievērojami lielāks transdermālās caurlaidības ātrums. Lielas molekulas paliek uz ādas virsmas un sava izmēra dēļ nevar iekļūt ādā, savukārt mazākas molekulas spēj izkļūt cauri epidermai.
Tas nozīmē, ka bioaktīvie savienojumi tiek nogādāti dziļākos dermas slāņos, kur tie var veikt savu “darbu”, barojot vai atjaunojot ādu.
Uzskatāms molekulu izmēra nozīmes piemērs ir hialuronskābe – garas ķēdes molekula. Ja hialuronskābei ir liela molekulmasa, tā nevar izkļūt cauri ādas barjerai un paliek kā plēvīte uz tās ārējā slāņa. Savukārt hialuronskābe ar mazu molekulmasu tiek nogādāta dziļākos ādas slāņos, kur tā iedarbojas mitrinoši.
Vēl viens daļiņu izmēra nozīmes piemērs ir titāna dioksīds un cinka oksīds. Abus izmanto kā aktīvās sastāvdaļas dabīgos saules aizsarglīdzekļos (piemēram, losjonos, mitrinošos līdzekļos, aerosolos). Vienmērīgi mazs daļiņu izmērs ir svarīgs, lai novērstu ādas poru aizsprostošanos un tādējādi nepieļautu izsitumu veidošanos. Turklāt mazākas daļiņas samazina vai novērš saules aizsarglīdzekļu radīto ādas baltumu un spīdumu.

Ultraskaņas nanoemulģēšanu izmanto, lai ražotu ar aktīvajām vielām pildītas nanoemulsijas, liposomas un cieto lipīdu nanodaļiņas. Apstrāde ar ultraskaņu nodrošina šauru pilienu izmēru sadalījumu un nanostrukturētas daļiņas.

Uzlabota iekļūšana ādā

Ķīmiskie līdzekļi, kas veicina iekļūšanu ādā, ietver tādas vielas kā l-α-lecitīns, urīnviela, taukskābes, etanols un glikoli.

• Vezikulārie līdzekļi, kas veicina iekļūšanu ādā, ietver vezikulārus nesējus, piemēram, liposomas un niosomas. Vezikulārie nesēji ir efektīvas aktīvo molekulu piegādes sistēmas. To sastāvs nodrošina priekšrocību – spēju pārnest gan hidrofilas, gan lipofilas molekulas. Hidrofilās molekulas tiek iekapsulētas ūdens kodolā, savukārt lipofilās molekulas tiek iestrādātas lipīdu membrānā, kas apņem ūdens kodolu. Tā kā liposomu vezikulu sieniņas veido fosfolipīdu dubultslāņi, bet niosomu vezikulu sieniņas – sintētiskās virsmaktīvās vielas, vezikulas šķīst ūdenī un tādējādi ir ļoti biosaderīgas.
  Lasiet vairāk par liposomām, kas ražotas, izmantojot ultraskaņu!
• Enzimātiskie līdzekļi, kas veicina iekļūšanu ādā, ietver tādus enzīmus kā HMGCoA reduktāze un acetil-CoA karboksilāze, kas inhibē galvenos epidermas lipīdu sintēzes enzīmus un maina galveno raga slāņa lipīdu kritisko molāro attiecību.
• Urīnvielu, kas pazīstama arī kā karbamīds, izmanto, lai uzlabotu citu kosmētikas aktīvo sastāvdaļu uzsūkšanos, jo tā palielina ādas caurlaidību.

Ar ultraskaņu uzlabota aktīvo vielu biopieejamība ādas kopšanā

Biopieejamību definē kā aktīvā savienojuma iekļūšanas ātrumu, ar kādu tas sasniedz savu iedarbības vietu. Tā saukto plūsmas intensitāti jeb aktīvās vielas daudzumu, kas iekļūst noteiktā laikā, nosaka mikrogramos/cm²/stundā. Kosmētikas līdzekļu aktīvo sastāvdaļu mērķa iedarbības vieta parasti ir epidermas apakšējie slāņi. Izņēmumi ir tādas aktīvās vielas kā cinka oksīds vai titāna dioksīds, kas ir bieži sastopamas saules aizsarglosjonu un aerosolu sastāvdaļas, jo šo vielu iedarbības vieta atrodas uz ādas virsmas, kur daļiņas var pilnībā izmantot savu maksimālo UV absorbcijas spēju.
Aktīvo sastāvdaļu biopieejamību būtiski ietekmē izmantoto kosmētikas formulējumu veidi. Skaistumkopšanas un personīgās higiēnas līdzekļos bieži izmantoti formulējumi ir eļļa ūdenī emulsijas (O/W), ūdens eļļā emulsijas (W/O), ūdens eļļā ūdenī emulsijas (W/O/W), poliols eļļā emulsijas, kā arī hidrogēli. (Dabīgās kosmētikas formulējumos izmantotie polioli ir sorbīts, mannīts u. c.).

Emulsijas sagatavošana ar ultraskaņu (sarkans ūdens / dzeltena eļļa). Dažas sekundes ilga apstrāde ar ultraskaņu pārvērš atsevišķās ūdens/eļļas fāzes smalkā emulsijā.

Apstrāde ar ultraskaņu ādas caurlaidības palielināšanai

Ādas caurlaidību un līdz ar to kosmētikas aktīvo vielu un kosmeceitisko līdzekļu biopieejamību var palielināt, ietekmējot ādas barjeru vai palielinot aktīvo molekulu šķīdību.
Lai mazinātu ādas barjeras pretestību un atvieglotu aktīvo molekulu transportu uz epidermas apakšējiem slāņiem, dažādas vielas, piemēram, šķīdinātāji, fosfolipīdi un no fosfolipīdiem veidotas virsmaktīvo vielu vezikulas, kā arī eksfolianti var uzlabot aktīvo vielu iekļūšanu dziļākajos ādas slāņos.

• Izmantotie šķīdinātāji ietver dimetilizosorbīdu, etoksidiglikolu, etanolu un oleīnskābi. Šie šķīdinātāji ir ļoti labi saderīgi ar sajaukšanas, samaisīšanas un emulģēšanas procesiem, kuros izmanto ultraskaņu.
• Ir labi zināms, ka fosfolipīdi uzlabo gan eļļā, gan ūdenī šķīstošu molekulu iekļūšanu ādā. Bieži izmantotie fosfolipīdi ir lecitīns, hidrogenēts lecitīns, lizolecitīns un tokoferilfosfāts. To apstrāde ar ultraskaņu ir lietderīga, jo tā vienmērīgi izkliedē fosfolipīdus suspensijā.
• Virsmas aktīvo vielu vezikulas: virsmas aktīvās vielas var veidot daudzslāņu un vienslāņa vezikulas ar aktīvajām vielām. Liposomas un cieto lipīdu nanodaļiņas ir raksturīgi piemēri vezikulām, kas iekļūst ādā un transportē bioaktīvos savienojumus uz mērķa vietām. Apstrāde ar ultraskaņu ir visefektīvākā un iedarbīgākā metode liposomu, nanoliposomu un cieto lipīdu nanodaļiņu (SLNs) iegūšanai ar augstu aktīvo vielu saturu, iekapsulēšanas efektivitāti (%EE), stabilitāti un biopieejamību.
• Ķīmiskie eksfolianti ietver pienskābi, glikolskābi, salicilskābi un N-acetilglikozamīnu. Mehāniskie pīlingi satur sīkas abrazīvas daļiņas no kokogles, kokosriekstu skaidiņām vai kafijas skrubja. Visas šīs vielas var efektīvi disperģēt, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu.

Aktīvo sastāvdaļu šķīdību kosmētikā var palielināt ar ieslēguma kompleksiem, iekapsulēšanu, submikronu emulsijām un nanoemulsijām, kā arī efektīvu solubilizāciju formulējumā.

• Ieslēguma kompleksu veidošanu, izmantojot ciklodekstrīnus (piemēram, alfa-, gamma-, hidroksipropil-beta-ciklodekstrīnu), panāk ar apstrādi ar ultraskaņu. Ciklodekstrīnu kompleksiem ir dobums, kurā tiek iekapsulētas bioaktīvās sastāvdaļas. Iekapsulēšana / kompleksu veidošana padara aktīvos savienojumus ūdenī šķīstošus un tādējādi biopieejamus. Lasiet vairāk par infūzijas kompleksu veidošanu ar ultraskaņu!
• Fitoglikogēns ir augu izcelsmes augsta blīvuma ogļhidrātu (polisaharīdu) nanodaļiņa ar dobumu, kurā var iekapsulēt daudzu dažādu veidu aktīvās vielas. Fitoglikogēna oktenilsukcināts (PG-OS) ir amfifila ogļhidrātu nanodaļiņa, kuras pievienošana nodrošina emulsijās esošo lipīdu augstu oksidatīvo stabilitāti. Emulģēšana ar ultraskaņu uzlabo viendabīgu, stabilu fitoglikogēna emulsiju iegūšanu.
• Submikronu emulsijas un nanoemulsijas izmanto kā sīkas piegādes sistēmas, kas padara savienojumus ūdenī šķīstošus un ļauj transportēt aktīvās sastāvdaļas uz mērķa vietu. Pilienu mazais nanomēroga izmērs palielina spēju izkļūt cauri ādas barjerai dziļākos ādas slāņos.
• Izteikti polārus emolientus bieži izmanto formulējumos, lai solubilizētu hidrofobas / ūdenī nešķīstošas sastāvdaļas, jo tikai dažas aktīvās vielas ir nepolāras. Bieži izmanto šādus izteikti polārus emolientus: izopropillauroilsarkozinātu, laurillaktātu, feniletilbenzoātu, dioktilmaleātu un dioktilizosorbīdu. Ir zināms, ka arī dažādu veidu saules aizsarglīdzekļi veicina iekļūšanu ādā. Maisīšana un disperģēšana ar ultraskaņu nodrošina viendabīgu polāro emolientu un aktīvo sastāvdaļu maisījumu.

Augstas veiktspējas ultraskaņas maisītāji tīrās kosmētikas produktiem

Apstrādi ar ultraskaņu kā pilnībā mehānisku maisīšanas metodi var izmantot visu veidu sertificētu dabiskās kosmētikas produktu ražošanai. Hielscher Ultrasonics sistēmas ir uzticamas iekārtas, ko izmanto augstas kvalitātes kosmētisko un terapeitisko līdzekļu ražošanā, lai formulētu nanoemulģētus un liposomās iekapsulētus bioaktīvos savienojumus ar augstāku uzsūkšanās ātrumu un bioloģisko saderību. Lai apmierinātu klientu prasības, Hielscher piegādā ultraskaņas iekārtas, sākot no kompakta, rokā turama laboratorijas homogenizatora un uz galda novietojamām ultraskaņas iekārtām līdz pilnībā rūpnieciskām ultraskaņas sistēmām kosmētisko formulējumu ražošanai lielos apjomos. Kosmētikas un kosmeceitisko līdzekļu formulēšanu ar ultraskaņu var veikt periodiskā režīmā vai kā nepārtrauktu procesu plūsmas līnijā, izmantojot ultraskaņas caurplūdes reaktoru. Ir pieejams plašs ultraskaņas sonotrožu (zonžu) un reaktoru tvertņu klāsts, lai nodrošinātu optimālu iekārtu konfigurāciju jūsu liposomu ražošanai. Hielscher ultraskaņas iekārtu izturība ļauj tās darbināt 24/7 ar lielu slodzi prasīgos vides apstākļos un nodrošina ilgu iekārtu kalpošanas laiku.
Precīza visu svarīgo procesa parametru, piemēram, amplitūdas, spiediena, temperatūras un apstrādes ar ultraskaņu ilguma, kontrole padara ultraskaņas procesu uzticamu un reproducējamu. Hielscher Ultrasonics apzinās pastāvīgi augstas produktu kvalitātes nozīmi un ar viedas programmatūras un automātiskas datu reģistrēšanas palīdzību atbalsta kosmētikas ražotājus procesu standartizācijas un labas ražošanas prakses (GMP) ieviešanā. Mūsu digitālie ultraskaņas homogenizatori automātiski reģistrē visus ultraskaņas procesa parametrus iebūvētā SD kartē. Digitālie skārienekrāni un attālināta vadība pārlūkprogrammā nodrošina nepārtrauktu procesa uzraudzību un ļauj precīzi pielāgot procesa parametrus ikreiz, kad tas nepieciešams. Tas ievērojami atvieglo procesa uzraudzību un kvalitātes kontroli.
Tālāk sniegtā tabula sniedz priekšstatu par mūsu ultraskaņas apstrādes ierīču aptuveno apstrādes jaudu: