Ultrasonik Yöntemlerle Temiz Güzellik Ürünlerinin Formülasyonu

Yüksek etkinlik ve biyoyararlanımla bir araya gelen doğal, organik bileşenler (INCI’ler), yenilikçi temiz güzellik ürünlerinin özellikleridir. Ultrasonikasyon, kozmetik bileşenleri karıştırmak, harmanlamak, disperse etmek, nanoemülsifiye etmek ve nanoenkapsüle etmek için son derece verimli ve güvenilir bir teknik olarak kullanılır.

Temiz Güzellik Ürünleriniz İçin Neden Ultrasonikasyon Kullanmalısınız?

Bileşenlerin karıştırılması, harmanlanması, disperse edilmesi, emülsifiye edilmesi ve biyoaktif moleküllerin enkapsülasyonu; kozmetik, cilt bakım, güzellik ve kozmesötik ürünlerin üretimindeki temel işlemlerdir. Bu temel işlemlerin güvenilir, verimli ve homojen biçimde gerçekleştirilmesi, nihai ürünün etkilerinin, etki gücünün ve verimliliğinin artırıldığı yüksek kaliteli kozmetik ürünler elde etmek için gereklidir. Modern, yüksek teknolojili bileşenler, istenen etkileri elde etmek için nihai ürüne gelişmiş yöntemlerle dahil edilmesi gereken, ileri düzeyde geliştirilmiş maddelerdir.

Sonikasyon – Geniş Bir Uygulama Yelpazesi

Sonikasyon, sıvı–sıvı ve katı–sıvı süspansiyonlarını homojenleştirmek için son derece verimli ve güvenilir bir tekniktir. Moleküllerin nano boyutlu lipit taşıyıcılara (ör. lipozomlar, niyozomlar, katı lipit nanopartikülleri, nanoyapılı lipit taşıyıcılar, miseller vb.) enkapsüle edilmesi, yüksek performanslı ultrasonik yöntemlerin bir diğer önemli uygulamasıdır.
Ultrasonikasyon, temiz, tamamen doğal, organik kozmetik, güzellik ve cilt bakım ürünlerinin üretimindeki birçok aşamada uygulanabilir ve karıştırma ile enkapsülasyon uygulamalarının verimliliğini artırabilir. Ultrasonik karıştırıcılar yoğun harmanlama ve homojenizasyon sağladığından, uzun süreli stabilite ve raf ömrü elde etmek için yaygın olarak eklenen kimyasal katkı maddelerinin kullanımı en aza indirilebilir veya tamamen önlenebilir.
Sonikasyon, tekdüze ve homojen süspansiyonlarla sonuçlanan hızlı ve verimli bir süreçte üstün sonuçlar üreterek size rekabet avantajı sağlar. Bu, ürün stabilitesini, raf ömrünü ve biyouyumluluğu olumlu etkiler.

Sonikasyon – Tamamen Mekanik Bir İşlem

Ultrasonikasyon, ham maddeleri ısıyla bozundurmayan, hafif ve termal olmayan bir işlemdir. Lipitler, biyoaktif moleküller veya uçucu yağlar gibi birçok bileşen ısıya duyarlıdır ve bu nedenle kontrollü düşük sıcaklıkta işlemeden büyük ölçüde yararlanır. Hielscher Ultrasonics cihazları hassas biçimde kontrol edilebilir, kolayca ayarlanabilir ve tarayıcı üzerinden uzaktan kontrolle izlenip çalıştırılabilir. Akıllı yazılım, işleme parametrelerini yerleşik bir SD karta otomatik olarak kaydeder. Bu özellikler, proses ve kalite standardizasyonunun yanı sıra İyi Üretim Uygulamalarının (GMP) uygulanmasını kolaylaştırır.

Sonikasyonun Çalışma Prensibi

Sonikasyon tamamen mekanik bir işlem olduğundan, temiz kozmetik anlayışıyla çelişecek kimyasal katkı maddeleri eklenmez. Karıştırma, harmanlama, emülsifikasyon, enkapsülasyon ve ekstraksiyon gibi ultrasonik uygulamalar, akustik kavitasyonun çalışma prensibine dayanır.
Yüksek güçlü ultrasonik dalgalar, prob tipi bir ultrasonik işlemci aracılığıyla bulamaca aktarılır. Yüksek enerjili ultrason dalgaları sıvı boyunca ilerleyerek dönüşümlü yüksek basınç / düşük basınç döngüleri oluşturur; bu da akustik kavitasyon olgusuna yol açar. Akustik veya ultrasonik kavitasyon, ortamda yerel olarak aşırı sıcaklıklara, basınçlara, ısıtma/soğutma hızlarına, basınç farklarına ve yüksek kesme kuvvetlerine neden olur. Kavitasyon kabarcıkları partiküllerin veya damlacıkların yüzeyinde içe doğru çöktüğünde, mikrojetler ve partiküller arası çarpışmalar; yüzey soyulması, erozyon, partikül parçalanması, sonoporasyon, damlacık parçalanması ve hücre parçalama gibi etkiler oluşturur. Ayrıca, sıvı ortamlarda kavitasyon kabarcıklarının içe doğru çökmesi makrotürbülanslar ve mikrokarıştırma oluşturur. Ultrasonik ışınlama, kütle transferi süreçlerini geliştirmek için verimli bir yöntemdir; çünkü sonikasyon, kavitasyona ve bununla ilişkili mekanizmalara yol açar. Bunlar arasında sıvı jetlerinin oluşturduğu mikrohareketler, malzemede sıkışma ve basıncın azalması ile bunları izleyen damlacık parçalanması ve yüksek ısıtma ve soğutma hızları bulunur.
Prob tipi sonikatörler, güçlü etkili kavitasyon oluşturmak için gerekli olan çok yüksek genlikler üretebilir. Hielscher Ultrasonic, kesintisiz 24/7 çalışmada 200µm genlikleri kolayca oluşturabilen yüksek performanslı ultrasonik işlemciler üretir. Daha da yüksek genlikler için Hielscher, özel yüksek genlikli sonotrotlar (problar) sunar.
Kavitasyonu yoğunlaştırmak için basınçlandırılabilir ultrasonik reaktörler ve akış hücreleri kullanılır. Basınç arttıkça kavitasyon ve kavitasyon kaynaklı kesme kuvvetleri daha yıkıcı hâle gelir ve böylece ultrasonik etkileri artırır.

Ultrasonik Harmanlama ve Emülsifikasyonun Avantajları

Homojen karışımların, dispersiyonların, emülsiyonların ve nanoemülsiyonların sonikasyonla üretilmesi; olağanüstü enerji verimliliği, temel düzeyde karıştırma ekipmanı gerektirmesi, sistemin kolay kullanımı ve en önemlisi düşük üretim maliyeti nedeniyle kozmetik formülasyon uzmanlarının ilgisini çekmiştir. Ultrasonik karıştırma, harmanlama ve emülsifikasyon, yüzey aktif madde ve emülsiyonların iç yapılarının seçimindeki esnekliği artırır. (bkz. Marzuki et al. 2019)

Molekül Boyutu Önemlidir

Mikron altı ve nano boyutlu moleküller, belirgin ölçüde artmış bir transdermal geçiş hızı sergiler. Büyük moleküller cildin üzerinde kalıp boyutları nedeniyle cilde nüfuz edemezken, daha küçük moleküller epidermisten geçebilir.
Bu, biyoaktif bileşiklerin daha derin dermal katmanlara taşındığı ve burada cildi besleyerek veya onararak “işlerini” yerine getirebildiği anlamına gelir.
Molekül boyutunun önemine ilişkin belirgin bir örnek, uzun zincirli bir molekül olan hyalüronik asittir. Hyalüronik asit yüksek molekül ağırlığına sahipse cilt bariyerinden geçemez ve cildin dış katmanında bir film olarak kalır. Düşük molekül ağırlıklı hyalüronik asit ise daha derin cilt katmanlarına taşınır ve burada nemlendirici etkilerini gösterir.
Partikül boyutunun önemine ilişkin başka bir örnek, titanyum dioksit ve çinko oksittir. Her ikisi de doğal güneşten koruyucu ürünlerde (ör. losyonlar, nemlendiriciler, spreyler) aktif bileşen olarak kullanılır. Partikül boyutunun tekdüze biçimde küçük olması, cilt gözeneklerinin tıkanmasını ve böylece sivilce oluşumunu önlemek için önemlidir. Ayrıca, daha küçük partiküllerle güneşten koruyucuların beyazlatıcı ve parlatıcı etkisi azaltılır veya önlenir.

Ultrasonik nanoemülsifikasyon, yüklü nanoemülsiyonlar, lipozomlar ve katı lipit nanopartikülleri üretmek için kullanılır. Sonikasyon, dar bir damlacık boyutu dağılımı ve nanoyapılı partiküller oluşturur.

İyileştirilmiş Cilde Nüfuz

Cilde nüfuzu artıran kimyasal maddeler arasında l-α-lesitin, üre, yağ asitleri, etanol ve glikoller gibi maddeler bulunur.

• Cilde nüfuzu artıran veziküler maddeler arasında lipozomlar ve niyozomlar gibi veziküler taşıyıcılar bulunur. Veziküler taşıyıcılar, aktif moleküller için güçlü taşıma sistemleridir. Bileşimleri sayesinde hem hidrofilik hem de lipofilik molekülleri taşıma avantajı sunarlar. Hidrofilik moleküller sulu çekirdeğe enkapsüle edilirken, lipofilik moleküller sulu çekirdeği çevreleyen lipit membrana dahil edilir. Vezikül duvarları lipozomlarda fosfolipit çift tabakalarından, niyozomlarda ise sentetik yüzey aktif maddelerden oluştuğundan, veziküller suda çözünür ve böylece yüksek düzeyde biyouyumludur.
  Ultrasonik olarak üretilen lipozomlar hakkında daha fazla bilgi edinin!
• Cilde nüfuzu artıran enzimatik maddeler arasında, epidermal lipit sentezinin temel enzimlerini inhibe eden ve stratum corneumun temel lipitlerinin kritik molar oranını değiştiren HMGCoA redüktaz ve asetil CoA karboksilaz gibi enzimler bulunur.
• Karbamid olarak da bilinen üre, cilt geçirgenliğini artırdığı için diğer aktif kozmetik bileşenlerin emilimini artırmak amacıyla kullanılır.

Cilt Bakımında Aktif Maddelerin Ultrasonik Yöntemlerle Artırılmış Biyoyararlanımı

Biyoyararlanım, bir aktif bileşiğin etki bölgesine ulaşmasını sağlayan nüfuz hızı olarak tanımlanır. Akı hızı olarak adlandırılan büyüklük veya zaman içinde nüfuz eden aktif madde miktarı, mikrogram/cm²/saat birimiyle belirlenir. Kozmetik ürünlerdeki aktif bileşenler için bir bileşenin hedef etki bölgesi genellikle alt epidermistir. Güneşten koruyucu losyon ve spreylerde yaygın olarak bulunan çinko oksit veya titanyum dioksit gibi aktif maddeler istisnadır; çünkü bu maddelerin etki bölgesi cilt yüzeyidir ve partiküller burada maksimum UV absorpsiyon kapasitelerini ortaya koyabilir.
Aktif bileşenlerin biyoyararlanımı, kullanılan kozmetik formülasyon türlerinden büyük ölçüde etkilenir. Güzellik ve kişisel bakım ürünlerinde yaygın formülasyonlar; su içinde yağ emülsiyonları (O/W), yağ içinde su emülsiyonları (W/O), su içinde yağ içinde su emülsiyonları (W/O/W), yağ içinde poliol emülsiyonları ve hidrojellerdir. (Doğal kozmetik formülasyonlarında kullanılan polioller sorbitol, mannitol vb. maddelerdir).

Bir emülsiyonun ultrasonik olarak hazırlanması (kırmızı su / sarı yağ). Birkaç saniyelik sonikasyon, ayrı su/yağ fazlarını ince bir emülsiyona dönüştürür.

Cilt Geçirgenliğini Artırmak İçin Sonikasyon

Cilt geçirgenliği ve dolayısıyla kozmetik aktif maddelerin ve kozmesötiklerin biyoyararlanımı, cilt bariyerini etkileyerek veya aktif moleküllerin çözünürlüğünü artırarak artırılabilir.
Cilt bariyerini azaltmak ve aktif moleküllerin alt epidermise taşınmasını kolaylaştırmak için çözücüler, fosfolipitler, fosfolipitlerden yapılan yüzey aktif madde vezikülleri ve eksfoliyanlar gibi çeşitli maddeler, aktif maddelerin daha derin cilt katmanlarına nüfuzunu artırabilir.

• Kullanılan çözücüler arasında dimetil izosorbit, etoksidiglikol, etanol ve oleik asit bulunur. Bu çözücüler, ultrasonik karıştırma, harmanlama ve emülsifikasyon işlemleriyle son derece uyumludur.
• Fosfolipitlerin hem yağda hem de suda çözünen moleküllerin cilde nüfuzunu artırdığı iyi bilinmektedir. Yaygın olarak kullanılan fosfolipitler lesitin, hidrojenlenmiş lesitin, lizolesitin ve tokoferil fosfattır. Sonikasyon, fosfolipitleri süspansiyon içinde eşit olarak dağıttığı için bu maddeler ultrasonik işlemeden yararlanır.
• Yüzey aktif madde vezikülleri: Yüzey aktif maddeler, aktif maddeler içeren çok katmanlı ve tek katmanlı veziküller oluşturabilir. Lipozomlar ve katı lipit nanopartikülleri, biyoaktif bileşikleri hedef bölgelere taşıyan, cilde nüfuz eden veziküllerin başlıca örnekleridir. Ultrasonikasyon; yüksek aktif madde yüküne, enkapsülasyon verimliliğine (%EE), stabiliteye ve biyoyararlanıma sahip lipozomlar, nanolipozomlar ve katı lipit nanopartikülleri (SLNs) üretmek için en verimli ve en etkili yöntemdir.
• Kimyasal eksfoliyanlar arasında laktik, glikolik ve salisilik asitler ile N-asetil-glukozamin bulunur. Mekanik peelingler; kömür, Hindistan cevizi parçacıkları veya kahve peelinginden elde edilen çok küçük aşındırıcı partiküller içerir. Bu maddelerin tümü ultrasonikasyonla verimli biçimde disperse edilebilir.

Kozmetiklerde aktif bileşenlerin çözünürlüğü; inklüzyon kompleksleri, enkapsülasyon, mikron altı/nanoemülsiyonlar ve formülasyon içinde verimli solubilizasyon yoluyla artırılabilir.

• Siklodekstrinler (ör. alfa-, gama-, hidroksipropil beta-siklodekstrin) kullanılarak inklüzyon kompleksi oluşturulması, ultrasonikasyonla gerçekleştirilir. Siklodekstrin kompleksleri, biyoaktif bileşenlerin enkapsüle edildiği bir boşluğa sahiptir. Enkapsülasyon / kompleks oluşumu, aktif bileşikleri suda çözünür ve dolayısıyla biyoyararlanabilir hâle getirir. Ultrasonik infüzyon kompleksasyonu hakkında daha fazla bilgi edinin!
• Fitoglikojen, birçok farklı aktif madde türünü enkapsüle edebilen bir boşluğa sahip, bitki bazlı, yüksek yoğunluklu bir karbonhidrat (polisakkarit) nanopartikülüdür. Fitoglikojen oktenil süksinat (PG-OS), eklenmesi emülsiyonlara lipit oksidasyonuna karşı yüksek stabilite kazandıran amfifilik bir karbonhidrat nanopartikülüdür. Ultrasonik emülsifikasyon, homojen ve stabil fitoglikojen emülsiyonlarının oluşumunu iyileştirir.
• Mikron altı emülsiyonlar ve nanoemülsiyonlar, bileşikleri suda çözünür hâle getiren ve aktif bileşenlerin hedef bölgeye taşınmasını sağlayan çok küçük taşıma sistemleri olarak kullanılır. Damlacıkların küçük, nano ölçekteki boyutu, cilt bariyerinden daha derin cilt katmanlarına geçişi artırır.
• Yalnızca az sayıda aktif madde apolar olduğundan, hidrofobik / suda çözünmeyen bileşenleri çözündürmek için formülasyonlarda yaygın olarak yüksek derecede polar yumuşatıcılar kullanılır. Şu yüksek derecede polar yumuşatıcılar sıklıkla kullanılır: izopropil lauroil sarkozinat, lauril laktat, fenil etil benzoat, dioktil maleat ve dioktil izosorbit. Çeşitli güneşten koruyucu türlerinin de nüfuzu artırdığı bilinmektedir. Ultrasonik karıştırma ve dispersiyon, polar yumuşatıcılar ile aktif bileşenlerin homojen bir karışımını sağlar.

Temiz Güzellik Ürünleri İçin Yüksek Performanslı Ultrasonik Karıştırıcılar

Tamamen mekanik bir karıştırma işlemi olan sonikasyon, her türlü sertifikalı doğal kozmetik ürünün üretimi için kullanılabilir. Hielscher Ultrasonics sistemleri, üstün emilim hızına ve biyouyumluluğa sahip, nanoemülsifiye edilmiş ve lipozomal olarak enkapsüle edilmiş biyoaktif bileşiklerin formülasyonu için yüksek kaliteli kozmetik ve terapötik ürünlerin üretiminde kullanılan güvenilir makinelerdir. Hielscher, müşterilerinin taleplerini karşılamak için kompakt, elde kullanılan laboratuvar homojenizatörlerinden ve tezgâh üstü sonikatörlerden yüksek hacimli kozmetik formülasyonların üretimine yönelik tamamen endüstriyel ultrasonik sistemlere kadar sonikatörler tedarik eder. Kozmetik ve kozmesötiklerin ultrasonik formülasyon işlemleri, ultrasonik bir akış reaktörü kullanılarak kesikli veya sürekli hat içi proses olarak yürütülebilir. Lipozom üretiminiz için optimum bir kurulum sağlamak üzere geniş bir ultrasonik sonotrot (prob) ve reaktör kabı yelpazesi mevcuttur. Hielscher ultrasonik ekipmanının sağlamlığı, zorlu ortamlarda ağır hizmet koşullarında 24/7 çalışmaya olanak tanır ve uzun bir makine kullanım ömrü sağlar.
Genlik, basınç, sıcaklık ve sonikasyon süresi gibi tüm önemli proses parametrelerinin hassas kontrolü, ultrasonik prosesi güvenilir ve tekrarlanabilir kılar. Hielscher Ultrasonics, ürün kalitesinin sürekli yüksek olmasının önemini bilir ve akıllı yazılım ile otomatik veri kaydı sayesinde kozmetik üreticilerinin proses standardizasyonunu ve GMP’yi (İyi Üretim Uygulamaları) uygulamasını destekler. Dijital ultrasonik homojenizatörlerimiz, tüm ultrasonik proses parametrelerini yerleşik bir SD karta otomatik olarak kaydeder. Dijital dokunmatik ekranlar ve tarayıcı üzerinden uzaktan kontrol, prosesin sürekli izlenmesine olanak tanır ve gerektiğinde proses parametrelerinin hassas biçimde ayarlanmasını sağlar. Bu, proses izlemeyi ve kalite kontrolünü önemli ölçüde kolaylaştırır.
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında bir fikir verir: