Formulácia produktov čistej kozmetiky pomocou ultrazvuku

Prírodné zložky v bio kvalite (INCIs) v kombinácii s vysokou účinnosťou a biologickou dostupnosťou sú charakteristickými vlastnosťami inovatívnych produktov čistej kozmetiky. Ultrazvukové spracovanie sa používa ako vysoko účinná a spoľahlivá technika na miešanie, premiešavanie, dispergovanie, nanoemulgovanie a nanoenkapsuláciu kozmetických zložiek.

Prečo by ste mali pri výrobe svojich produktov čistej kozmetiky používať ultrazvukové spracovanie?

Miešanie, premiešavanie, dispergovanie a emulgovanie zložiek a enkapsulácia bioaktívnych molekúl sú základnými procesmi pri výrobe kozmetických výrobkov, výrobkov na starostlivosť o pokožku, skrášľovacích výrobkov a kozmeceutík. Spoľahlivé, účinné a homogénne vykonávanie týchto základných procesov je nevyhnutné na získanie vysokokvalitných kozmetických výrobkov so zvýšenými účinkami, účinnosťou a efektivitou konečného výrobku. Moderné technologicky vyspelé zložky sú vysoko vyvinuté látky, ktoré si na dosiahnutie požadovaných účinkov vyžadujú sofistikované zapracovanie do konečného výrobku.

Sonikácia – široké spektrum aplikácií

Sonikácia je vysoko účinná a spoľahlivá technika homogenizácie suspenzií kvapalina–kvapalina a tuhá látka–kvapalina. Enkapsulácia molekúl do lipidových nosičov nanometrových rozmerov (napr. lipozómov, niozómov, nanočastíc z tuhých lipidov, nanoštruktúrovaných lipidových nosičov, miciel atď.) je ďalšou dôležitou aplikáciou vysokovýkonného ultrazvuku.
Ultrazvukové spracovanie možno použiť v mnohých krokoch výroby čistých, výlučne prírodných kozmetických výrobkov, skrášľovacích výrobkov a výrobkov na starostlivosť o pokožku v bio kvalite a zvýšiť tak účinnosť miešania a enkapsulácie. Keďže ultrazvukové miešače zabezpečujú intenzívne premiešavanie a homogenizáciu, použitie chemických prísad, ktoré sa bežne pridávajú na dosiahnutie dlhšej stability a trvanlivosti, možno minimalizovať alebo sa mu úplne vyhnúť.
Sonikácia vám poskytuje konkurenčnú výhodu tým, že v rýchlom a účinnom procese dosahuje lepšie výsledky v podobe rovnomerných, homogénnych suspenzií. To priaznivo ovplyvňuje stabilitu výrobku, jeho trvanlivosť a biokompatibilitu.

Sonikácia – čisto mechanické spracovanie

Ultrazvukové spracovanie je šetrný, netepelný proces, pri ktorom nedochádza k degradácii surovín teplom. Mnohé zložky, ako sú lipidy, bioaktívne molekuly alebo éterické oleje, sú citlivé na teplo, a preto im riadené spracovanie pri nízkych teplotách výrazne prospieva. Zariadenia Hielscher Ultrasonics možno presne ovládať, jednoducho nastavovať a monitorovať a obsluhovať prostredníctvom diaľkového ovládania cez prehliadač. Inteligentný softvér automaticky zaznamenáva parametre spracovania na zabudovanú SD kartu. Tieto funkcie uľahčujú štandardizáciu procesov a kvality, ako aj zavádzanie správnej výrobnej praxe (GMP).

Princíp fungovania sonikácie

Keďže sonikácia je čisto mechanické spracovanie, nepridávajú sa žiadne prídavné chemické látky, ktoré by boli v rozpore s filozofiou čistej kozmetiky. Ultrazvukové aplikácie, ako sú miešanie, premiešavanie, emulgácia, enkapsulácia a extrakcia, sú založené na princípe akustickej kavitácie.
Ultrazvukové vlny s vysokým výkonom sa privádzajú do suspenzie prostredníctvom ultrazvukového procesora so sondou. Ultrazvukové vlny s vysokou energiou prechádzajú kvapalinou a vytvárajú striedajúce sa cykly vysokého / nízkeho tlaku, čo vedie k javu akustickej kavitácie. Akustická alebo ultrazvuková kavitácia vedie lokálne k extrémnym teplotám, tlakom, rýchlostiam ohrevu/ochladzovania, tlakovým rozdielom a vysokým šmykovým silám v médiu. Keď kavitačné bubliny implodujú na povrchu častíc alebo kvapôčok, mikroprúdy a zrážky medzi časticami vyvolávajú účinky, ako sú odlupovanie povrchu, erózia, rozpad častíc, sonoporácia, ako aj rozrušovanie kvapôčok a buniek. Implózia kavitačných bublín v kvapalných médiách navyše vytvára makroturbulencie a mikromiešanie. Pôsobenie ultrazvuku predstavuje účinný spôsob zintenzívnenia procesov prenosu hmoty, pretože sonikácia vyvoláva kavitáciu a s ňou súvisiace mechanizmy, ako sú mikropohyby vyvolané prúdmi kvapaliny, kompresia a dekompresia v materiáli s následným rozrušením kvapôčok, ako aj vysoké rýchlosti ohrevu a ochladzovania.
Ultrazvukové prístroje so sondou dokážu vytvárať veľmi vysoké amplitúdy, čo je potrebné na vyvolanie intenzívnej kavitácie. Hielscher Ultrasonic vyrába vysokovýkonné ultrazvukové procesory, ktoré dokážu bez problémov vytvárať amplitúdy 200µm v nepretržitej prevádzke 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy ponúka Hielscher špeciálne sonotródy (sondy) s vysokou amplitúdou.
Na zintenzívnenie kavitácie sa používajú ultrazvukové reaktory a prietokové cely, ktoré možno prevádzkovať pod tlakom. So zvyšujúcim sa tlakom sa kavitácia a kavitačné šmykové sily stávajú deštruktívnejšími, čím sa zosilňujú účinky ultrazvuku.

Výhody ultrazvukového premiešavania a emulgácie

Výroba homogénnych zmesí, disperzií, emulzií a nanoemulzií pomocou sonikácie vzbudila záujem vývojárov kozmetických formulácií vďaka svojej výnimočnej energetickej účinnosti, možnosti používať miešacie zariadenia nižšej triedy, jednoduchej obsluhe systému a predovšetkým nízkym výrobným nákladom. Ultrazvukové miešanie, premiešavanie a emulgácia zvyšujú flexibilitu pri výbere povrchovo aktívnych látok a vnútorných štruktúr emulzií. (porov. Marzuki et al. 2019)

Na veľkosti molekúl záleží

Molekuly so submikrónovými a nanometrovými rozmermi vykazujú výrazne zvýšenú rýchlosť transdermálneho prenikania. Zatiaľ čo veľké molekuly zostávajú na povrchu pokožky a pre svoju veľkosť do nej nemôžu preniknúť, menšie molekuly dokážu prechádzať cez epidermu.
To znamená, že bioaktívne zlúčeniny sa transportujú do hlbších vrstiev kože, kde môžu vykonávať svoju „prácu“ tým, že pokožku vyživujú alebo regenerujú.
Významným príkladom dôležitosti veľkosti molekúl je kyselina hyalurónová, molekula s dlhým reťazcom. Ak má kyselina hyalurónová vysokú molekulovú hmotnosť, nemôže prejsť cez kožnú bariéru a zostáva ako film na jej vonkajšej vrstve. Nízkomolekulová kyselina hyalurónová sa naopak transportuje do hlbších vrstiev kože, kde rozvíja svoje hydratačné účinky.
Ďalším príkladom dôležitosti veľkosti častíc sú oxid titaničitý a oxid zinočnatý. Oba sa používajú ako účinné zložky v prírodných prípravkoch na ochranu pred slnkom (napr. telové mlieka, hydratačné prípravky, spreje). Rovnomerne malá veľkosť častíc je dôležitá na zabránenie upchávaniu kožných pórov, a tým aj vzniku vyrážok. Okrem toho sa pri menších časticiach znižuje alebo eliminuje bieliaci účinok prípravkov na ochranu pred slnkom a lesk, ktorý vytvárajú na pokožke.

Ultrazvuková nanoemulgácia sa používa na výrobu nanoemulzií s náplňou, lipozómov a nanočastíc z tuhých lipidov. Sonikácia vytvára úzku distribúciu veľkosti kvapôčok a nanoštruktúrované častice.

Lepšie prenikanie do pokožky

Medzi chemické látky podporujúce prenikanie do pokožky patria látky ako l-α-lecitín, močovina, mastné kyseliny, etanol a glykoly.

• Medzi vezikulárne prostriedky podporujúce prenikanie do pokožky patria vezikulárne nosiče, ako sú lipozómy a niozómy. Vezikulárne nosiče sú účinné systémy na transport aktívnych molekúl. Vďaka svojmu zloženiu ponúkajú výhodu prenosu hydrofilných aj lipofilných molekúl. Hydrofilné molekuly sú enkapsulované vo vodnom jadre a lipofilné molekuly sú začlenené do lipidovej membrány obklopujúcej vodné jadro. Keďže steny vezikúl tvoria v prípade lipozómov fosfolipidové dvojvrstvy a v prípade niozómov syntetické povrchovo aktívne látky, vezikuly sú rozpustné vo vode, a teda vysoko biokompatibilné.
  Prečítajte si viac o lipozómoch vyrábaných ultrazvukom!
• Medzi enzymatické látky podporujúce prenikanie do pokožky patria enzýmy ako HMGCoA reduktáza a acetyl-CoA karboxyláza, ktoré inhibujú kľúčové enzýmy syntézy epidermálnych lipidov a menia rozhodujúci molárny pomer hlavných lipidov rohovej vrstvy pokožky.
• Močovina, známa aj ako karbamid, sa používa na zlepšenie vstrebávania iných účinných kozmetických zložiek, pretože zvyšuje priepustnosť pokožky.

Ultrazvukom zlepšená biologická dostupnosť účinných látok v starostlivosti o pokožku

Biologická dostupnosť je definovaná ako rýchlosť prenikania účinnej látky na miesto jej pôsobenia. Takzvaná hustota toku, čiže množstvo účinnej látky prenikajúcej v priebehu času, sa určuje v mikrogramoch/cm²/hodinu. Pri účinných zložkách kozmetických výrobkov je cieľovým miestom pôsobenia zložky zvyčajne spodná časť epidermy. Výnimkou sú účinné látky ako oxid zinočnatý alebo oxid titaničitý, bežné zložky opaľovacích mliek a sprejov, pretože tieto látky pôsobia na povrchu pokožky, kde môžu častice naplno využiť svoju maximálnu schopnosť absorbovať UV žiarenie.
Biologickú dostupnosť účinných zložiek výrazne ovplyvňujú typy použitých kozmetických formulácií. Medzi bežné formulácie kozmetických výrobkov a výrobkov osobnej starostlivosti patria emulzie typu olej vo vode (O/W), emulzie typu voda v oleji (W/O), emulzie typu voda v oleji vo vode (W/O/W), emulzie typu polyol v oleji, ako aj hydrogély. (Polyoly používané v prírodných kozmetických formuláciách sú sorbitol, manitol atď.).

Ultrazvuková príprava emulzie (červená voda / žltý olej). Niekoľko sekúnd sonikácie premení oddelené fázy vody a oleja na jemnú emulziu.

Sonikácia na zvýšenie priepustnosti pokožky

Priepustnosť pokožky, a tým aj biologickú dostupnosť kozmetických účinných látok a kozmeceutík, možno zvýšiť buď ovplyvnením kožnej bariéry, alebo zvýšením rozpustnosti aktívnych molekúl.
Na oslabenie kožnej bariéry a uľahčenie transportu aktívnych molekúl do spodnej časti epidermy môžu rôzne látky, ako sú rozpúšťadlá, fosfolipidy a vezikuly povrchovo aktívnych látok vytvorené z fosfolipidov, ako aj exfolianty, zlepšiť prenikanie účinných látok do hlbších vrstiev pokožky.

• Medzi používané rozpúšťadlá patria dimetylizosorbid, etoxydiglykol, etanol a kyselina olejová. Tieto rozpúšťadlá sú vysoko kompatibilné s procesmi ultrazvukového miešania, zmiešavania a emulgácie.
• Fosfolipidy sú dobre známe tým, že zlepšujú prenikanie molekúl rozpustných v oleji aj vo vode do pokožky. Bežne používanými fosfolipidmi sú lecitín, hydrogenovaný lecitín, lyzolecitín a tokoferylfosfát. Ultrazvukové spracovanie je pre ne prínosné, pretože sonikácia rovnomerne rozptyľuje fosfolipidy v suspenzii.
• Vezikuly z povrchovo aktívnych látok: Povrchovo aktívne látky môžu tvoriť multilamelárne a unilamelárne vezikuly s účinnými látkami. Lipozómy a tuhé lipidové nanočastice sú významnými príkladmi vezikúl prenikajúcich do pokožky, ktoré transportujú bioaktívne zlúčeniny na cieľové miesta. Ultrazvukové spracovanie je najefektívnejšou a najúčinnejšou metódou výroby lipozómov, nanolipozómov a tuhých lipidových nanočastíc (SLNs) s vysokým obsahom účinných látok, vysokou účinnosťou enkapsulácie (%EE), stabilitou a biologickou dostupnosťou.
• Medzi chemické exfolianty patria kyselina mliečna, glykolová a salicylová a N-acetylglukozamín. Mechanické peelingy obsahujú nepatrné abrazívne častice z dreveného uhlia, kokosových vločiek alebo kávového peelingu. Všetky tieto látky možno účinne dispergovať ultrazvukom.

Rozpustnosť účinných látok v kozmetike možno zvýšiť pomocou inklúznych komplexov, enkapsulácie, submikrónových emulzií a nanoemulzií, ako aj účinnou solubilizáciou v prípravku.

• Tvorba inklúznych komplexov pomocou cyklodextrínov (ako sú alfa-, gama- a hydroxypropyl-beta-cyklodextrín) sa dosahuje ultrazvukovým spracovaním. Cyklodextrínové komplexy majú dutinu, v ktorej sú enkapsulované bioaktívne zložky. Enkapsulácia / komplexácia robí účinné zlúčeniny rozpustnými vo vode, a tým biologicky dostupnými. Prečítajte si viac o ultrazvukovej infúznej komplexácii!
• Fytoglykogén je sacharidová (polysacharidová) nanočastica rastlinného pôvodu s vysokou hustotou a dutinou, ktorá môže enkapsulovať mnoho rôznych druhov účinných látok. Oktenylsukcinát fytoglykogénu (PG-OS) je amfifilná sacharidová nanočastica, ktorej pridanie zabezpečuje emulziám vysokú oxidačnú stabilitu lipidov. Ultrazvuková emulgácia zlepšuje tvorbu homogénnych, stabilných fytoglykogénových emulzií.
• Submikrónové emulzie a nanoemulzie sa používajú ako miniatúrne transportné systémy, ktoré zabezpečujú rozpustnosť zlúčenín vo vode a umožňujú transport účinných látok na cieľové miesto. Malá veľkosť kvapôčok v nanometrovej škále zvyšuje ich priepustnosť cez kožnú bariéru do hlbších vrstiev pokožky.
• Vysoko polárne emolienciá sa bežne používajú v prípravkoch na solubilizáciu hydrofóbnych / vo vode nerozpustných zložiek, keďže len málo účinných látok je nepolárnych. Často sa používajú tieto vysoko polárne emolienciá: izopropyllauroylsarkozinát, lauryllaktát, fenyletylbenzoát, dioktylmaleát a dioktylizosorbid. Aj rôzne druhy prípravkov na ochranu pred slnkom sú známe tým, že zvyšujú prenikanie do pokožky. Ultrazvukové miešanie a dispergovanie zabezpečujú homogénnu zmes polárnych emoliencií a účinných látok.

Vysokovýkonné ultrazvukové miešače na produkty čistej kozmetiky

Sonikáciu možno ako čisto mechanické miešanie použiť na výrobu všetkých druhov certifikovaných prírodných kozmetických výrobkov. Systémy Hielscher Ultrasonics sú spoľahlivé zariadenia používané pri výrobe vysokokvalitnej kozmetiky a terapeutických prípravkov na formulovanie nanoemulgovaných a v lipozómoch enkapsulovaných bioaktívnych zlúčenín s vynikajúcou rýchlosťou vstrebávania a biokompatibilitou. Na splnenie požiadaviek svojich zákazníkov dodáva Hielscher ultrazvukové zariadenia od kompaktného ručného laboratórneho homogenizátora a stolových ultrazvukových zariadení až po plne priemyselné ultrazvukové systémy na výrobu veľkých objemov kozmetických prípravkov. Ultrazvukové procesy formulovania kozmetiky a kozmeceutík môžu prebiehať vsádzkovo alebo ako kontinuálny proces v prietokovej linke s použitím ultrazvukového prietokového reaktora. K dispozícii je široký sortiment ultrazvukových sonotród (sond) a reaktorových nádob na zabezpečenie optimálnej zostavy na vašu výrobu lipozómov. Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje prevádzku 24/7 pri vysokom zaťažení v náročných prostrediach a zabezpečuje dlhú životnosť zariadení.
Presné riadenie všetkých dôležitých procesných parametrov, ako sú amplitúda, tlak, teplota a čas sonikácie, zabezpečuje spoľahlivosť a reprodukovateľnosť ultrazvukového procesu. Hielscher Ultrasonics si uvedomuje význam trvalo vysokej kvality výrobkov a pomocou inteligentného softvéru a automatického zaznamenávania údajov podporuje výrobcov kozmetiky pri zavádzaní štandardizácie procesov a správnej výrobnej praxe (GMP). Naše digitálne ultrazvukové homogenizátory automaticky zaznamenávajú všetky parametre ultrazvukového procesu na zabudovanú SD kartu. Digitálne dotykové displeje a diaľkové ovládanie cez prehliadač umožňujú nepretržité monitorovanie procesu a presné nastavenie procesných parametrov vždy, keď je to potrebné. To výrazne uľahčuje monitorovanie procesu a kontrolu kvality.
Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových zariadení: