Nanotechnologia w kosmetologii

© africa-studio.com (Olga Chernetska and Leonid Yastremskiy) - Depositphotos

Nanotechnologia to bardzo nowoczesna dziedzina nauki, nazywana często współczesną alchemią. Głównym jej zadaniem jest otrzymywanie i zastosowanie struktur, których co najmniej jeden z wymiarów wyrażony jest w nanometrach. „Nanos” z greckiego znaczy „karzeł lub krasnal”, nauka odnosi się do procesów zachodzących w wymiarach nanometrowych na poziomie molekularnym, atomowym, podlegających prawom mechaniki kwantowej, mających związek z rozmiarami nanometrycznymi pojedynczych atomów i cząsteczek. Ze względu na kształt nanododatki można podzielić na kuliste, cylindryczne, o nieregularnym kształcie lub też dokonać podziału ze względu na źródło pochodzenia – na nanocząstki powstające na skutek działalności człowieka i naturalnie. Już w średniowieczu szklarze stosowali nanocząsteczki złota do otrzymywania szkła o różnej barwie. Cząstek o rozmiarze ok. 20 nanometrów używano przy produkcji szkła czerwonego, 30 nm – szkła różowego, a ok. 80 nm – szkła pomarańczowego. Przyroda także dostarcza wielu przykładów. Badacze obserwujący skórę delfinów odkryli, że chociaż wydaje się gładka, jest pokryta bardzo niewielkimi wypukłościami nanocząstek. Rozmiar tych występów nie wytwarza tarcia, gdy delfiny pływają, dając jednak skórze właściwości samooczyszczania. Skrzydła niektórych gatunków motyli są pokryte dachówkowo ułożonymi nanoblaszkami zawierającymi pigmenty, składają się z wielu unikalnych i skomplikowanych nano- i mikrostruktur.

Materiały uzyskane w skali nano w porównaniu z konwencjonalnymi wykazują większą twardość, większą wytrzymałość, większą biokompatybilność, odporność chemiczną, większą hydrofilowość, zwaną niekiedy superhydrofilowością, większą odporność chemiczną.

Nauka dostarcza szerokiego wachlarza możliwości, przyczyniając się do rewolucyjnego postępu w wielu dziedzinach badawczych, poprzez wspomaganie nowoczesnych technologii między innymi w przemyśle kosmetycznym. Jest też źródłem nowych szans rynkowych. Wiele krajów na świecie uznało tę dziedzinę za strategiczną i wprowadziło do programów rządowych. W efekcie wzrosła liczba laboratoriów kosmetologii zajmujących się tą tematyką. Intensywne badania nad nanocząstkami mogą zaowocować w przyszłości poprawą jakości i wydajności produktów na rynku, ułatwiając tym samym styl życia wymagających konsumentów.

Badania z zakresu nanotechnologii prowadzone w ośrodkach laboratoryjnych otwierają przed przemysłem kosmetycznym nowe możliwości i rozwiązania, prowadząc do rozszerzenia gamy składników aktywnych o specyficznym zakresie i właściwościach. Światowe koncerny kosmetyczne coraz częściej zastępują standardowe składniki składnikami z dodatkiem nanocząstek, reklamując swoje produkty jako „technologię jutra”. Z przeprowadzonych przez magazyn „Polish Journal of Cosmetology” badań wynika, że produkty kosmetyczne stworzone na bazie nanocząsteczek nie tylko poprawiają wygląd skóry, wywierają także pozytywny wpływ na samopoczucie wielu kobiet na całym świecie Należą do nich przede wszystkim:

• Nanoemulsje – przezroczyste, jednorodne układy wodno- olejowe. Średnica cząsteczek fazy wewnętrznej nie przekracza 100 nm. Nanoemulsje charakteryzują się niskim napięciem międzyfazowym. Mieszanina jest stabilna termodynamicznie w szerokim zakresie temperatur. Do nanoemulsji często wprowadzane są substancje biologicznie aktywne, które zapewniają homogeniczność produktu na etapie końcowym, wyższą zdolność solubilizacji oraz zwiększenie efektywności działania znajdujących się w nich aktywnych składników kosmetycznych. Charakteryzują się bardzo dobrą przepuszczalnością przez skórę. Stanowią skuteczny program pielęgnacyjny i regeneracyjny skóry. Są biozgodne, biodegradowalne i kompatybilne.
• Nanokapsułki – nazywane nanonośnikami, promotorami przenikania substancji aktywnych – zbudowane są z polimeryzowanej osłonki otaczającej płynne lub żelowe wnętrze. Czynniki aktywne w układzie mają zdolności liofilowe bądź też wykazują właściwości dyspersyjne. Surowce uwięzione we wnętrzu nanokapsułki dostarczane są w konkretne miejsca, po czym rozpoczyna się proces stopniowego uwalniania składników aktywnych. Pierwszymi stosowanymi w kosmetyce nanonośnikami były liposomy – drobne ciała tłuszczowe. Głównym ich zadaniem jest transport różnorodnych związków biologicznie aktywnych. Receptury preparatów kosmetycznych zawierających w swoim składzie liposomy niosą ze sobą ograniczenia produkcyjne, gdyż tego typu układy są niezgodne z niektórymi związkami chemicznymi, np. surfaktantami, substancjami silnie dysocjującymi czy rozpuszczalnikami. Wszystkie te niedogodności zainicjowały rozwój badań nad konkurencyjnymi systemami dla liposomów – nanokapsułkami. Stosowane w preparatach kosmetycznych mogą pełnić dwojaką rolę: po pierwsze – uwalniają progresywnie zawarte w nich składniki aktywne; po drugie – penetrują w głąb warstw skóry, zwiększając w ten sposób zdolność przenikania aktywnych składników, które transportują. Materiały wybierane do produkcji nanokapsułek muszą wykazywać biologiczną zgodność otoczki i produktów jej degradacji, biodegradowalność, kontrolowany czas uwalniania czynnika aktywnego poprzez enzymatyczną destrukcję polimerowej otoczki oraz stabilność w układzie recepturalnym aż do momentu użycia kosmetyku.
• Polimerosomy kształtem przypominają polimerowe zbiorniczki. Wypełnione są cieczą o określonych właściwościach, stwarzają nowe możliwości terapeutyczne. Przeznaczone są głównie do przenoszenia czynników aktywnych.
• Kolasfery składają się z otoczki, w skład której wchodzą substancje fizjologicznie występujące w ludzkiej skórze. Są biozgodne i biodegradowalne, równomiernie uwalniają czynnik aktywny. Funkcjonują dwa typy kapsułek: kolasfery H – z medium olejowym, przenoszącym w swoim wnętrzu aktywne substancje hydrofobowe, oraz kolasfery A – z medium wodnym, przenoszącym substancje o właściwościach hydrofilowych. Mechanizm uwalniania zapewnia substancjom zamkniętym w tych strukturach bardzo długą obecność w skórze.
• Nanosfery to związki występujące w formie koloidalnej. Aktywne substancje są rozpuszczone, zakapsułkowane i chemicznie związane w postaci polimerowej macierzy, np. nanogąbki, porowate, polimeryczne struktury o wielkości 10–800 nm.
• Nanostrukturalne lipidowe nanocząstki to sferyczne cząstki zbudowane z lipidów, w postaci stałej w temperaturze pokojowej, rozpuszczają się w fazie wodnej z dodatkiem emulgatora, np. trójglicerydy (tristearynian, tripalmitynian), glicerydy – monostearynian glicerolu, nasycone kwasy tłuszczowe (stearynowy, palmitynowy), steroidy (cholesterol) i woski (palmitynian cetylu). Nanostrukturalne lipidowe nośniki zbudowane są z mieszaniny stałych lipidów z dodatkiem różnych olejów. Lipidowe nanocząsteczki stanowią doskonałe nośniki aktywnych związków w kosmetykach. Głównym ich zadaniem jest nawilżenie skóry, zwiększenie jej elastyczności, wykorzystywane głównie w preparatach przeciwzmarszczkowych.
• Nanowoda powstaje wskutek zadziałania plazmą w warunkach próżni i ma postać niesklastrowaną. Z cząstek wielkości ok. 500 nm – dużych klastrów – uzyskano cząsteczki wielkości 1 nm. Połączenie wody z preparatami, dzięki utrzymaniu wiązań nanocząsteczkowych na poziomie pojedynczych molekuł, zwiększa penetrację i koncentrację rozpuszczonych aktywnych komponentów, rozpuszcza do 40% więcej substancji, co pozwala na uzyskanie znacznych koncentratów. Rozpuszcza substancje, które w standardowych warunkach są nierozpuszczalne w wodzie, np. lipidy. Jako składnik kosmetyków posiada właściwości odżywiające i pielęgnujące skórę, stymuluje regenerację zniszczonych struktur, łagodzi podrażnienia.

Literatura

• Bielecki S., Kalinowska H., 2008, Biotechnologiczne nanomateriały, „Postępy Mikrobiol.”, nr 47 (3), s. 163–169.
• Cantor B., 1999, Nanocrystalline Materials Manufactured by Advanced Solidification Processing Methods, “Journal of Metastable and Nanocrystalline Materials”, 1, 143–152.
• Colomban P., Mazerolles L., 1991, Nanocomposites in Mullite-ZrO2 and Mullite-TiO2 Systems Synthesised Through Alkoxide Hydrolysis Gel Routes – Microstructure and Fractography, “J. Mater. Sci.”, 26, s. 3503–10.
• Debjit B., Chiranjib, Margret R., 2009, Role of nanotechnology in novel drug delivery system, “J. Pharm. Sci. Technol.”, nr 1, s. 20–35.
• Devaux X., Laurent C., Brieu M., Rousset A., 1991, Microstructural and Mechanical Properties of Ceramic Matrix Nanocomposites, “C. R Acad SciSer II Mec Phys”, nr 312, s. 1425–30.
• Dong-Goon et al K., 2006, Retinol – encapsulated low molecular water-soluble chitosan nanoparticles, Int. J. Pharm.
• Drexler K.E., 2009, Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturingand Computation, John Wiley & Sons.
• Dręczewski B., Herman A., Wroczyński P., 1997, Nanotechnologia: stan obecny i perspektywy.
• Duggal D, 2009, Role of nanotechnology in new drug delivery systems, “Int. J. Drug Dev. & Res.”, nr 3 (4), s. 4–8.
• Gołębiewski J., 2004, Nanokompozyty polimerowe. Struktura, metody wytwarzania i właściwości, “Przemysł Chemiczny” nr 1, s. 15–20.
• Jazukiewicz Z., 2009, Mocne wejście karła, „Przegląd Techniczny”, nr 8.
• Johnson L.M., Pinnavaia T.J., 1991, Hydrolysis of (gamma Aminopropyl) Triethoxysilane – Silylated Imogolite and Formation of a Silylated Tubular Silicate – Layered Silicate, “Nanocomposite Langmuir”, nr 7, s. 2636–41.
• Kapuścik A., 2006, Produkcja w skali „nano”, „Inspektor Pracy” 10, s. 11–13.
• Kedar U., Phutane P., Shidhaye S., Kadam V., 2010, Nanomedicine: NBM, nr 6, s. 714.
• Kelsall R.W., Hamley I.W., Geoghegan M., 2008, Nanotechnologie, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
• Komisja Wspólnot Europejskich, 2009, Ku europejskiej strategii dla nanotechnologii, nr 338, s. 1–28.
• Kreyling W., Semmler-Behnke M., Möller W., 2006, Healthimplications of nanoparticles, “Journal of Nanoparticle Research”, 8, s. 543–562.
• Makles Z., 2005, Nanomateriały – nowe możliwości, nowe zagrożenia, „Bezpieczeństwo Pracy”, nr 2, s. 2–4.
• Mazurkiewicz K., 2007, Nanonauki i nanotechnologie. Stan i perspektywy rozwoju, Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Radom.
• Miller G., Kinnear S., 2009, Nanotechnologia w żywności – nowe zagrożenia, Nexus, nr 64.
• Nowak M., 2008, Rewolucyjna nanotechnologia, „Ekopartner”, nr 2, s. 30–31.
• Pardeike J., Hommoss A., Muller R.H., 2009, Lipid naoparticles (SLN, NLC) In cosmetics and pharmaceutical deramal products, Int. J. Pharm.
• Przybyszewska M., Zaborski M., 2009, Nanometryczny tlenek cynku. Metody syntezy, właściwości, zastosowanie, „Przemysł Chemiczny”, nr 15.
• Ratner M., Ratner D., 2002, Nanotechnology, A. Gentle Introduction to the Next Big Idea, Hall Professional Technical Reference.
• Robert W. Kelsall, Ian W. Hamley, Geoghergan M., 2008, Nanotechnologie, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.
• Roduner E., Nanoscopic, 2006, Materials, Size-dependent Phenomena, Royal Society of Chemistry, Thomas Graham House, Cambridge.
• Roy S., Chakravorty D., 1991, Nanocomposites by Fractal Growth of Electrodeposited Silver in Ion-Exchanged Oxide Glasses, “Appl Phys Lett”, nr 59, s. 1415–17.
• Sikora M., 2007, Nanokosmetyki w natarciu, „Plastics Review”, nr 7.
• Sobczak N., Sobczak J., Morgiel J., Stobierski L., 2003, TEM Characterization of the Reaction Products in Aluminium-Fly Ash Couples, Mat. Physics and Characterization, accepted for publication in January.
• Sobczak N., Sobczak J., Rohatgi P.K., 1998, Using Waste Materials for the Synthesis of Composites – Proc. ECOMAP-98, Nov. 23–29.
• Sobczak N., Sobczak J., Seal S., Morgiel J., 2003, TEM Examination of the Effect of Titanium on the Al/C Interface Structure, Mat. Physics and Characterization.
• Steven H. Voldman, 2002, Piorunochrony dla nanoukładów, „Świat Nauki”, nr 12, s. 68–76.
• Surendiran A., Sandhiya S., Pradhan S.C. et al, 2009: Novel applications of nanotechnology in medicine, “Indian J. Med. Res.”, nr 130, s. 689–701.
• Świdwińska-Gajewska A.M., 2007, Nanocząstki (Część 2) – korzyści i ryzyko dla zdrowia, „Medycyna Pracy”, nr 007, 58, s. 253–263.
• Tomczak J., 2006, Zagrożenia wypływające z nanotechnologii, s. 1–6.
• Wang Y.C., Sasaki M., Hirai, 1991 Thermal Properties of Chemical Vapour--Deposition SiC-C Nanocomposites, “J. Mater Sci”, nr 26, s. 5495–5501.
• Waszkiewicz-Robak B., Świderski F., 2008, Nanotechnologia – korzyści i zagrożenia zdrowotne, „Bromatol. Chem. Toksykol.”, nr 3, s. 202–208.
• Whitesides G.M., 2003, The „right” size in nanobiotechnology, “Nat. Biotechnol.”, nr 21, s. 1161–1165.
• Wosicka H., Lulek J., 2009, Stałe nanocząsteczki lipidowe i nanostrukturalne nośniki lipidowe w nowoczesnych kosmetykach, „Pol. J. Cosmetol.”, nr 12, s. 23.
• Yamanaka S., 1991, Design and Synthesis of Functional Layered Nanocomposites, “Amer. Ceram. Soc. Bull,” nr 70, s. 1056–58.
• Zhang L., Webster T.J., 2009, Nanotechnology and nanomaterials: promises for improved tissue regeneration, “Nano Today”, nr 4, s. 66–80.