Schone samenstelling van schoonheidsproducten met ultrasoontechnologie

Natuurlijke, organische ingrediënten (INCI's) in combinatie met een hoge effectiviteit en biologische beschikbaarheid zijn de kenmerken van innovatieve, schone schoonheidsproducten. Ultrasoontechniek wordt gebruikt als zeer efficiënte en betrouwbare techniek om cosmetische ingrediënten te mengen, mixen, dispergeren, nano-emulgeren en nano-encapsuleren.

Waarom zou je ultrasoon gebruiken voor je schone schoonheidsproducten?

Mengen, mengen, dispergeren, emulgeren van ingrediënten en inkapselen van bioactieve moleculen zijn kernprocessen bij de productie van cosmetische, huidverzorgings-, schoonheids- en cosmeceutische producten. De betrouwbare, efficiënte en homogene uitvoering van deze kernprocessen is essentieel voor het verkrijgen van hoogwaardige cosmetische producten met een verhoogde werking, potentie en efficiëntie van het eindproduct. Moderne hightech ingrediënten zijn hoogontwikkelde stoffen die op een geavanceerde manier in het eindproduct moeten worden verwerkt om de gewenste effecten te krijgen.

sonificatie – Een breed spectrum aan toepassingen

Sonificatie is een zeer efficiënte en betrouwbare techniek om vloeistof-vloeistof en vaste-vloeistof suspensies te homogeniseren. Het inkapselen van moleculen in lipidedragers van nanogrootte (bijv. liposomen, niosomen, nanopartikels met vaste lipiden, nanogestructureerde lipidedragers, micellen enz.
Ultrasoon mengen kan worden toegepast op veel stappen in de productie van schone, volledig natuurlijke, organische cosmetica-, schoonheids- en huidverzorgingsproducten en kan de efficiëntie van meng- en inkapseltoepassingen verbeteren. Omdat ultrasone mixers intensief mengen en homogeniseren, kan het gebruik van chemische additieven die gewoonlijk worden toegevoegd om een langere stabiliteit en houdbaarheid te bereiken, geminimaliseerd of volledig vermeden worden.
Sonicatie geeft je een concurrentievoordeel door superieure resultaten te produceren in een snel en efficiënt proces dat resulteert in uniforme, homogene suspensies. Dit heeft een positieve invloed op de productstabiliteit, houdbaarheid en biocompatibiliteit.

sonificatie – Een zuiver mechanische behandeling

Ultrasasonisatie is een milde, niet-thermische behandeling waarbij de grondstoffen niet door hitte worden aangetast. Veel ingrediënten zoals lipiden, bioactieve moleculen of essentiële oliën zijn gevoelig voor hitte en hebben daarom veel baat bij een gecontroleerde verwerking bij lage temperatuur. Hielscher ultrasone apparaten zijn nauwkeurig regelbaar, eenvoudig instelbaar en kunnen worden bewaakt en bediend via browser-emote control. De slimme software protocolleert automatisch de verwerkingsparameters op een ingebouwde SD-kaart. Deze functies vergemakkelijken proces- en kwaliteitsnormering en de implementatie van Good Manufacturing Practices (GMP).

Het werkingsprincipe van Sonicatie

Omdat sonicatie een zuiver mechanische behandeling is, worden er geen chemische additieven toegevoegd die de filosofie van schone cosmetica zouden verstoren. Ultrasone toepassingen zoals mengen, blenden, emulgeren, inkapselen en extraheren zijn gebaseerd op het werkingsprincipe van akoestische cavitatie.
Ultrasone golven met een hoog vermogen worden via een ultrasone processor van het probe-type gekoppeld aan de slurry. Zeer energetische ultrasone golven bewegen door de vloeistof en creëren afwisselend hoge-druk/lage-druk cycli, wat resulteert in het fenomeen van akoestische cavitatie. Akoestische of ultrasone cavitatie leidt plaatselijk tot extreme temperaturen, drukken, verwarmings-/koelsnelheden, drukverschillen en hoge schuifkrachten in het medium. Wanneer cavitatiebellen imploderen op het oppervlak van deeltjes of druppels, veroorzaken microstralen en botsingen tussen de deeltjes effecten zoals oppervlakteschil, erosie, afbraak van deeltjes, sonoporatie en verstoring van druppels en cellen. Daarnaast creëert de implosie van cavitatiebellen in vloeibare media macroturbulenties en micromengeling. Ultrasone bestraling is een efficiënte manier om massatransferprocessen te verbeteren, aangezien sonicatie cavitatie en verwante mechanismen tot gevolg heeft, zoals microbewegingen door vloeistofstralen, compressie en decompressie in het materiaal met de daaropvolgende verstoring van druppels, evenals hoge verwarmings- en koelsnelheden.
Ultrasone apparaten van het sonde-type kunnen zeer hoge amplitudes genereren, wat nodig is om krachtige cavitatie te genereren. Hielscher Ultrasonic produceert hoogwaardige ultrasone processoren die gemakkelijk amplitudes van 200 µm kunnen genereren bij continue 24/7 werking. Voor nog hogere amplitudes biedt Hielscher specifieke hoge amplitude sonotrodes (sondes).
Onder druk te zetten ultrasone reactoren en flowcellen worden gebruikt om de cavitatie te intensiveren. Met toenemende druk worden cavitatie en cavitatieschuifkrachten destructiever en verbeteren daardoor de ultrasone effecten.

Voordelen van ultrasoon mengen en emulgeren

De productie van homogene mengsels, dispersies, emulsies en nano-emulsies door middel van sonificatie heeft de interesse gewekt van cosmetische formuleerders vanwege de uitzonderlijke energie-efficiëntie, het gebruik van eenvoudige menginstrumenten, eenvoudige systeemmanipulatie en vooral de lage productiekosten. Ultrasoon mengen, blenden en emulgeren vergroot de flexibiliteit voor het selecteren van oppervlakteactieve stoffen en interne structuren van emulsies. (cf. Marzuki et al. 2019)

Molecuulgrootte is belangrijk

Moleculen van submicron- en nanogrootte vertonen een aanzienlijk hogere transdermale permeatiesnelheid. Terwijl grote moleculen aan de bovenkant van de huid zitten en door hun grootte niet door de huid kunnen dringen, kunnen kleinere moleculen wel door de opperhuid dringen.
Dit betekent dat de bioactieve bestanddelen naar diepere huidlagen worden getransporteerd, waar ze hun "werk" kunnen doen door de huid te voeden of te herstellen.
Een prominent voorbeeld van de relevantie van de molecuulgrootte is hyaluronzuur, een molecuul met een lange keten. Als het hyaluronzuur een hoog moleculair gewicht heeft, kan het de huidbarrière niet passeren en blijft het als een film op de buitenste laag liggen. Laagmoleculair hyaluronzuur daarentegen wordt naar diepere huidlagen getransporteerd, waar het zijn hydraterende werking behoudt.
Een ander voorbeeld van de relevantie van de deeltjesgrootte zijn titaniumdioxide en zinkoxide. Beide worden gebruikt als actieve ingrediënten in natuurlijke zonnebrandproducten (bijv. lotions, vochtinbrengende crèmes, sprays). Een gelijkmatig kleine deeltjesgrootte is belangrijk om verstopping van de huidporiën te voorkomen en zo break-outs te voorkomen. Bovendien wordt met kleinere deeltjes het witmakende en glanzende effect van zonnefilters verminderd of vermeden.

Ultrasone nano-emulsificatie wordt gebruikt om geladen nano-emulsies, liposomen en vaste lipide nanodeeltjes te produceren. Sonificatie produceert een smalle druppelverdeling en nanogestructureerde deeltjes.

Verbeterde huidpenetratie

Chemische huidpenetratieversterkers omvatten materialen zoals l-α-lecithine, ureum, vetzuren, ethanol en glycolen.

• Vesiculaire huidpenetratieverbeteraars omvatten vesiculaire dragers zoals liposomen en niosomen. Vesiculaire dragers zijn krachtige afgiftesystemen voor actieve moleculen. Door hun samenstelling bieden ze het voordeel dat ze zowel hydrofiele als lipofiele moleculen kunnen dragen. Hydrofiele moleculen worden ingekapseld in de waterige kern en lipofiele moleculen worden opgenomen in het lipidemembraan dat de waterige kern omgeeft. Aangezien de wanden van de blaasjes bestaan uit fosfolipidenbilagen voor liposomen respectievelijk synthetische oppervlakteactieve stoffen voor niosomen, zijn de blaasjes in water oplosbaar en daardoor zeer biocompatibel.
  Lees meer over ultrasoon geproduceerde liposomen!
• Enzymatische huidpenetratiebevorderaars zijn enzymen zoals HMGCoA reductase en acetyl CoA carboxylase, die de belangrijkste enzymen van de epidermale vetsynthese remmen en de kritische molaire verhouding van de belangrijkste stratum corneum lipiden veranderen.
• Ureum, ook bekend als carbamide, wordt gebruikt om de absorptie van andere actieve cosmetische ingrediënten te verbeteren, omdat het de doorlaatbaarheid van de huid vergroot.

Ultrasoon verbeterde biologische beschikbaarheid van werkstoffen in huidverzorging

De biologische beschikbaarheid wordt gedefinieerd als de penetratiesnelheid van een werkzame stof om de plaats van werking te bereiken. De zogenaamde fluxsnelheid of de hoeveelheid werkzame stof die in de loop van de tijd doordringt, wordt bepaald in microgram/cm²/uur. Voor actieve ingrediënten in cosmetische producten is het doelgebied voor de werking van een ingrediënt meestal de onderste epidermis. Uitzonderingen zijn actieve stoffen zoals zinkoxide of titaniumdioxide, veelgebruikte ingrediënten in zonnebrandlotions en -sprays, omdat deze stoffen hun werkterrein op het huidoppervlak hebben, waar de deeltjes hun maximale UV-absorptiecapaciteit kunnen opnemen.
De biologische beschikbaarheid van actieve ingrediënten wordt sterk beïnvloed door de soorten cosmetische formuleringen die worden gebruikt. Gebruikelijke formuleringen in schoonheids- en verzorgingsproducten zijn olie-in-water emulsies (O/W), water-in-olie emulsies (W/O), water-in-olie-in-water emulsies (W/O/W), polyol-in-olie emulsies en hydrogels. (Polyolen die worden gebruikt in natuurlijke cosmetische formules zijn sorbitol, mannitol, enz.)

Ultrasone bereiding van een emulsie (rood water / gele olie). Enkele seconden van sonicatie veranderen de afzonderlijke water/oliefasen in een fijne emulsie.

Sonificatie voor verhoogde huiddoorlaatbaarheid

De doorlaatbaarheid van de huid en daarmee de biologische beschikbaarheid van cosmetische werkstoffen en cosmeceuticals kan worden verhoogd door de huidbarrière te beïnvloeden of door de oplosbaarheid van de actieve moleculen te verhogen.
Om de huidbarrière te verlagen en het transport van de actieve moleculen naar de onderste epidermis te vergemakkelijken, kunnen verschillende stoffen zoals oplosmiddelen, fosfolipiden en oppervlakteactieve blaasjes gemaakt van fosfolipiden en exfolianten de penetratie van actieve stoffen in diepere huidlagen verbeteren.

• Tot de gebruikte oplosmiddelen behoren dimethylisosorbide, ethoxydiglycol, ethanol en oliezuur. Deze oplosmiddelen zijn zeer compatibel met ultrasone meng- en emulgeerprocessen.
• Van fosfolipiden is bekend dat ze de huidpenetratie van zowel olie- als wateroplosbare moleculen verbeteren. Veel gebruikte fosfolipiden zijn lecithine, gehydrogeneerde lecithine, lysolecithine en tocoferylfosfaat. Ze hebben baat bij ultrasone verwerking omdat sonicatie de fosfolipiden gelijkmatig in de suspensie verdeelt.
• Surfactieve blaasjes: Oppervlakteactieve stoffen kunnen multilamellaire en unilamellaire blaasjes met actieve stoffen vormen. Liposomen en vaste lipiden-nanodeeltjes zijn prominente voorbeelden voor huidpenetrerende blaasjes die bioactieve stoffen naar de doellocaties transporteren. Ultrasoonbehandeling is de meest efficiënte en effectieve methode om liposomen, nanoliposomen en vaste lipiden nanodeeltjes (SLN's) te produceren met een hoge actieve lading, inkapselingsefficiëntie (�), stabiliteit en biologische beschikbaarheid.
• Chemische peelings omvatten melkzuur, glycolzuur, salicylzuur en N-acetyl-glucosamine. Mechanische peelings omvatten minuscule schurende deeltjes van houtskool, kokosnootschilfers of koffiescrub. Al deze stoffen kunnen efficiënt worden verspreid via ultrasonisatie.

De oplosbaarheid van actieve ingrediënten in cosmetica kan worden verhoogd door inclusiecomplexen, inkapseling, submicron-/nano-emulsies en efficiënte oplosbaarheid in de formule.

• Inclusiecomplexatie met behulp van cyclodextrinen (zoals alfa-, gamma-, hydroxypropylbèta-cyclodextrine) wordt bereikt door ultrasoonbehandeling. Cyclodextrinecomplexen vertonen een holte waarin bioactieve ingrediënten zijn ingekapseld. De inkapseling/complexatie maakt de actieve bestanddelen wateroplosbaar en daardoor biologisch beschikbaar. Lees meer over ultrasone infusiecomplexatie!
• Fytoglycogeen is een plantaardig koolhydraatnanodeeltje met een hoge dichtheid (polysaccharide) en een holte die veel verschillende soorten actieve stoffen kan inkapselen. Fytoglycogeen octenylsuccinaat (PG-OS) is een amfifiel koolhydraat nanodeeltje, waarvan de toevoeging emulsies een hoge lipide oxidatieve stabiliteit geeft. Ultrasone emulsificatie verbetert het genereren van homogene, stabiele fytoglycogeenemulsies.
• Submicron- en nano-emulsies worden gebruikt als minieme afgiftesystemen, die de verbindingen wateroplosbaar maken en het transport van de actieve ingrediënten naar de doelzone mogelijk maken. De kleine nanoschaal van de druppels verhoogt de permeabiliteit door de huidbarrière naar diepere huidlagen.
• Sterk polaire emolliënten worden vaak gebruikt in formules om hydrofobe / in water onoplosbare ingrediënten op te lossen, omdat maar weinig actieve stoffen apolair zijn. De volgende hoogpolaire emolliënten worden vaak gebruikt: isopropyllauroylsarcosinaat, lauryllactaat, fenylethylbenzoaat, dioctylmaleaat en dioctylisosorbide. Verschillende soorten zonnefilters staan er ook om bekend dat ze de penetratie bevorderen. Ultrasoon mengen en dispergeren zorgt voor een homogeen mengsel van polaire verzachtende ingrediënten en actieve ingrediënten.

Ultrasone mixers met hoge prestaties voor schone schoonheidsproducten

Als puur mechanische mengbehandeling kan sonicatie worden gebruikt voor de productie van allerlei gecertificeerde natuurlijke cosmetische producten. De systemen van Hielscher Ultrasonics zijn betrouwbare machines die worden gebruikt bij de productie van hoogwaardige cosmetica en therapeutica voor het formuleren van nano-geëmulgeerde en liposomaal ingekapselde bioactieve verbindingen met een superieure absorptiesnelheid en biocompatibiliteit. Om aan de eisen van haar klanten te voldoen, levert Hielscher ultrasone apparaten, van de compacte handbediende laboratoriumhomogenisator en tafelmodel ultrasone apparaten tot volledig industriële ultrasone systemen voor de productie van grote hoeveelheden cosmetische formuleringen. Ultrasone formuleringsprocessen van cosmetica en cosmeceuticals kunnen in batch of als continu inline proces worden uitgevoerd met behulp van een ultrasone doorstroomreactor. Er is een breed scala aan ultrasone sonotroden (sondes) en reactorvaten beschikbaar om een optimale opstelling voor uw liposomenproductie te garanderen. De robuustheid van Hielscher's ultrasone apparatuur maakt 24/7 gebruik onder zware omstandigheden mogelijk en garandeert een lange levensduur van de machine.
De nauwkeurige controle over alle belangrijke procesparameters zoals amplitude, druk, temperatuur en sonificatietijd maken het ultrasone proces betrouwbaar en reproduceerbaar. Hielscher Ultrasonics kent het belang van een continu hoge productkwaliteit en ondersteunt cosmeticafabrikanten bij het implementeren van processtandaardisatie en GMP (Good Manufacturing Practices) door middel van intelligente software en automatische gegevensregistratie. Onze digitale ultrasone homogenisatoren registreren automatisch alle ultrasone procesparameters op een ingebouwde SD-kaart. Digitale aanraakschermen en browser-afstandsbediening maken continue procesbewaking mogelijk en maken het mogelijk om de procesparameters op elk gewenst moment nauwkeurig aan te passen. Dit vergemakkelijkt de procesbewaking en kwaliteitscontrole aanzienlijk.
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone machines: