Ren skönhetsproduktformulering med ultraljud

Naturliga, ekologiska ingredienser (INCI) i kombination med hög effektivitet och biotillgänglighet är egenskaperna hos innovativa rena skönhetsprodukter. Ultraljud används som mycket effektiv och pålitlig teknik för att blanda, blanda, spred, nano-emulgera och nano-kapsla in kosmetiska ingredienser.

Varför ska du använda ultraljud för dina rena skönhetsprodukter?

Att blanda, blanda, dispergera, emulgera ingredienser och kapsla in bioaktiva molekyler är kärnprocesser vid tillverkning av kosmetika-, hudvårds-, skönhets- och kosmetiska produkter. Det tillförlitliga, effektiva och homogena utförandet av dessa kärnprocesser är avgörande för att få kosmetiska produkter av hög kvalitet med förhöjda effekter, styrka och effektivitet hos slutprodukten. Moderna högteknologiska ingredienser är högt utvecklade ämnen som kräver sofistikerad inkorporering i slutprodukten för att få önskade effekter.

ultraljudsbehandling – Ett brett spektrum av applikationer

Ultraljudsbehandling är en mycket effektiv och tillförlitlig teknik för homogenisering av vätska-vätska och fast-vätska suspensioner. Inkapsling av molekyler i nano-storlek lipidiska bärare (t.ex. liposomer, niosomer, fasta lipid nanopartiklar, nanostrukturerade lipidbärare, miceller etc.) är en annan viktig tillämpning av högpresterande ultraljud.
Ultraljud kan tillämpas på många steg i produktionen av rena, helt naturliga, ekologiska kosmetiska, skönhets- och hudvårdsprodukter och förbättra effektiviteten vid blandning och inkapsling applikationer. Eftersom ultraljudsblandare ger intensiv blandning och homogenisering kan användningen av kemiska tillsatser som vanligtvis tillsätts för att uppnå långvarig stabilitet och hållbarhet minimeras eller helt undvikas.
Ultraljudsbehandling ger dig en konkurrensfördel genom att producera överlägsna resultat i en snabb och effektiv process som resulterar i enhetliga, homogena suspensioner. Detta påverkar produktens stabilitet, hållbarhet och biokompatibilitet positivt.

ultraljudsbehandling – En rent mekanisk behandling

Ultraljud är en mild, icke-termisk behandling, som inte bryter ner råvarorna genom värme. Många ingredienser som lipider, bioaktiva molekyler eller eteriska oljor är värmekänsliga och har därför stor nytta av kontrollerad lågtemperaturbearbetning. Hielscher Ultrasonics-enheter är exakt kontrollerbara, lätta att justera och kan övervakas och användas via webbläsarens emote-kontroll. Den smarta programvaran protokollför automatiskt bearbetningsparametrarna på ett inbyggt SD-kort. Dessa funktioner underlättar process- och kvalitetsstandardisering samt implementeringen av Good Manufacturing Practices (GMP).

Arbetsprincipen för ultraljudsbehandling

Eftersom ultraljudsbehandling är en rent mekanisk behandling, tillsätts inga tillsatskemikalier, som skulle störa filosofin om ren kosmetika. Ultraljudsapplikationer som blandning, blandning, emulgering, inkapsling och extraktion är baserade på arbetsprincipen för akustisk kavitation.
Ultraljudsvågor med hög effekt kopplas via en ultraljudsprocessor av sondtyp in i uppslamningen. Högenergetiska ultraljudsvågor färdas genom vätskan och skapar omväxlande högtrycks- och lågtryckscykler, vilket resulterar i fenomenet akustisk kavitation. Akustisk kavitation eller ultraljudskavitation leder lokalt till extrema temperaturer, tryck, uppvärmnings-/kylhastigheter, tryckskillnader och höga skjuvkrafter i mediet. När kavitationsbubblor imploderar på ytan av partiklar eller droppar, genererar mikrostrålar och interpartiklulära kollisioner effekter som ytpeeling, erosion, partikelnedbrytning, sonoporation samt dropp- och cellstörningar. Dessutom skapar implosionen av kavitationsbubblor i flytande medier makroturbulens och mikroblandning. Ultraljud bestrålning representerar ett effektivt sätt att förbättra massöverföringsprocesser, eftersom ultraljudsbehandling resulterar i kavitation och dess relaterade mekanismer såsom mikros-rörelse av flytande strålar, kompression och dekompression i materialet med efterföljande störning av droppar, samt höga uppvärmnings- och kylningshastigheter.
Sond-typ ultraljudsapparater kan generera mycket höga amplituder, vilket är nödvändigt för att generera effektfull kavitation. Hielscher Ultrasonic tillverkar högpresterande ultraljudsprocessorer, som enkelt kan skapa amplituder på 200 μm i kontinuerlig 24/7 drift. För ännu högre amplituder erbjuder Hielscher specificerade sonotroder (sonder) med hög amplitud.
Trycksättningsbara ultraljudsreaktorer och flödesceller används för att intensifiera kavitationen. Med ökande tryck blir kavitation och kavitationsskjuvkrafter mer destruktiva och förbättrar därmed ultraljudseffekterna.

Fördelar med ultraljudsblandning och emulgering

Produktionen av homogena blandningar, dispersioner, emulsioner och nanoemulsioner genom sonifiering har fått intresset för kosmetiska formulerare på grund av dess exceptionella energieffektivitet, krav på lågändiga blandningsinstrument, enkel systemmanipulation och viktigast av allt, dess låga produktionskostnad. Ultraljudsblandning, blandning och emulgering ökar flexibiliteten för val av ytaktivt ämne och interna strukturer av emulsioner. (jfr Marzuki et al. 2019)

Molekylstorleken spelar roll

Molekyler i submikron- och nanostorlek uppvisar en signifikant ökad transdermal permeationshastighet. Medan stora molekyler sitter på toppen av huden och inte kan tränga in i huden på grund av sin storlek, kan mindre molekyler passera genom epidermis.
Detta innebär att de bioaktiva föreningarna transporteras till djupare hudlager, där de kan utföra sitt "arbete" genom att ge näring eller reparera huden.
Ett framträdande exempel på relevansen av molekylstorlek är hyaluronsyra, en långkedjig molekyl. Om hyaluronsyran har en hög molkulär vikt kan den inte passera genom hudbarriären och stannar som en hinna på sitt yttre lager. Lågmolekylär hyaluronsyra transporteras å andra sidan in i djupare hudlager, där den omsluter sina fuktgivande effekter.
Ett annat exempel på partikelstorlekens betydelse är titandioxid och zinkoxid. Båda används som aktiva ingredienser i naturliga solskyddsprodukter (t.ex. lotioner, fuktkrämer, sprayer). En jämnt liten partikelstorlek är viktig för att undvika att täppa till hudens porer och för att förhindra finnar. Dessutom, med mindre partiklar minskar eller undviks den blekande och glänsande effekten av solskyddsmedel.

Ultraljud nano-emulgering används för att producera laddade nano-emulsioner, liposomer och fasta lipid nanopartiklar. Ultraljudsbehandling producerar en smal droppfördelning och nanostrukturerade partiklar.

Förbättrad hudpenetration

Kemiska hudpenetrationsförstärkare inkluderar material som l-α-lecitin, urea, fettsyror, etanol och glykoler.

• Vesikulära hudpenetrationsförstärkare inkluderar vesikulära bärare som liposomer och niosomer. Vesikulära bärare är potenta leveranssystem för aktiva molekyler. På grund av sin sammansättning har de fördelen att de kan bära hydrofila såväl som lipofila molekyler. Hydrofila molekyler är inkapslade i den vattenhaltiga kärnan, och lipofila molekyler inkorporeras i lipidmembranet som omger den vattenhaltiga kärnan. Eftersom vesikelväggarna består av fosfolipidlager för liposomer respektive syntetiska ytaktiva ämnen för niosomer, är vesiklarna vattenlösliga och därmed mycket biokompatibla.
  Läs mer om ultraljudsproducerade liposomer!
• Enzymatiska hudpenetrationsförstärkare inkluderar enzymer som HMGCoA-reduktas och acetyl-CoA-karboxylas, som hämmar viktiga enzymer i epidermal lipidsyntes och förändrar det kritiska molarförhållandet mellan de viktigaste lipiderna i hornlagret.
• Urea, även känd som karbamid, används för att förbättra absorptionen av andra aktiva kosmetiska ingredienser eftersom det ökar hudens permeabilitet.

Ultraljudsförbättrad biotillgänglighet av aktiva ämnen i hudvård

Biotillgängligheten definieras som penetrationshastigheten för en aktiv förening att nå sitt verkningsställe. Den så kallade flödeshastigheten eller mängden aktivt som tränger in över tid bestäms i mikrogram/cm²/timme. För aktiva ingredienser i kosmetiska produkter är målstället för en ingrediens vanligtvis den nedre epidermis. Undantag är aktiva ämnen som zinkoxid eller titandioxid, vanliga ingredienser i solskyddskrämer och sprayer, eftersom dessa ämnen har sin arbetsplats på hudens yta, där partiklarna kan innesluta sin maximala UV-absorptionsförmåga.
Biotillgängligheten av aktiva ingredienser påverkas starkt av vilka typer av kosmetiska formuleringar som används. Vanliga formuleringar i skönhets- och kroppsvårdsprodukter är olja-i-vatten-emulsioner (O/W), vatten-i-olja-emulsioner (W/O), vatten-i-olja-i-vatten-emulsioner (W/O/W), polyol-i-olja-emulsioner samt hydrogeler. (Polyoler som används i naturliga kosmetiska formuleringar är sorbitol, mannitol, etc.).

Ultraljudsberedning av en emulsion (rött vatten / gul olja). Några sekunders ultraljudsbehandling förvandlar de separata vatten / olja faserna till en fin emulsion.

Ultraljudsbehandling för ökad hudpermeabilitet

Hudens permeabilitet och därmed biotillgängligheten av kosmetiska aktiva ämnen och cosmeceuticals kan ökas genom att antingen påverka hudbarriären eller genom att öka lösligheten av de aktiva molekylerna.
För att sänka hudbarriären och underlätta transporten av de aktiva molekylerna till den nedre epidermis kan många ämnen som lösningsmedel, fosfolipider och ytaktiva vesiklar gjorda av fosfolipider samt exfolianter förbättra penetrationen av aktiva ämnen i djupare hudlager.

• Lösningsmedel som används inkluderar dimetylisosorbid, etoxydiglykol, etanol och oljesyra. Dessa lösningsmedel är mycket kompatibla med ultraljudsblandnings-, blandnings- och emulgeringsprocesser.
• Fosfolipider är välkända för att förbättra hudens penetration av både olje- och vattenlösliga molekyler. Vanligt använda fosfolipider är lecitin, hydrerat lecitin, lysolecitin och tokoferylfosfat. De drar nytta av ultraljudsbehandling som ultraljudsbehandling fördelade fosfolipiderna jämnt i suspensionen.
• Blåsor av ytaktiva ämnen: Ytaktiva ämnen kan bilda multilamellära och unilamellära vesiklar med aktiva ämnen. Liposomer och nanopartiklar med fasta lipider är framträdande exempel på hudpenetrerande vesiklar som transporterar bioaktiva föreningar till målställen. Ultraljud är den mest effektiva och effektiva metoden för att producera liposomer, nanoliposomer och fasta lipid nanopartiklar (SLN) med hög aktiv belastning, inkapslingseffektivitet (% EE), stabilitet och biotillgänglighet.
• Kemiska exfolianter inkluderar mjölksyra, glykolsyra, salicylsyror och N-acetylglukosamin. Mekaniska peelingar inkluderar små slipande partiklar från träkol, kokosflingor eller kaffeskrubb. Alla dessa ämnen kan dispergeras effektivt via ultraljud.

Lösligheten av aktiva ingredienser i kosmetika kan ökas genom inkluderingskomplex, inkapsling, submikron-/nanoemulsioner samt effektiv solubilisering i formuleringen.

• Inklusion komplexbildning med cyklodextriner (såsom alfa-, gamma-, hydroxipropyl-beta-cyklodextrin) uppnås genom ultraljud. Cyklodextrinkomplex uppvisar ett hålrum där bioaktiva ingredienser är inkapslade. Inkapslingen/komplexbildningen gör de aktiva föreningarna vattenlösliga och därmed biotillgängliga. Läs mer om ultraljudsinfusion complexation!
• Fytoglykogen är en växtbaserad nanopartikel med hög densitet av kolhydrater (polysackarid) med ett hålrum som kan kapsla in många olika typer av aktiva ämnen. Fytoglykogen octenylsuccinate (PG-OS) är en amfifil kolhydratnanopartikel, vars tillsats ger emulsioner en hög lipidoxidativ stabilitet. Ultraljudsemulgering förbättrar genereringen av homogena, stabila fytoglykoneglykonemulsioner.
• Submikron- och nanoemulsioner används som minutleveranssystem, vilket gör föreningarna vattenlösliga och gör det möjligt att transportera de aktiva ingredienserna till målplatsen. Den lilla nanostorleken på dropparna ökar permeabiliteten genom hudbarriären till djupare hudlager.
• Mycket polära mjukgörare används ofta i formuleringar för att solubilisera hydrofoba / vattenolösliga ingredienser eftersom endast ett fåtal aktiva substanser är icke-poliga. Ofta använda är följande mycket polära mjukgörare: isopropyl lauroylsarkosinat, lauryllaktat, fenyletylbensoat, dioktylmaleat och dioktylisosorbid. Olika typer av solskyddsmedel är också kända för att vara penetrationsförbättrare. Ultraljudsblandning och dispergering säkerställer en homogen blandning av polära mjukgörare och aktiva ingredienser.

Högpresterande ultraljudsblandare för rena skönhetsprodukter

Som rent mekanisk blandningsbehandling kan ultraljudsbehandling användas för produktion av alla typer av certifierade naturliga kosmetiska produkter. Hielscher Ultrasonics system är pålitliga maskiner som används vid produktion av högkvalitativa kosmetika och terapeutiska medel för att formulera nano-emulgerade och liposomalt inkapslade bioaktiva föreningar med överlägsen absorptionshastighet och biokompatibilitet. För att möta sina kunders krav levererar Hielscher ultraljudsapparater från den kompakta handhållna laboratoriehomogenisatorn och bänkskivan ultraljudsapparater till helt industriella ultraljudssystem för produktion av stora volymer av kosmetiska formuleringar. Ultraljudsformuleringsprocesser av kosmetika och cosmeceuticals kan köras som batch eller som kontinuerlig inline-process med hjälp av en ultraljudsgenomströmningsreaktor. Ett brett utbud av ultraljudssonotroder (sonder) och reaktorkärl finns tillgängliga för att säkerställa en optimal inställning för din liposomproduktion. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift under tung belastning i krävande miljöer och säkerställer en lång maskinlivscykel.
Den exakta kontrollen över alla viktiga processparametrar såsom amplitud, tryck, temperatur och ultraljudsbehandling tid gör ultraljudsprocessen tillförlitlig och reproducerbar. Hielscher Ultrasonics vet om vikten av kontinuerligt hög produktkvalitet och stöder kosmetikatillverkare att genomföra processstandardisering och GMP (Good Manufacturing Practices) genom intelligent programvara och automatisk dataregistrering. Våra digitala ultraljudshomogenisatorer registrerar automatiskt alla ultraljudsprocessparametrar på ett inbyggt SD-kort. Digitala pekskärmar och webbläsarens fjärrkontroll möjliggör kontinuerlig processövervakning och gör det möjligt att justera processparametrarna exakt när det behövs. Detta underlättar processövervakning och kvalitetskontroll avsevärt.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: