Formularea produselor clean beauty cu ultrasunete

Ingredientele naturale, organice (INCI), combinate cu o eficacitate și o biodisponibilitate ridicate, sunt caracteristicile produselor clean beauty inovatoare. Ultrasonicarea este utilizată ca tehnică extrem de eficientă și fiabilă pentru a amesteca, combina, dispersa, nanoemulsiona și nanoîncapsula ingredientele cosmetice.

De ce ar trebui să utilizați ultrasonicarea pentru produsele dumneavoastră clean beauty?

Amestecarea, combinarea, dispersarea, emulsionarea ingredientelor și încapsularea moleculelor bioactive sunt procese de bază în fabricarea produselor cosmetice, de îngrijire a pielii, de înfrumusețare și cosmeceutice. Executarea fiabilă, eficientă și omogenă a acestor procese de bază este esențială pentru a obține produse cosmetice de înaltă calitate, cu efecte, potență și eficiență sporite ale produsului final. Ingredientele moderne high-tech sunt substanțe foarte avansate, care necesită o încorporare sofisticată în produsul final pentru a obține efectele dorite.

Sonicarea – un spectru larg de aplicații

Sonicarea este o tehnică extrem de eficientă și fiabilă de omogenizare a suspensiilor lichid-lichid și solid-lichid. Încapsularea moleculelor în purtători lipidici de dimensiuni nanometrice (de ex. lipozomi, niozomi, nanoparticule lipidice solide, purtători lipidici nanostructurați, micele etc.) este o altă aplicație importantă a ultrasunetelor de înaltă performanță.
Ultrasonicarea poate fi aplicată în multe etape ale producției de produse cosmetice, de înfrumusețare și de îngrijire a pielii curate, complet naturale și organice și poate îmbunătăți eficiența aplicațiilor de amestecare și încapsulare. Deoarece mixerele cu ultrasunete asigură o combinare și o omogenizare intense, utilizarea aditivilor chimici adăugați de obicei pentru a obține o stabilitate și un termen de valabilitate prelungite poate fi minimizată sau evitată complet.
Sonicarea vă oferă un avantaj competitiv prin obținerea unor rezultate superioare într-un proces rapid și eficient, care conduce la suspensii uniforme, omogene. Acest lucru influențează pozitiv stabilitatea produsului, termenul de valabilitate și biocompatibilitatea.

Sonicarea – un tratament pur mecanic

Ultrasonicarea este un tratament blând, non-termic, care nu degradează materiile prime prin căldură. Multe ingrediente, precum lipidele, moleculele bioactive sau uleiurile esențiale, sunt sensibile la căldură și beneficiază, prin urmare, în mare măsură de procesarea controlată la temperatură scăzută. Dispozitivele Hielscher Ultrasonics sunt controlabile cu precizie, ușor de reglat și pot fi monitorizate și operate prin control de la distanță prin browser. Software-ul inteligent înregistrează automat parametrii de procesare pe un card SD încorporat. Aceste caracteristici facilitează standardizarea proceselor și a calității, precum și implementarea Bunelor Practici de Fabricație (GMP).

Principiul de funcționare al sonicării

Deoarece sonicarea este un tratament pur mecanic, nu se adaugă substanțe chimice aditive care ar contraveni filozofiei cosmeticelor curate. Aplicațiile cu ultrasunete precum amestecarea, combinarea, emulsionarea, încapsularea și extracția se bazează pe principiul de funcționare al cavitației acustice.
Undele ultrasonice de mare putere sunt cuplate în suspensie prin intermediul unui procesor cu ultrasunete de tip sondă. Undele ultrasonice de înaltă energie se propagă prin lichid, creând cicluri alternante de presiune înaltă / presiune joasă, care au ca rezultat fenomenul de cavitație acustică. Cavitația acustică sau ultrasonică duce local la temperaturi, presiuni, viteze de încălzire/răcire și diferențe de presiune extreme, precum și la forțe mari de forfecare în mediu. Atunci când bulele de cavitație implodează pe suprafața particulelor sau a picăturilor, microjeturile și coliziunile interparticulare generează efecte precum exfolierea suprafeței, eroziunea, fragmentarea particulelor, sonoporarea, precum și dezintegrarea picăturilor și a celulelor. În plus, implozia bulelor de cavitație în medii lichide creează macroturbulențe și micromixare. Iradierea cu ultrasunete reprezintă o modalitate eficientă de a intensifica procesele de transfer de masă, deoarece sonicarea produce cavitație și mecanismele asociate acesteia, precum micromișcarea prin jeturi de lichid, compresia și decompresia în material, cu dezintegrarea ulterioară a picăturilor, precum și viteze mari de încălzire și răcire.
Sonicatoarele cu sondă pot genera amplitudini foarte mari, necesare pentru a genera o cavitație puternică. Hielscher Ultrasonic fabrică procesoare cu ultrasunete de înaltă performanță, care pot crea cu ușurință amplitudini de 200µm în funcționare continuă 24/7. Pentru amplitudini și mai mari, Hielscher oferă sonotrode (sonde) speciale de amplitudine înaltă.
Reactoarele cu ultrasunete și celulele de flux presurizabile sunt utilizate pentru a intensifica cavitația. Odată cu creșterea presiunii, cavitația și forțele de forfecare cavitaționale devin mai distructive și îmbunătățesc astfel efectele ultrasonice.

Avantajele combinării și emulsionării cu ultrasunete

Producerea de amestecuri, dispersii, emulsii și nanoemulsii omogene prin sonicare a atras interesul formulatorilor de cosmetice datorită eficienței energetice excepționale, necesității doar a unor instrumente de amestecare de nivel de bază, manipulării ușoare a sistemului și, cel mai important, costului redus de producție. Amestecarea, combinarea și emulsionarea cu ultrasunete cresc flexibilitatea în selectarea surfactantului și a structurilor interne ale emulsiilor. (cf. Marzuki et al. 2019)

Dimensiunea moleculelor contează

Moleculele de dimensiuni submicronice și nanometrice prezintă o rată de permeație transdermică semnificativ crescută. În timp ce moleculele mari rămân pe suprafața pielii și nu pot pătrunde în piele din cauza dimensiunii lor, moleculele mai mici pot trece prin epidermă.
Aceasta înseamnă că compușii bioactivi sunt transportați în straturile dermice mai profunde, unde își pot îndeplini „munca”, hrănind sau reparând pielea.
Un exemplu proeminent pentru relevanța dimensiunii moleculare este acidul hialuronic, o moleculă cu lanț lung. Dacă acidul hialuronic are o greutate moleculară mare, nu poate trece prin bariera cutanată și rămâne ca o peliculă pe stratul exterior al acesteia. Acidul hialuronic cu greutate moleculară mică, pe de altă parte, este transportat în straturile mai profunde ale pielii, unde își desfășoară efectele hidratante.
Un alt exemplu pentru relevanța dimensiunii particulelor îl reprezintă dioxidul de titan și oxidul de zinc. Ambele sunt utilizate ca ingrediente active în produsele naturale de protecție solară (de ex. loțiuni, creme hidratante, spray-uri). O dimensiune a particulelor uniform mică este importantă pentru a evita înfundarea porilor pielii și a preveni astfel erupțiile. În plus, cu particule mai mici, efectul de albire și strălucire al produselor de protecție solară este redus sau evitat.

Nanoemulsionarea cu ultrasunete este utilizată pentru a produce nanoemulsii, lipozomi și nanoparticule lipidice solide încărcate. Sonicarea produce o distribuție îngustă a picăturilor și particule nanostructurate.

Penetrare îmbunătățită în piele

Potențatorii chimici ai penetrării cutanate includ materiale precum l-α-lecitina, ureea, acizii grași, etanolul și glicolii.

• Potențatorii veziculari ai penetrării cutanate includ purtători veziculari precum lipozomii și niozomii. Purtătorii veziculari sunt sisteme de livrare eficiente pentru moleculele active. Datorită compoziției lor, aceștia oferă avantajul de a transporta atât molecule hidrofile, cât și molecule lipofile. Moleculele hidrofile sunt încapsulate în miezul apos, iar moleculele lipofile sunt încorporate în membrana lipidică ce înconjoară miezul apos. Deoarece pereții veziculelor sunt alcătuiți din straturi duble fosfolipidice în cazul lipozomilor și, respectiv, din surfactanți sintetici în cazul niozomilor, veziculele sunt solubile în apă și, prin urmare, foarte biocompatibile.
  Citiți mai multe despre lipozomii produși cu ultrasunete!
• Potențatorii enzimatici ai penetrării cutanate includ enzime precum HMGCoA reductaza și acetil CoA carboxilaza, care inhibă enzime-cheie ale sintezei lipidelor epidermice și modifică raportul molar critic al lipidelor-cheie din stratum corneum.
• Ureea, cunoscută și sub denumirea de carbamidă, este utilizată pentru a spori absorbția altor ingrediente cosmetice active, deoarece crește permeabilitatea pielii.

Biodisponibilitate îmbunătățită cu ultrasunete a substanțelor active în îngrijirea pielii

Biodisponibilitatea este definită ca rata de penetrare a unui compus activ până la atingerea locului său de acțiune. Așa-numita rată de flux sau cantitatea de substanță activă care penetrează în timp se determină în micrograme/cm²/oră. Pentru ingredientele active din produsele cosmetice, locul țintă de acțiune al unui ingredient este de obicei epiderma inferioară. Excepție fac substanțele active precum oxidul de zinc sau dioxidul de titan, ingrediente obișnuite în loțiunile și spray-urile de protecție solară, deoarece aceste substanțe își au locul de acțiune la suprafața pielii, unde particulele își pot desfășura capacitatea maximă de absorbție UV.
Biodisponibilitatea ingredientelor active este puternic influențată de tipurile de formulări cosmetice utilizate. Formulările obișnuite în produsele de înfrumusețare și de îngrijire personală sunt emulsiile ulei-în-apă (O/W), emulsiile apă-în-ulei (W/O), emulsiile apă-în-ulei-în-apă (W/O/W), emulsiile poliol-în-ulei, precum și hidrogelurile. (Poliolii utilizați în formulările cosmetice naturale sunt sorbitolul, manitolul etc.).

Prepararea cu ultrasunete a unei emulsii (apă roșie / ulei galben). Câteva secunde de sonicare transformă fazele separate de apă/ulei într-o emulsie fină.

Sonicarea pentru o permeabilitate cutanată crescută

Permeabilitatea pielii și, prin urmare, biodisponibilitatea substanțelor active cosmetice și a cosmeceuticelor pot fi crescute fie prin influențarea barierei cutanate, fie prin creșterea solubilității moleculelor active.
Pentru a reduce bariera cutanată și a facilita transportul moleculelor active în epiderma inferioară, numeroase substanțe, precum solvenții, fosfolipidele și veziculele de surfactanți obținute din fosfolipide, precum și exfoliantele, pot îmbunătăți penetrarea substanțelor active în straturile mai profunde ale pielii.

• Solvenții utilizați includ dimetil izosorbidul, etoxidiglicolul, etanolul și acidul oleic. Acești solvenți sunt foarte compatibili cu procesele de amestecare, combinare și emulsionare cu ultrasunete.
• Fosfolipidele sunt bine cunoscute pentru că sporesc penetrarea cutanată atât a moleculelor liposolubile, cât și a celor hidrosolubile. Fosfolipidele utilizate în mod obișnuit sunt lecitina, lecitina hidrogenată, lizolecitina și tocoferil fosfatul. Acestea beneficiază de procesarea cu ultrasunete, deoarece sonicarea distribuie uniform fosfolipidele în suspensie.
• Vezicule de surfactanți: surfactanții pot forma vezicule multilamelare și unilamelare cu substanțele active. Lipozomii și nanoparticulele lipidice solide sunt exemple proeminente de vezicule care penetrează pielea și transportă compuși bioactivi către locurile țintă. Ultrasonicarea este cea mai eficientă și eficace metodă de producere a lipozomilor, nanolipozomilor și nanoparticulelor lipidice solide (SLN) cu o încărcare activă, o eficiență de încapsulare (%EE), o stabilitate și o biodisponibilitate ridicate.
• Exfoliantele chimice includ acizii lactic, glicolic, salicilic și N-acetil-glucozamina. Peelingurile mecanice includ particule abrazive minuscule din cărbune, fulgi de cocos sau scrub de cafea. Toate aceste substanțe pot fi dispersate eficient prin ultrasonicare.

Solubilitatea ingredientelor active din cosmetice poate fi crescută prin complecși de incluziune, încapsulare, emulsii submicronice/nanoemulsii, precum și prin solubilizarea eficientă în formulare.

• Complexarea de incluziune cu ajutorul ciclodextrinelor (precum alfa-, gama-, hidroxipropil-beta-ciclodextrina) se realizează prin ultrasonicare. Complecșii de ciclodextrină prezintă o cavitate în care sunt încapsulate ingredientele bioactive. Încapsularea / complexarea face ca compușii activi să fie solubili în apă și, prin urmare, biodisponibili. Citiți mai multe despre complexarea prin infuzie cu ultrasunete!
• Fitoglicogenul este o nanoparticulă glucidică (polizaharidă) de origine vegetală, cu densitate mare, având o cavitate care poate încapsula multe tipuri diferite de substanțe active. Octenil succinatul de fitoglicogen (PG-OS) este o nanoparticulă glucidică amfifilă, a cărei adăugare conferă emulsiilor o stabilitate oxidativă ridicată a lipidelor. Emulsionarea cu ultrasunete îmbunătățește obținerea unor emulsii de fitoglicogen omogene și stabile.
• Emulsiile submicronice și nanoemulsiile sunt utilizate ca sisteme de livrare minuscule, care fac compușii solubili în apă și permit transportul ingredientelor active la locul țintă. Dimensiunea mică, la scară nanometrică, a picăturilor crește permeabilitatea prin bariera cutanată către straturile mai profunde ale pielii.
• Emolienții foarte polari sunt utilizați frecvent în formulări pentru a solubiliza ingredientele hidrofobe / insolubile în apă, deoarece doar puține substanțe active sunt nepolare. Se utilizează frecvent următorii emolienți foarte polari: izopropil lauroil sarcozinat, lauril lactat, fenil etil benzoat, dioctil maleat și dioctil izosorbid. Se știe că diverse tipuri de produse de protecție solară sunt, de asemenea, potențatori ai penetrării. Amestecarea și dispersarea cu ultrasunete asigură un amestec omogen de emolienți polari și ingrediente active.

Mixere cu ultrasunete de înaltă performanță pentru produse clean beauty

Ca tratament de amestecare pur mecanic, sonicarea poate fi utilizată pentru producția tuturor tipurilor de produse cosmetice naturale certificate. Sistemele Hielscher Ultrasonics sunt mașini fiabile utilizate în producția de cosmetice și produse terapeutice de înaltă calitate pentru formularea compușilor bioactivi nanoemulsionați și încapsulați lipozomal, cu o rată de absorbție și o biocompatibilitate superioare. Pentru a răspunde cerințelor clienților săi, Hielscher furnizează sonicatoare de la omogenizatorul de laborator compact ținut în mână și sonicatoarele de banc până la sisteme cu ultrasunete complet industriale pentru producția de volume mari de formulări cosmetice. Procesele de formulare cu ultrasunete ale cosmeticelor și cosmeceuticelor pot fi realizate în regim batch sau ca proces continuu inline, folosind un reactor cu ultrasunete cu flux continuu. O gamă largă de sonotrode cu ultrasunete (sonde) și vase de reacție este disponibilă pentru a asigura o configurație optimă pentru producția dumneavoastră de lipozomi. Robustețea echipamentelor cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim intensiv, în medii solicitante, și asigură un ciclu de viață îndelungat al mașinii.
Controlul precis al tuturor parametrilor de proces importanți, precum amplitudinea, presiunea, temperatura și timpul de sonicare, face ca procesul cu ultrasunete să fie fiabil și reproductibil. Hielscher Ultrasonics cunoaște importanța unei calități constant ridicate a produselor și sprijină producătorii de cosmetice în implementarea standardizării proceselor și a GMP (Bune Practici de Fabricație) prin software inteligent și înregistrare automată a datelor. Omogenizatoarele noastre digitale cu ultrasunete înregistrează automat toți parametrii procesului cu ultrasunete pe un card SD încorporat. Afișajele tactile digitale și controlul de la distanță prin browser permit monitorizarea continuă a procesului și ajustarea precisă a parametrilor de proces ori de câte ori este necesar. Acest lucru facilitează semnificativ monitorizarea procesului și controlul calității.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a sonicatoarelor noastre: