Formuła czystych produktów kosmetycznych z ultradźwiękami

Naturalne, organiczne składniki (INCI) w połączeniu z wysoką skutecznością i biodostępnością to cechy innowacyjnych, czystych produktów kosmetycznych. Ultradźwięki są stosowane jako wysoce wydajna i niezawodna technika mieszania, miksowania, dyspergowania, nanoemulgowania i nanokapsułkowania składników kosmetycznych.

Dlaczego warto stosować ultradźwięki w czystych produktach kosmetycznych?

Mieszanie, miksowanie, dyspergowanie, emulgowanie składników i kapsułkowanie bioaktywnych cząsteczek to podstawowe procesy w produkcji kosmetyków, produktów do pielęgnacji skóry, produktów kosmetycznych i kosmeceutyków. Niezawodna, wydajna i jednorodna realizacja tych podstawowych procesów jest niezbędna do uzyskania wysokiej jakości produktów kosmetycznych o podwyższonych efektach, sile działania i skuteczności produktu końcowego. Nowoczesne, zaawansowane technologicznie składniki to wysoce rozwinięte substancje, które wymagają wyrafinowanego włączenia do produktu końcowego w celu uzyskania pożądanych efektów.

sonikacja – Szerokie spektrum zastosowań

Sonikacja jest wysoce skuteczną i niezawodną techniką homogenizacji zawiesin ciecz-ciecz i ciało stałe-ciecz. Innym ważnym zastosowaniem wysokowydajnych ultradźwięków jest kapsułkowanie cząsteczek w nanocząsteczki lipidowe (np. liposomy, niosomy, stałe nanocząsteczki lipidowe, nanostrukturalne nośniki lipidowe, micele itp.
Ultradźwięki mogą być stosowane na wielu etapach produkcji czystych, całkowicie naturalnych, organicznych produktów kosmetycznych, kosmetycznych i do pielęgnacji skóry oraz poprawiają wydajność mieszania i kapsułkowania. Ponieważ mieszalniki ultradźwiękowe zapewniają intensywne mieszanie i homogenizację, można zminimalizować lub całkowicie uniknąć stosowania dodatków chemicznych, które są powszechnie dodawane w celu uzyskania przedłużonej stabilności i trwałości.
Sonikacja zapewnia przewagę nad konkurencją dzięki uzyskiwaniu doskonałych wyników w szybkim i wydajnym procesie skutkującym jednorodnymi, homogenicznymi zawiesinami. Wpływa to pozytywnie na stabilność produktu, jego trwałość i biokompatybilność.

sonikacja – Obróbka czysto mechaniczna

Ultradźwięki to łagodna, nietermiczna obróbka, która nie powoduje degradacji surowców pod wpływem ciepła. Wiele składników, takich jak lipidy, bioaktywne cząsteczki lub olejki eteryczne, jest wrażliwych na ciepło i dlatego przynosi znaczne korzyści dzięki kontrolowanemu przetwarzaniu w niskich temperaturach. Urządzenia Hielscher Ultrasonics są precyzyjnie sterowane, łatwe w regulacji i mogą być monitorowane i obsługiwane za pomocą przeglądarki internetowej. Inteligentne oprogramowanie automatycznie zapisuje parametry przetwarzania na wbudowanej karcie SD. Funkcje te ułatwiają standaryzację procesów i jakości, a także wdrażanie dobrych praktyk produkcyjnych (GMP).

Zasada działania sonikacji

Ponieważ sonikacja jest zabiegiem czysto mechanicznym, nie dodaje się żadnych dodatków chemicznych, które mogłyby kolidować z filozofią czystych kosmetyków. Zastosowania ultradźwiękowe, takie jak mieszanie, mieszanie, emulgowanie, kapsułkowanie i ekstrakcja, opierają się na zasadzie działania kawitacji akustycznej.
Fale ultradźwiękowe o dużej mocy są sprzężone za pomocą procesora ultradźwiękowego typu sondy z zawiesiną. Wysoce energetyczne fale ultradźwiękowe przemieszczają się przez ciecz, tworząc naprzemienne cykle wysokiego / niskiego ciśnienia, co powoduje zjawisko kawitacji akustycznej. Kawitacja akustyczna lub ultradźwiękowa prowadzi lokalnie do ekstremalnych temperatur, ciśnień, szybkości ogrzewania / chłodzenia, różnic ciśnień i dużych sił ścinających w medium. Gdy pęcherzyki kawitacyjne implodują na powierzchni cząstek lub kropelek, mikrostrumienie i zderzenia międzycząsteczkowe generują takie efekty, jak złuszczanie powierzchni, erozja, rozpad cząstek, sonoporacja, a także rozerwanie kropelek i komórek. Dodatkowo, implozja pęcherzyków kawitacyjnych w ciekłych mediach tworzy makro-turbulencje i mikromieszanie. Promieniowanie ultradźwiękowe stanowi skuteczny sposób na usprawnienie procesów przenoszenia masy, ponieważ sonikacja powoduje kawitację i związane z nią mechanizmy, takie jak mikroruchy strumieni cieczy, kompresja i dekompresja w materiale z późniejszym rozerwaniem kropelek, a także wysokie szybkości ogrzewania i chłodzenia.
Ultradźwięki typu sondowego mogą generować bardzo wysokie amplitudy, co jest niezbędne do generowania kawitacji uderzeniowej. Hielscher Ultrasonic produkuje wysokowydajne procesory ultradźwiękowe, które mogą z łatwością tworzyć amplitudy 200 µm w ciągłej pracy 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud, Hielscher oferuje sonotrody (sondy) o wysokiej amplitudzie.
Do intensyfikacji kawitacji stosuje się ciśnieniowe reaktory ultradźwiękowe i komórki przepływowe. Wraz ze wzrostem ciśnienia, kawitacja i kawitacyjne siły ścinające stają się bardziej destrukcyjne i tym samym poprawiają efekty ultradźwiękowe.

Zalety ultradźwiękowego mieszania i emulgowania

Produkcja jednorodnych mieszanin, dyspersji, emulsji i nanoemulsji za pomocą sonifikacji spotkała się z zainteresowaniem formulatorów kosmetycznych ze względu na wyjątkową efektywność energetyczną, wymóg stosowania instrumentów mieszających low-end, łatwą manipulację systemem, a co najważniejsze, niski koszt produkcji. Ultradźwiękowe mieszanie, mieszanie i emulgowanie zwiększa elastyczność wyboru środka powierzchniowo czynnego i wewnętrznych struktur emulsji. (por. Marzuki et al. 2019)

Rozmiar cząsteczki ma znaczenie

Cząsteczki o rozmiarach submikronowych i nano wykazują znacznie zwiększoną szybkość przenikania przezskórnego. Podczas gdy duże cząsteczki osadzają się na wierzchu skóry i nie mogą przeniknąć przez skórę ze względu na swój rozmiar, mniejsze cząsteczki są w stanie przeniknąć przez naskórek.
Oznacza to, że związki bioaktywne są transportowane do głębszych warstw skóry, gdzie mogą wykonywać swoją "pracę", odżywiając lub naprawiając skórę.
Dobitnym przykładem znaczenia wielkości cząsteczki jest kwas hialuronowy, cząsteczka o długim łańcuchu. Jeśli kwas hialuronowy ma wysoką masę cząsteczkową, nie może przejść przez barierę skórną i pozostaje jako film na jej zewnętrznej warstwie. Z drugiej strony niskocząsteczkowy kwas hialuronowy jest transportowany do głębszych warstw skóry, gdzie utrzymuje swoje działanie nawilżające.
Innym przykładem znaczenia wielkości cząstek są dwutlenek tytanu i tlenek cynku. Oba są stosowane jako składniki aktywne w naturalnych produktach przeciwsłonecznych (np. balsamach, kremach nawilżających, sprayach). Równomiernie mały rozmiar cząstek jest ważny, aby uniknąć zatykania porów skóry i tym samym zapobiec powstawaniu wyprysków. Co więcej, mniejsze cząsteczki zmniejszają lub zapobiegają wybielającemu i rozświetlającemu działaniu filtrów przeciwsłonecznych.

Nanoemulsyfikacja ultradźwiękowa jest stosowana do wytwarzania obciążonych nanoemulsji, liposomów i nanocząstek stałych lipidów. Sonikacja wytwarza wąski rozkład kropel i nanostrukturalne cząstki.

Ulepszona penetracja skóry

Chemiczne środki zwiększające penetrację skóry obejmują materiały takie jak l-α-lecytyna, mocznik, kwasy tłuszczowe, etanol i glikole.

• Pęcherzykowe środki zwiększające penetrację skóry obejmują nośniki pęcherzykowe, takie jak liposomy i niosomy. Nośniki pęcherzykowe są silnymi systemami dostarczania aktywnych cząsteczek. Ze względu na swój skład mają one tę zaletę, że mogą przenosić zarówno cząsteczki hydrofilowe, jak i lipofilowe. Cząsteczki hydrofilowe są zamknięte w wodnym rdzeniu, a cząsteczki lipofilowe są wbudowane w błonę lipidową otaczającą wodny rdzeń. Ponieważ ściany pęcherzyków składają się z dwuwarstw fosfolipidowych w przypadku liposomów i syntetycznych środków powierzchniowo czynnych w przypadku niosomów, pęcherzyki są rozpuszczalne w wodzie, a tym samym wysoce biokompatybilne.
  Przeczytaj więcej o liposomach wytwarzanych ultradźwiękowo!
• Enzymatyczne środki zwiększające penetrację skóry obejmują enzymy, takie jak reduktaza HMGCoA i karboksylaza acetylo-CoA, które hamują kluczowe enzymy syntezy lipidów naskórka i zmieniają krytyczny stosunek molowy kluczowych lipidów warstwy rogowej naskórka.
• Mocznik, znany również jako karbamid, jest stosowany w celu zwiększenia wchłaniania innych aktywnych składników kosmetycznych, ponieważ zwiększa przepuszczalność skóry.

Ultradźwiękowo poprawiona biodostępność substancji czynnych w pielęgnacji skóry

Biodostępność definiuje się jako szybkość przenikania substancji czynnej do miejsca jej działania. Tak zwany współczynnik strumienia lub ilość substancji czynnej przenikającej w czasie jest określana w mikrogramach/cm.²/godzinę. W przypadku składników aktywnych w produktach kosmetycznych, docelowym miejscem działania składnika jest zazwyczaj dolna warstwa naskórka. Wyjątkiem są substancje czynne, takie jak tlenek cynku lub dwutlenek tytanu, powszechne składniki balsamów i sprayów przeciwsłonecznych, ponieważ te substancje mają swoje miejsce działania na powierzchni skóry, gdzie cząsteczki mogą rozwinąć swoją maksymalną zdolność pochłaniania promieniowania UV.
Na biodostępność składników aktywnych duży wpływ mają rodzaje stosowanych formulacji kosmetycznych. Powszechnie stosowanymi formulacjami w produktach kosmetycznych i pielęgnacyjnych są emulsje typu olej w wodzie (O/W), emulsje typu woda w oleju (W/O), emulsje typu woda w oleju (W/O/W), emulsje typu poliol w oleju, a także hydrożele. (Poliole stosowane w naturalnych preparatach kosmetycznych to sorbitol, mannitol itp.)

Ultradźwiękowe przygotowanie emulsji (czerwona woda / żółty olej). Kilka sekund sonikacji zamienia oddzielne fazy woda/olej w drobną emulsję.

Sonikacja dla zwiększenia przepuszczalności skóry

Przepuszczalność skóry, a tym samym biodostępność kosmetycznych substancji czynnych i kosmeceutyków można zwiększyć poprzez wpływ na barierę skórną lub poprzez zwiększenie rozpuszczalności aktywnych cząsteczek.
W celu obniżenia bariery skórnej i ułatwienia transportu cząsteczek aktywnych do niższych warstw naskórka, różnorodne substancje, takie jak rozpuszczalniki, fosfolipidy i pęcherzyki powierzchniowo czynne wykonane z fosfolipidów, a także środki złuszczające mogą poprawić penetrację substancji czynnych do głębszych warstw skóry.

• Stosowane rozpuszczalniki obejmują izosorbid dimetylu, etoksydiglikol, etanol i kwas oleinowy. Rozpuszczalniki te są wysoce kompatybilne z procesami mieszania ultradźwiękowego, mieszania i emulgowania.
• Fosfolipidy są dobrze znane z tego, że zwiększają penetrację skóry zarówno przez cząsteczki rozpuszczalne w oleju, jak i w wodzie. Powszechnie stosowanymi fosfolipidami są lecytyna, uwodorniona lecytyna, lizolecytyna i fosforan tokoferylu. Korzystają one z obróbki ultradźwiękowej, ponieważ sonikacja rozprowadza fosfolipidy równomiernie w zawiesinie.
• Pęcherzyki surfaktantów: Środki powierzchniowo czynne mogą tworzyć wielo- i jednokomórkowe pęcherzyki z substancjami czynnymi. Liposomy i stałe nanocząsteczki lipidowe są wybitnymi przykładami pęcherzyków penetrujących skórę, transportujących związki bioaktywne do miejsc docelowych. Ultradźwięki są najbardziej wydajną i skuteczną metodą wytwarzania liposomów, nanoliposomów i nanocząstek stało-lipidowych (SLN) o wysokim obciążeniu aktywnym, wydajności enkapsulacji (�), stabilności i biodostępności.
• Chemiczne środki złuszczające obejmują kwasy mlekowy, glikolowy, salicylowy i N-acetylo-glukozaminę. Peelingi mechaniczne obejmują drobne cząsteczki ścierne z węgla drzewnego, płatków kokosowych lub peelingu kawowego. Wszystkie te substancje można skutecznie rozproszyć za pomocą ultradźwięków.

Rozpuszczalność składników aktywnych w kosmetykach można zwiększyć poprzez kompleksy inkluzyjne, enkapsulację, submikronowe/nanoemulsje, a także skuteczną solubilizację w formulacji.

• Kompleksowanie inkluzyjne przy użyciu cyklodekstryn (takich jak alfa-, gamma-, hydroksypropylobeta-cyklodekstryna) uzyskuje się za pomocą ultradźwięków. Kompleksy cyklodekstrynowe wykazują wnękę, w której zamknięte są składniki bioaktywne. Enkapsulacja / kompleksowanie sprawia, że związki czynne są rozpuszczalne w wodzie, a tym samym biodostępne. Przeczytaj więcej o kompleksowaniu infuzji ultradźwiękowej!
• Fitoglikogen jest roślinną nanocząsteczką węglowodanową (polisacharydową) o wysokiej gęstości z wnęką, która może hermetyzować wiele różnych rodzajów substancji czynnych. Oktenylobursztynian fitoglikogenu (PG-OS) jest amfifilową nanocząsteczką węglowodanową, której dodatek nadaje emulsjom wysoką stabilność oksydacyjną lipidów. Emulsyfikacja ultradźwiękowa poprawia wytwarzanie jednorodnych, stabilnych emulsji fitoglikogenowych.
• Submikronowe i nanoemulsje są stosowane jako niewielkie systemy dostarczania, które sprawiają, że związki są rozpuszczalne w wodzie i umożliwiają transport składników aktywnych do miejsca docelowego. Mały rozmiar kropelek w skali nano zwiększa przepuszczalność przez barierę skórną do głębszych warstw skóry.
• Wysoce polarne emolienty są powszechnie stosowane w formulacjach do rozpuszczania hydrofobowych / nierozpuszczalnych w wodzie składników, ponieważ tylko kilka substancji czynnych jest niepolarnych. Często stosowane są następujące wysoce polarne emolienty: lauroilosarkozynian izopropylu, mleczan laurylu, benzoesan fenyloetylu, maleinian dioktylu i izosorbid dioktylu. Różne rodzaje filtrów przeciwsłonecznych są również znane jako wzmacniacze penetracji. Ultradźwiękowe mieszanie i dyspergowanie zapewnia jednorodną mieszaninę polarnych emolientów i składników aktywnych.

Wysokowydajne miksery ultradźwiękowe do czystych produktów kosmetycznych

Jako czysto mechaniczna obróbka mieszająca, sonikacja może być stosowana do produkcji wszelkiego rodzaju certyfikowanych naturalnych produktów kosmetycznych. Systemy Hielscher Ultrasonics są niezawodnymi maszynami stosowanymi w produkcji wysokiej jakości kosmetyków i środków terapeutycznych do formułowania nano-emulgowanych i liposomalnych kapsułkowanych związków bioaktywnych o najwyższej szybkości wchłaniania i biokompatybilności. Aby sprostać wymaganiom swoich klientów, Hielscher dostarcza ultrasonografy z kompaktowego ręcznego homogenizatora laboratoryjnego i ultrasonografów stołowych do w pełni przemysłowych systemów ultradźwiękowych do produkcji dużych ilości preparatów kosmetycznych. Ultradźwiękowe procesy formułowania kosmetyków i kosmeceutyków mogą być prowadzone jako wsadowe lub jako ciągły proces inline przy użyciu ultradźwiękowego reaktora przepływowego. Dostępna jest szeroka gama ultradźwiękowych sonotrod (sond) i naczyń reaktora, aby zapewnić optymalną konfigurację do produkcji liposomów. Wytrzymałość sprzętu ultradźwiękowego firmy Hielscher pozwala na pracę w trybie 24/7 pod dużym obciążeniem w wymagających środowiskach i zapewnia długi cykl życia maszyny.
Precyzyjna kontrola wszystkich ważnych parametrów procesu, takich jak amplituda, ciśnienie, temperatura i czas sonikacji sprawiają, że proces ultradźwiękowy jest niezawodny i powtarzalny. Hielscher Ultrasonics wie, jak ważna jest stale wysoka jakość produktu i wspiera producentów kosmetyków we wdrażaniu standaryzacji procesów i GMP (Good Manufacturing Practices) poprzez inteligentne oprogramowanie i automatyczne rejestrowanie danych. Nasze cyfrowe homogenizatory ultradźwiękowe automatycznie rejestrują wszystkie parametry procesu ultradźwiękowego na wbudowanej karcie SD. Cyfrowe wyświetlacze dotykowe i zdalne sterowanie przez przeglądarkę pozwalają na ciągłe monitorowanie procesu i umożliwiają precyzyjne dostosowanie parametrów procesu w razie potrzeby. Znacznie ułatwia to monitorowanie procesu i kontrolę jakości.
Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców: