Формулисање производа чисте козметике помоћу ултразвука

Природни, органски састојци (INCIs) у комбинацији са високом делотворношћу и биорасположивошћу одлике су иновативних производа чисте козметике. Ултразвучна обрада користи се као високо ефикасна и поуздана техника за мешање, смешавање, дисперговање, наноемулговање и наноинкапсулацију козметичких састојака.

Зашто треба да користите ултразвучну обраду за своје производе чисте козметике?

Мешање, смешавање, дисперговање и емулговање састојака, као и инкапсулација биоактивних молекула, основни су процеси у производњи козметичких производа, производа за негу коже, производа за лепоту и козмецеутских производа. Поуздано, ефикасно и хомогено извођење ових основних процеса неопходно је за добијање висококвалитетних козметичких производа са појачаним дејством, делотворношћу и ефикасношћу крајњег производа. Савремени високотехнолошки састојци су високоразвијене супстанце које захтевају софистицирано уграђивање у крајњи производ како би се постигли жељени ефекти.

Соникација – широк спектар примена

Соникација је високо ефикасна и поуздана техника хомогенизације суспензија течност–течност и чврсто–течност. Инкапсулација молекула у липидне носаче нанометарских димензија (нпр. липозоме, ниозоме, наночестице чврстих липида, наноструктурисане липидне носаче, мицеле итд.) још је једна важна примена ултразвука високих перформанси.
Ултразвучна обрада може се применити у многим фазама производње чистих, потпуно природних, органских козметичких производа, производа за лепоту и негу коже и побољшати ефикасност поступака мешања и инкапсулације. Пошто ултразвучне мешалице обезбеђују интензивно смешавање и хомогенизацију, употреба хемијских адитива који се обично додају ради постизања продужене стабилности и рока трајања може се свести на минимум или потпуно избећи.
Соникација вам пружа конкурентску предност постизањем врхунских резултата у брзом и ефикасном процесу којим се добијају уједначене, хомогене суспензије. То позитивно утиче на стабилност производа, рок трајања и биокомпатибилност.

Соникација – искључиво механичка обрада

Ултразвучна обрада је благ, нетермички поступак који не разграђује сировине топлотом. Многи састојци, попут липида, биоактивних молекула или етарских уља, осетљиви су на топлоту, па им контролисана обрада на ниским температурама веома погодује. Уређаји Hielscher Ultrasonics омогућавају прецизну контролу, лако подешавање, као и праћење и даљинско управљање преко прегледача. Паметни софтвер аутоматски бележи параметре обраде на уграђену SD картицу. Ове функције олакшавају стандардизацију процеса и квалитета, као и примену добре произвођачке праксе (GMP).

Принцип рада соникације

Пошто је соникација чисто механички третман, не додају се хемијски адитиви који би били у супротности са филозофијом чисте козметике. Ултразвучне примене као што су мешање, умешавање, емулговање, инкапсулација и екстракција заснивају се на принципу деловања акустичне кавитације.
Ултразвучни таласи велике снаге уводе се у суспензију помоћу ултразвучног процесора са сондом. Ултразвучни таласи високе енергије простиру се кроз течност, стварајући наизменичне циклусе високог / ниског притиска, што доводи до појаве акустичне кавитације. Акустична или ултразвучна кавитација локално доводи до екстремних температура, притисака, брзина загревања/хлађења, разлика у притиску и великих сила смицања у медијуму. Када кавитациони мехурићи имплодирају на површини честица или капљица, микромлазеви и судари између честица изазивају ефекте као што су љуштење површине, ерозија, уситњавање честица, сонопорација, као и разарање капљица и ћелија. Поред тога, имплозија кавитационих мехурића у течним медијумима ствара макротурбуленције и микромешање. Излагање ултразвуку представља ефикасан начин за побољшање процеса преноса масе, јер соникација доводи до кавитације и са њом повезаних механизама, као што су микропомерања изазвана млазевима течности, компресија и декомпресија у материјалу са накнадним разарањем капљица, као и велике брзине загревања и хлађења.
Ултразвучни уређаји са сондом могу да генеришу веома високе амплитуде, што је неопходно за стварање кавитације са снажним дејством. Hielscher Ultrasonic производи ултразвучне процесоре високих перформанси, који лако могу да остваре амплитуде од 200µm у непрекидном раду 24/7. За још више амплитуде, Hielscher нуди посебне сонотроде (сонде) за високе амплитуде.
Ултразвучни реактори и проточне ћелије који се могу ставити под притисак користе се за појачавање кавитације. Са повећањем притиска, кавитација и силе смицања изазване кавитацијом постају разорније и тиме побољшавају ултразвучне ефекте.

Предности ултразвучног умешавања и емулговања

Производња хомогених смеша, дисперзија, емулзија и наноемулзија соникацијом привукла је пажњу стручњака за формулацију козметичких производа због изузетне енергетске ефикасности овог поступка, потребе за једноставном опремом за мешање, лаког руковања системом и, што је најважније, ниских трошкова производње. Ултразвучно мешање, умешавање и емулговање повећавају флексибилност при избору површински активних материја и унутрашњих структура емулзија. (уп. Marzuki et al. 2019)

Величина молекула је важна

Молекули субмикронских и нанометарских величина показују знатно повећану брзину трансдермалног продирања. Док велики молекули остају на површини коже и због своје величине не могу да продру у кожу, мањи молекули могу да прођу кроз епидермис.
То значи да се биоактивна једињења транспортују у дубље слојеве дермиса, где могу да обаве свој „посао“ тако што хране или обнављају кожу.
Истакнут пример значаја величине молекула је хијалуронска киселина, молекул са дугим ланцем. Ако хијалуронска киселина има велику молекулску масу, не може да прође кроз кожну баријеру и остаје као филм на њеном спољашњем слоју. С друге стране, хијалуронска киселина мале молекулске масе транспортује се у дубље слојеве коже, где испољава своје хидратантно дејство.
Други пример значаја величине честица су титанијум-диоксид и цинк-оксид. Оба се користе као активни састојци у природним производима за заштиту од сунца (нпр. лосионима, хидратантним средствима, спрејевима). Уједначено мала величина честица важна је да би се избегло зачепљивање пора коже и тиме спречила појава бубуљица. Поред тога, са мањим честицама смањује се или избегава ефекат избељивања и сјаја који стварају средства за заштиту од сунца.

Ултразвучна наноемулзификација користи се за производњу наноемулзија, липозома и чврстих липидних наночестица са инкапсулираним супстанцама. Соникацијом се добијају уска расподела величина капљица и наноструктуриране честице.

Побољшано продирање кроз кожу

Хемијски појачивачи продирања кроз кожу обухватају супстанце као што су l-α-лецитин, уреа, масне киселине, етанол и гликоли.

• Везикуларни појачивачи продирања кроз кожу обухватају везикуларне носаче као што су липозоми и ниозоми. Везикуларни носачи су моћни системи за испоруку активних молекула. Захваљујући свом саставу, имају предност да могу преносити и хидрофилне и липофилне молекуле. Хидрофилни молекули се инкапсулирају у водено језгро, а липофилни молекули се уграђују у липидну мембрану која окружује водено језгро. Пошто се зидови везикула код липозома састоје од фосфолипидних двослојева, а код ниозома од синтетичких површински активних материја, везикуле су растворљиве у води и стога веома биокомпатибилне.
  Прочитајте више о липозомима произведеним ултразвуком!
• Ензимски појачивачи продирања кроз кожу обухватају ензиме као што су HMGCoA редуктаза и ацетил-CoA карбоксилаза, који инхибирају кључне ензиме синтезе епидермалних липида и мењају критични моларни однос кључних липида рожнатог слоја коже.
• Уреа, позната и као карбамид, користи се за побољшање апсорпције других активних козметичких састојака јер повећава пропустљивост коже.

Ултразвучно побољшана биорасположивост активних супстанци у нези коже

Биорасположивост се дефинише као брзина продирања којом активно једињење доспева до места свог деловања. Такозвана брзина флукса, односно количина активне супстанце која продире током времена, одређује се у микрограмима/cm²/сат. За активне састојке у козметичким производима, циљно место деловања састојка обично је доњи део епидермиса. Изузеци су активне супстанце као што су цинк-оксид или титан-диоксид, уобичајени састојци лосиона и спрејева за заштиту од сунца, јер ове супстанце делују на површини коже, где честице могу да испоље свој максимални капацитет апсорпције UV зрачења.
На биорасположивост активних састојака снажно утичу врсте козметичких формулација које се користе. Уобичајене формулације у производима за лепоту и личну негу јесу емулзије уља у води (O/W), емулзије воде у уљу (W/O), емулзије воде у уљу у води (W/O/W), емулзије полиола у уљу, као и хидрогелови. (Полиоли који се користе у природним козметичким формулацијама су сорбитол, манитол итд.).

Ултразвучна припрема емулзије (црвена вода / жуто уље). Неколико секунди соникације претвара одвојене фазе воде/уља у фину емулзију.

Соникација за повећану пропустљивост коже

Пропустљивост коже, а тиме и биорасположивост козметичких активних супстанци и козмецеутика, може се повећати утицањем на кожну баријеру или повећањем растворљивости активних молекула.
Ради смањења баријерне функције коже и олакшавања транспорта активних молекула у доњи део епидермиса, разноврсне супстанце као што су растварачи, фосфолипиди и везикуле површински активних материја израђене од фосфолипида, као и средства за ексфолијацију, могу побољшати продирање активних супстанци у дубље слојеве коже.

• Растварачи који се користе обухватају диметил-изосорбид, етоксидигликол, етанол и олеинску киселину. Ови растварачи су веома компатибилни са процесима ултразвучног мешања, умешавања и емулзификације.
• Добро је познато да фосфолипиди побољшавају продирање кроз кожу молекула растворљивих и у уљу и у води. Често коришћени фосфолипиди су лецитин, хидрогенизовани лецитин, лизолецитин и токоферил-фосфат. Ултразвучна обрада им погодује јер соникација равномерно распоређује фосфолипиде у суспензији.
• Везикуле сурфактаната: Сурфактанти могу да формирају мултиламеларне и униламеларне везикуле са активним супстанцама. Липозоми и наночестице чврстих липида су истакнути примери везикула које продиру у кожу и преносе биоактивна једињења до циљних места. Ултразвучна обрада је најефикаснија и најделотворнија метода за производњу липозома, нанолипозома и наночестица чврстих липида (SLNs) са високим садржајем активних супстанци, високом ефикасношћу инкапсулације (%EE), стабилношћу и биорасположивошћу.
• Хемијски ексфолијанси обухватају млечну, гликолну и салицилну киселину, као и N-ацетил-глукозамин. Механички пилинзи садрже веома ситне абразивне честице угља, кокосових љуспица или пилинга од кафе. Све ове супстанце могу се ефикасно дисперговати ултразвучном обрадом.

Растворљивост активних састојака у козметици може се повећати помоћу инклузионих комплекса, инкапсулације, субмикронских емулзија и наноемулзија, као и ефикасном солубилизацијом у формулацији.

• Формирање инклузионих комплекса помоћу циклодекстрина (као што су алфа-циклодекстрин, гама-циклодекстрин и хидроксипропил-бета-циклодекстрин) постиже се ултразвучном обрадом. Комплекси циклодекстрина имају шупљину у којој се инкапсулирају биоактивни састојци. Инкапсулација / комплексирање чини активна једињења растворљивим у води, а тиме и биорасположивим. Прочитајте више о ултразвучном инфузионом комплексирању!
• Фитогликоген је угљенохидратна (полисахаридна) наночестица биљног порекла, високе густине, са шупљином која може да инкапсулира многе различите врсте активних супстанци. Фитогликоген-октенилсукцинат (PG-OS) је амфифилна угљенохидратна наночестица чији додатак обезбеђује емулзијама високу оксидативну стабилност липида. Ултразвучна емулзификација побољшава формирање хомогених, стабилних емулзија фитогликогена.
• Субмикронске емулзије и наноемулзије користе се као веома ситни системи за испоруку, који чине једињења растворљивим у води и омогућавају пренос активних састојака до циљног места. Мала величина капљица на наноскали повећава пропустљивост кроз кожну баријеру у дубље слојеве коже.
• Високополарни емолијенси се обично користе у формулацијама за солубилизацију хидрофобних / у води нерастворљивих састојака, јер је само мали број активних супстанци неполаран. Често се користе следећи високополарни емолијенси: изопропил-лауроил-саркозинат, лаурил-лактат, фенилетил-бензоат, диоктил-малеат и диоктил-изосорбид. Познато је да различите врсте средстава за заштиту од сунца такође поспешују продирање у кожу. Ултразвучно мешање и дисперговање обезбеђују хомогену смешу поларних емолијенаса и активних састојака.

Ултразвучни миксери високих перформанси за производе чисте козметике

Као чисто механички поступак мешања, соникација се може користити за производњу свих врста сертификованих природних козметичких производа. Системи компаније Hielscher Ultrasonics су поуздане машине које се користе у производњи висококвалитетних козметичких и терапијских производа за формулисање наноемулгованих и у липозоме инкапсулираних биоактивних једињења са супериорном брзином апсорпције и биокомпатибилношћу. Да би испунио захтеве својих купаца, Hielscher испоручује ултразвучне уређаје у распону од компактног ручног лабораторијског хомогенизатора и стоних ултразвучних уређаја до потпуно индустријских ултразвучних система за производњу великих количина козметичких формулација. Ултразвучни поступци формулисања козметичких и козмецеутичких производа могу се спроводити шаржно или као континуирани процес у проточној линији, уз коришћење ултразвучног проточног реактора. Доступан је широк избор ултразвучних сонотрода (сонди) и реакторских посуда како би се обезбедила оптимална конфигурација за вашу производњу липозома. Робусност ултразвучне опреме компаније Hielscher омогућава рад 24/7 под великим оптерећењем у захтевним окружењима и обезбеђује дуг радни век машина.
Прецизна контрола свих важних процесних параметара, као што су амплитуда, притисак, температура и време соникације, чини ултразвучни процес поузданим и поновљивим. Hielscher Ultrasonics препознаје значај стално високог квалитета производа и подржава произвођаче козметике у спровођењу стандардизације процеса и GMP (добре произвођачке праксе) помоћу интелигентног софтвера и аутоматског бележења података. Наши дигитални ултразвучни хомогенизатори аутоматски бележе све параметре ултразвучног процеса на уграђену SD картицу. Дигитални екрани осетљиви на додир и даљинско управљање путем прегледача омогућавају непрекидно праћење процеса и прецизно подешавање процесних параметара кад год је то потребно. То знатно олакшава праћење процеса и контролу квалитета.
Табела у наставку даје оријентациони преглед приближног капацитета обраде наших ултразвучних уређаја: