Bào chế mỹ phẩm sạch bằng siêu âm

Các thành phần tự nhiên, hữu cơ (INCIs) kết hợp với hiệu quả và sinh khả dụng cao là những đặc điểm của các sản phẩm mỹ phẩm sạch tiên tiến. Xử lý siêu âm được sử dụng như một kỹ thuật hiệu quả cao và đáng tin cậy để trộn, phối trộn, phân tán, nhũ hóa nano và bao gói nano các thành phần mỹ phẩm.

Tại sao nên sử dụng xử lý siêu âm cho các sản phẩm mỹ phẩm sạch của bạn?

Trộn, phối trộn, phân tán, nhũ hóa các thành phần và bao gói các phân tử có hoạt tính sinh học là những quy trình cốt lõi trong sản xuất mỹ phẩm, sản phẩm chăm sóc da, sản phẩm làm đẹp và dược mỹ phẩm. Việc thực hiện các quy trình cốt lõi này một cách đáng tin cậy, hiệu quả và đồng nhất là điều thiết yếu để thu được các sản phẩm mỹ phẩm chất lượng cao với tác dụng, hoạt lực và hiệu quả được nâng cao ở sản phẩm cuối cùng. Các thành phần công nghệ cao hiện đại là những chất được phát triển ở trình độ cao, đòi hỏi kỹ thuật kết hợp tinh vi vào sản phẩm cuối cùng để đạt được tác dụng mong muốn.

Xử lý siêu âm – Phạm vi ứng dụng rộng

Xử lý siêu âm là một kỹ thuật hiệu quả cao và đáng tin cậy để đồng nhất hóa các hệ huyền phù lỏng–lỏng và rắn–lỏng. Bao gói các phân tử vào các chất mang lipid có kích thước nano (ví dụ: liposome, niosome, hạt nano lipid rắn, chất mang lipid có cấu trúc nano, micelle, v.v.) là một ứng dụng quan trọng khác của siêu âm hiệu năng cao.
Xử lý siêu âm có thể được áp dụng ở nhiều công đoạn trong sản xuất mỹ phẩm, sản phẩm làm đẹp và chăm sóc da sạch, hoàn toàn tự nhiên, hữu cơ, đồng thời nâng cao hiệu quả của các ứng dụng trộn và bao gói. Do máy trộn siêu âm tạo ra sự phối trộn và đồng nhất hóa mạnh, việc sử dụng các phụ gia hóa học thường được bổ sung để kéo dài độ ổn định và thời hạn sử dụng có thể được giảm thiểu hoặc tránh hoàn toàn.
Xử lý siêu âm mang lại cho bạn lợi thế cạnh tranh nhờ tạo ra kết quả vượt trội thông qua một quy trình nhanh chóng và hiệu quả, tạo thành các hệ huyền phù đồng đều, đồng nhất. Điều này có tác động tích cực đến độ ổn định, thời hạn sử dụng và tính tương thích sinh học của sản phẩm.

Xử lý siêu âm – Phương pháp xử lý thuần cơ học

Xử lý siêu âm là một phương pháp xử lý nhẹ nhàng, phi nhiệt, không làm phân hủy nguyên liệu do nhiệt. Nhiều thành phần như lipid, các phân tử có hoạt tính sinh học hoặc tinh dầu nhạy cảm với nhiệt và do đó được hưởng lợi rất lớn từ quá trình xử lý ở nhiệt độ thấp có kiểm soát. Các thiết bị Hielscher Ultrasonics có thể được điều khiển chính xác, dễ dàng điều chỉnh và có thể được giám sát, vận hành thông qua điều khiển từ xa bằng trình duyệt. Phần mềm thông minh tự động ghi lại các thông số xử lý trên thẻ SD tích hợp. Những tính năng này tạo thuận lợi cho việc tiêu chuẩn hóa quy trình và chất lượng cũng như triển khai Thực hành sản xuất tốt (GMP).

Nguyên lý hoạt động của xử lý siêu âm

Vì xử lý bằng siêu âm là một phương pháp xử lý hoàn toàn cơ học nên không bổ sung các hóa chất phụ gia có thể đi ngược lại triết lý của mỹ phẩm sạch. Các ứng dụng siêu âm như trộn, phối trộn, nhũ hóa, bao gói và chiết xuất dựa trên nguyên lý hoạt động của hiện tượng xâm thực âm.
Sóng siêu âm công suất cao được truyền vào huyền phù thông qua thiết bị xử lý siêu âm dạng đầu dò. Các sóng siêu âm mang năng lượng cao truyền qua chất lỏng, tạo ra các chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp luân phiên, dẫn đến hiện tượng xâm thực âm. Xâm thực âm hay xâm thực siêu âm tạo ra cục bộ nhiệt độ, áp suất, tốc độ gia nhiệt/làm nguội và chênh lệch áp suất cực lớn, cùng các lực cắt mạnh trong môi trường. Khi các bọt xâm thực sụp đổ trên bề mặt hạt hoặc giọt, các tia vi mô và va chạm giữa các hạt tạo ra những tác động như bóc tách bề mặt, xói mòn, phá vỡ hạt, tạo lỗ bằng siêu âm, cũng như phá vỡ giọt và tế bào. Ngoài ra, sự sụp đổ của các bọt xâm thực trong môi trường lỏng tạo ra dòng rối vĩ mô và sự trộn ở cấp vi mô. Chiếu xạ siêu âm là một cách hiệu quả để tăng cường các quá trình truyền khối, vì xử lý bằng siêu âm tạo ra hiện tượng xâm thực và các cơ chế liên quan như chuyển động vi mô do các tia chất lỏng, sự nén và giải nén trong vật liệu kéo theo sự phá vỡ các giọt, cũng như tốc độ gia nhiệt và làm nguội cao.
Các thiết bị siêu âm dạng đầu dò có thể tạo ra biên độ rất cao, điều cần thiết để tạo ra hiện tượng xâm thực mạnh. Hielscher Ultrasonic sản xuất các thiết bị xử lý siêu âm hiệu suất cao, có thể dễ dàng tạo ra biên độ 200µm khi vận hành liên tục 24/7. Đối với các biên độ cao hơn nữa, Hielscher cung cấp các đầu sonotrode (đầu dò) chuyên dụng cho biên độ cao.
Các thiết bị phản ứng siêu âm và buồng dòng chảy có thể được tăng áp được sử dụng để tăng cường hiện tượng xâm thực. Khi áp suất tăng, hiện tượng xâm thực và các lực cắt do xâm thực có khả năng phá hủy mạnh hơn, qua đó tăng cường các tác động của siêu âm.

Ưu điểm của phối trộn và nhũ hóa bằng siêu âm

Việc sản xuất các hỗn hợp đồng nhất, hệ phân tán, nhũ tương và nhũ tương nano bằng siêu âm đã thu hút sự quan tâm của các nhà phát triển công thức mỹ phẩm nhờ hiệu quả năng lượng vượt trội, chỉ cần các thiết bị trộn cơ bản, thao tác hệ thống dễ dàng và quan trọng nhất là chi phí sản xuất thấp. Trộn, phối trộn và nhũ hóa bằng siêu âm giúp tăng tính linh hoạt trong việc lựa chọn chất hoạt động bề mặt và cấu trúc bên trong của nhũ tương. (tham khảo Marzuki et al. 2019)

Kích thước phân tử có vai trò quan trọng

Các phân tử có kích thước dưới micromet và nano thể hiện tốc độ thẩm thấu qua da tăng đáng kể. Trong khi các phân tử lớn nằm trên bề mặt da và không thể thâm nhập vào da do kích thước của chúng, các phân tử nhỏ hơn có thể đi qua lớp biểu bì.
Điều này có nghĩa là các hợp chất có hoạt tính sinh học được vận chuyển vào các lớp sâu hơn của trung bì, nơi chúng có thể thực hiện “công việc” của mình bằng cách nuôi dưỡng hoặc phục hồi da.
Một ví dụ tiêu biểu về tầm quan trọng của kích thước phân tử là axit hyaluronic, một phân tử chuỗi dài. Nếu axit hyaluronic có khối lượng phân tử cao, nó không thể đi qua hàng rào bảo vệ da và lưu lại dưới dạng một lớp màng trên lớp ngoài cùng của da. Ngược lại, axit hyaluronic có khối lượng phân tử thấp được vận chuyển vào các lớp da sâu hơn, nơi nó phát huy tác dụng dưỡng ẩm.
Một ví dụ khác về tầm quan trọng của kích thước hạt là titan dioxit và kẽm oxit. Cả hai đều được sử dụng làm hoạt chất trong các sản phẩm chống nắng tự nhiên (ví dụ: sữa dưỡng, sản phẩm dưỡng ẩm, sản phẩm dạng xịt). Kích thước hạt nhỏ đồng đều có vai trò quan trọng trong việc tránh làm bít tắc lỗ chân lông, qua đó ngăn ngừa nổi mụn. Hơn nữa, với các hạt nhỏ hơn, hiệu ứng làm trắng và bóng da của các sản phẩm chống nắng được giảm bớt hoặc tránh được.

Nhũ hóa nano bằng siêu âm được sử dụng để tạo ra nhũ tương nano, liposome và hạt nano lipid rắn có chứa hoạt chất. Xử lý siêu âm tạo ra phân bố kích thước giọt hẹp và các hạt có cấu trúc nano.

Cải thiện khả năng thẩm thấu qua da

Các chất hóa học tăng cường thẩm thấu qua da bao gồm các chất như l-α-lecithin, urê, axit béo, ethanol và glycol.

• Các chất tăng cường thẩm thấu qua da dạng túi bao gồm các chất mang dạng túi như liposome và niosome. Các chất mang dạng túi là những hệ dẫn truyền hiệu quả cho các phân tử hoạt chất. Nhờ thành phần cấu tạo, chúng có ưu điểm là mang được cả các phân tử ưa nước lẫn ưa lipid. Các phân tử ưa nước được bao gói trong lõi nước, còn các phân tử ưa lipid được tích hợp vào màng lipid bao quanh lõi nước. Do thành túi được cấu tạo từ lớp kép phospholipid đối với liposome và chất hoạt động bề mặt tổng hợp đối với niosome, các túi này tan trong nước và nhờ đó có tính tương thích sinh học cao.
  Đọc thêm về liposome được sản xuất bằng siêu âm!
• Các chất tăng cường thẩm thấu qua da bằng enzym bao gồm các enzym như HMGCoA reductase và acetyl CoA carboxylase, có tác dụng ức chế các enzym chủ chốt trong quá trình tổng hợp lipid ở biểu bì và làm thay đổi tỷ lệ mol then chốt giữa các lipid chủ yếu của lớp sừng.
• Urê, còn được gọi là carbamide, được sử dụng để tăng cường sự hấp thu các hoạt chất mỹ phẩm khác vì chất này làm tăng tính thấm của da.

Cải thiện sinh khả dụng của hoạt chất trong chăm sóc da bằng siêu âm

Sinh khả dụng được định nghĩa là tốc độ thẩm thấu của một hợp chất hoạt tính để đến được vị trí tác dụng. Đại lượng được gọi là thông lượng, hay lượng hoạt chất thẩm thấu theo thời gian, được xác định bằng microgam/cm²/giờ. Đối với hoạt chất trong các sản phẩm mỹ phẩm, vị trí tác dụng đích của một thành phần thường là phần dưới của biểu bì. Ngoại lệ là các hoạt chất như kẽm oxit hoặc titan dioxit, những thành phần phổ biến trong sữa và sản phẩm xịt chống nắng, vì các chất này có vị trí tác dụng trên bề mặt da, nơi các hạt có thể phát huy khả năng hấp thụ tia UV tối đa.
Sinh khả dụng của các hoạt chất chịu ảnh hưởng lớn từ các dạng công thức mỹ phẩm được sử dụng. Các dạng công thức phổ biến trong sản phẩm làm đẹp và chăm sóc cá nhân là nhũ tương dầu trong nước (O/W), nhũ tương nước trong dầu (W/O), nhũ tương nước trong dầu trong nước (W/O/W), nhũ tương polyol trong dầu cũng như hydrogel. (Các polyol được sử dụng trong công thức mỹ phẩm thiên nhiên là sorbitol, mannitol, v.v.).

Điều chế nhũ tương bằng siêu âm (nước màu đỏ / dầu màu vàng). Chỉ vài giây xử lý siêu âm biến các pha nước/dầu riêng biệt thành nhũ tương mịn.

Xử lý siêu âm để tăng tính thấm của da

Tính thấm của da và qua đó là sinh khả dụng của các hoạt chất mỹ phẩm và dược mỹ phẩm có thể được tăng lên bằng cách tác động đến hàng rào bảo vệ da hoặc tăng độ tan của các phân tử hoạt chất.
Để giảm chức năng cản trở của hàng rào bảo vệ da và tạo điều kiện vận chuyển các phân tử hoạt chất vào phần dưới của biểu bì, nhiều chất như dung môi, phospholipid và các túi chất hoạt động bề mặt được tạo từ phospholipid, cũng như các chất tẩy tế bào chết, có thể cải thiện sự thẩm thấu của hoạt chất vào các lớp da sâu hơn.

• Các dung môi được sử dụng bao gồm dimethyl isosorbide, ethoxydiglycol, ethanol và axit oleic. Các dung môi này có tính tương thích cao với các quá trình trộn, phối trộn và nhũ hóa bằng siêu âm.
• Phospholipid được biết đến rộng rãi với khả năng tăng cường sự thẩm thấu qua da của cả các phân tử tan trong dầu lẫn tan trong nước. Các phospholipid thường được sử dụng là lecithin, lecithin hydro hóa, lysolecithin và tocopheryl phosphate. Chúng được hưởng lợi từ quá trình xử lý siêu âm vì siêu âm phân bố đều phospholipid trong huyền phù.
• Các túi chất hoạt động bề mặt: Chất hoạt động bề mặt có thể tạo thành các túi đa lớp và đơn lớp chứa hoạt chất. Liposome và các hạt nano lipid rắn là những ví dụ điển hình về các túi có khả năng thâm nhập vào da, vận chuyển các hợp chất có hoạt tính sinh học đến vị trí đích. Xử lý siêu âm là phương pháp có hiệu suất và hiệu quả cao nhất để tạo ra liposome, nanoliposome và các hạt nano lipid rắn (SLNs) có tải lượng hoạt chất, hiệu suất bao gói (%EE), độ ổn định và sinh khả dụng cao.
• Các chất tẩy tế bào chết hóa học bao gồm axit lactic, axit glycolic, axit salicylic và N-acetyl-glucosamine. Các sản phẩm tẩy tế bào chết cơ học bao gồm các hạt mài mòn cực nhỏ từ than, vụn dừa hoặc sản phẩm tẩy tế bào chết từ cà phê. Tất cả các chất này đều có thể được phân tán hiệu quả bằng xử lý siêu âm.

Độ tan của các hoạt chất trong mỹ phẩm có thể được tăng lên bằng các phức bao, kỹ thuật bao gói, nhũ tương dưới micromet/nano cũng như bằng cách hòa tan hiệu quả các hoạt chất vào công thức.

• Quá trình tạo phức bao sử dụng cyclodextrin (như alpha-cyclodextrin, gamma-cyclodextrin, hydroxypropyl beta-cyclodextrin) được thực hiện bằng xử lý siêu âm. Các phức cyclodextrin có một khoang rỗng để bao gói các thành phần có hoạt tính sinh học. Việc bao gói / tạo phức làm cho các hợp chất hoạt tính tan trong nước và nhờ đó có sinh khả dụng. Đọc thêm về quá trình tạo phức bằng thấm truyền siêu âm!
• Phytoglycogen là một hạt nano carbohydrate (polysaccharide) có nguồn gốc thực vật, mật độ cao, với một khoang rỗng có thể bao gói nhiều loại hoạt chất khác nhau. Phytoglycogen octenyl succinate (PG-OS) là một hạt nano carbohydrate lưỡng ái, khi được bổ sung sẽ giúp nhũ tương có độ ổn định cao trước sự oxy hóa lipid. Nhũ hóa bằng siêu âm cải thiện việc tạo ra các nhũ tương phytoglycogen đồng nhất và ổn định.
• Nhũ tương dưới micromet và nhũ tương nano được sử dụng làm các hệ dẫn truyền cực nhỏ, giúp các hợp chất tan trong nước và cho phép vận chuyển các hoạt chất đến vị trí đích. Kích thước nhỏ ở thang nano của các giọt làm tăng khả năng thấm qua hàng rào da vào các lớp da sâu hơn.
• Các chất làm mềm có độ phân cực cao thường được sử dụng trong công thức để hòa tan các thành phần kỵ nước / không tan trong nước vì chỉ có ít hoạt chất không phân cực. Các chất làm mềm có độ phân cực cao sau đây thường được sử dụng: isopropyl lauroyl sarcosinate, lauryl lactate, phenyl ethyl benzoate, dioctyl maleate và dioctyl isosorbide. Nhiều loại chất chống nắng cũng được biết đến là chất tăng cường thẩm thấu. Trộn và phân tán bằng siêu âm đảm bảo tạo ra hỗn hợp đồng nhất gồm các chất làm mềm phân cực và các hoạt chất.

Máy trộn siêu âm hiệu suất cao dành cho các sản phẩm làm đẹp sạch

Là một phương pháp trộn thuần cơ học, xử lý siêu âm có thể được sử dụng để sản xuất mọi loại mỹ phẩm thiên nhiên được chứng nhận. Các hệ thống của Hielscher Ultrasonics là những máy móc đáng tin cậy được sử dụng trong sản xuất mỹ phẩm và sản phẩm trị liệu chất lượng cao để bào chế các hợp chất có hoạt tính sinh học được nhũ hóa nano và bao gói trong liposome, với tốc độ hấp thu và tính tương thích sinh học vượt trội. Để đáp ứng nhu cầu của khách hàng, Hielscher cung cấp các thiết bị siêu âm từ máy đồng nhất phòng thí nghiệm cầm tay nhỏ gọn và thiết bị siêu âm để bàn đến các hệ thống siêu âm hoàn toàn ở quy mô công nghiệp để sản xuất các công thức mỹ phẩm với khối lượng lớn. Các quy trình bào chế mỹ phẩm và dược mỹ phẩm bằng siêu âm có thể được thực hiện theo mẻ hoặc theo quy trình liên tục trên đường ống sử dụng thiết bị phản ứng siêu âm dòng chảy qua. Có sẵn nhiều loại đầu phát siêu âm (đầu dò) và bình phản ứng để đảm bảo cấu hình tối ưu cho quá trình sản xuất liposome của bạn. Độ bền chắc của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 với chế độ làm việc cường độ cao trong môi trường khắc nghiệt và đảm bảo tuổi thọ máy lâu dài.
Khả năng kiểm soát chính xác tất cả các thông số quan trọng của quá trình như biên độ, áp suất, nhiệt độ và thời gian xử lý siêu âm giúp quá trình siêu âm diễn ra đáng tin cậy và có khả năng tái lập. Hielscher Ultrasonics hiểu tầm quan trọng của việc duy trì chất lượng sản phẩm cao một cách liên tục và hỗ trợ các nhà sản xuất mỹ phẩm thực hiện tiêu chuẩn hóa quy trình và GMP (Thực hành sản xuất tốt) bằng phần mềm thông minh và tính năng ghi dữ liệu tự động. Các máy đồng nhất siêu âm kỹ thuật số của chúng tôi tự động ghi lại tất cả các thông số của quá trình siêu âm trên thẻ SD tích hợp. Màn hình cảm ứng kỹ thuật số và chức năng điều khiển từ xa qua trình duyệt cho phép giám sát quá trình liên tục và điều chỉnh chính xác các thông số quá trình bất cứ khi nào cần thiết. Điều này giúp việc giám sát quá trình và kiểm soát chất lượng trở nên dễ dàng hơn đáng kể.
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi: