Наночастицы в косметических продуктах - хорошо или плохо?

Наночастицы - не такая уж и новость, как может показаться. Их история началась давно. С тех пор, как люди появились на земле, они подвергались воздействию крошечных частиц, летающих в воздухе – аэрозолей. Это были дым и копоть от костра или очага, пыль из Сахары, занесенная ветром за сотни километров, плодородный лесс или вулканический пепел, взвешенный в высоких слоях воздуха. Крошечные частицы, видимые или невидимые человеческим глазом образуются при любом трении природных или синтетических твердых тел. И всегда в аэрозолях и пыли присутствуют наночастицы.

Оптические свойства

Наночастицы невидимы, так как их диаметр меньше, чем длина волны видимого света, которая составляет около 400 до 800 нм, то есть нанометров.

Напомним:
1 миллиметр = 1 мм = 0,001м = 10-3 м;
1 микрометр = 1 мкм = 0,000001 м = 10-6 м (диаметр человеческого волоса равен 60-100 мкм)
1 нанометр = 1 нм = 0,000000001 м = 10-9 м
1 ангстрем = 0,1 нм = 0,0000000001 м = 10-10 м (средний радиус атомов)

Нанодисперсия двуокиси титана, которая используется в солнцезащитных средствах, почти бесцветна, как размер ее частиц составляет менее 400 нм. Именно поэтому кремы с УФ-фильтром, содержащие двуокись титана в высокой концентрации, уже не такие надоедливо белые, как раньше.

Так называемые коллоидно-дисперсные системы состоят из жидкостей, которые содержат частицы размером от 1 до 500 нм. Они обладают специфическими оптическими свойствами. Если размер их частиц достигает видимой области света, частицы могут стать опалесцирующими, то есть приобретают молочное или цветное мерцание. В прозрачных дисперсиях, например, мыльных растворах, часто можно наблюдать эффект Тиндаля, то есть рассеивание света частицами при прохождении луча через среду. Обычные растворы не рассеивают видимый свет. Солнечные лучи, которые пробиваются сквозь облака или через листву в лесу, возникают в силу того же оптического эффекта. Интенсивность дисперсии больше, если длина волны меньше; поэтомуколлоидные дисперсии наночастиц часто кажутся голубоватыми. Иногда изменяется и цвет вещества: например, дисперсии коллоидного золота с размером частиц менее 100 нм темно-красные.

Разнообразное применение

Косметическая и фармацевтическая промышленность использует широкий спектр наночастиц.

Твердые наночастицы

• Окиси металлов: наночастицы двуокиси титана используются в качестве защиты от солнца. В терапии рака наночастицы окиси железа вводятся в организм и затем избирательно транспортируются в опухолевую ткань. Там их нагревают с помощью переменных магнитных полей и таким образом вызывают повреждение тканей опухоли.

• Нано- или микрокапсулы: состоят из полимеризатов, например, полипептиды с инкапсулированными фармацевтическимисредства ми, которые медленно высвобождаются. В этом случае малый размер частиц создает очень большую площадь поверхности, что позволяет контролировать высвобождение активных агентов из полимерной матрицы.

• Углеводороды и парафины ( " Lipopearls ®"): вместе с косметическими активными агентами эти органические добавки расплавляют при высоких температурах в водных дисперсиях, в процессе гомогенизации корректируют размер частиц и затем охлаждают. На этом этапе формируются твердые наночастицы, которые также называют SLN (solid lipid nanoparticles, твердые липидные наночастицы). Они образуют на коже поверхностную пленку, из которой затем высвобождаются активные агенты, как в окклюзионной системе.

"Жидкость" или "жидкие" наночастицы

• Наночастицы, содержащей мембраны: это капли масел с жирорастворимыми активными агентами, которые окружены фосфатидилхолиновыми (PC) мембранами. Применительно к липосомам они иногда также называются наносомами (смотри ниже).

nanochasticy_1.jpg


  • Хиломикроны - естественные системы носителей липидов в лимфатической системе организма. К тому же внешние PC мембраны также содержат транспортные белки.


• Керамиды, фитостерины и жирные кислоты: в девяностых годах этот тип соединений в мембранах стали известны какNanoparts®.

• Липосомы представляют собой двуслойный вариант наночастиц. Их структура - производное живых клеток. В отличие от наночастиц в более узком смысле, они имеют водную внутреннюю среду и служат для инкапсулирования водорастворимых косметических и фармацевтических активных веществ. Ниосомы являются синтетическими родственниками липосом, которые состоят из естественного PC.

Разный размер частиц

Помимо разнообразных липосом, о которых мы сейчас не будем говорить, в косметике в основном используются твердые наночастицы в виде двуокиси титана и фосфатидилхолина (PC), содержащего наночастицы жидкости. Другой редко используемый термин для наночастиц жидкости - наноэмульсия. Следует отметить, что PC имеет очень мало общего с эмульгаторами. Как уже упоминалось выше, PC как естественное вещество организма отвечает за транспорт липидов в лимфатическую систему и кровь. PC полностью метаболизируется и обеспечивает кожу двумя основными веществами: линолевой кислотой и холином. Размер частиц наночастиц в водных дисперсиях варьирует. Как правило, указывают средний размер, который рассчитывается исходя из кривой распределения, как показано на рисунке:

nanochasticy_2.jpg

В то время как минимальный размер частиц мало варьирует, кривая заметно растянута в направлении более крупных частиц. В тех случаях, когда значение достигает видимой области света, или, другими словами, где небольшая доля частиц больше, чем 400 нм, водные дисперсии становятся непрозрачными - от матовых до молочных, в зависимости от концентрации частиц большего размера. Среднее значение и распределение частиц и зависит от концентрации липидов. Существует динамическое равновесие в наночастицах жидкости, что означает, что если в процессе изготовления смесь распыляют в частицы меньшего размера, при хранении в течение длительного времени они возвращается к первоначальному состоянию.

В большинстве случаев размер частиц наночастиц и липосом измеряется с помощью фотонной корреляционной спектроскопии. Она используется для исследования частиц диаметром 2-3 мкм и меньше, которые перемещаются в соответствии с броуновским движением, в суспензиях жидкости. Интенсивность движения обратно пропорциональна размеру частиц или, другими словами, чем меньше частицы, тем быстрее они движутся.

Средний размер частиц коммерческих косметических липосом составляет от 25 до 200 нм при стандартном отклонении 5 - 30 нм. Средний размер частиц наночастиц жидкости составляет от 70 до 200 нм. Стабильные дисперсии наночастиц не должны оседать (образовывать осадок). Физическая стабильность измеряется центрифугой со скоростью вращения от 5000 до 10000 оборотов в минуту. В отличие от обычных эмульсий, составляюшие их структуры нельзя обнаружить с помощью оптического микроскопа, они видны только под электронным микроскопом. Диаметр фосфатидилхолиновой оболочки жидких наночастиц колеблется в пределах 2-3 нм.

Физиологический аспект

Обычно косметические наночастицы поставляют в виде сыворотки или концентратов активных агентов. Они представляют собой водные дисперсии наночастиц, содержащие добавки для сохранения консистенции: ксантан и некоторые другие водорастворимые вещества.

В противоположность этому, малые и сверхмалые наночастицы легко доступны. После того, как эти частицы попадают в воздух, они могут представлять опасность из-за того, что могут проникнуть в альвеолы ​​легких при дыхании, а затем оказывать вредное действие, как и другие неразлагаемые твердые вещества, такие, как асбест, стекловолокно, углеродная пыль и частицы выхлопных газов. Такие наночастицы не входят в состав повседневных косметических средств. Даже пигментыпудр содержат существенно более крупные частицы (более 5 мкм), и если они попадут в дыхательные пути при неосторожном вдыхании пудры, то будут удалены организмом. Частицы двуокиси титана, которая используется в пудрах как отбеливающий пигмент, более крупные, чем у прозрачной нанодисперсии двуокиси титана, применяемой в качестве УФ-фильтров в солнцезащитных продуктах (см. выше).

Вплоть до сегодняшнего дня нет данных о том, что косметические наночастицы, такие, как двуокись титана или окись цинка в составе солцезащитных кремов, могут проникать в кожу. Это также относится к патологически измененной коже, например, при псориазе. Неминеральные твердые наночастицы на основе углеводородов, парафинов, в том числе добавки, используемые в процессе, также задерживаются роговым слоем. Как уже упоминалось выше, они образуют поверхностные пленки, а затем высвобождают активные вещества в кожу. Следовательно, они будут действовать, как эмульгаторы кремов с высоким процентным содержанием вазелинов и восков, которые не усваиваются организмом.

Совсем иными являются наночастицы жидкости и их гидрофильные родственники, липосомы. Они проникают в барьерные слои рогового слоя, где сразу растворяются вследствие их специфического состава. В ходе этого процесса происходит псевдоразжижение барьерных слоев кожи, и инкапсулированные активные агенты могут пройти через кожный барьер. Приведенные ниже рисунки дает общее представление об этом процессе.

Липосома приближается к барьерным слоям кожи


nanochasticy_3.jpg

Липосома сливается с барьерным слоем кожи

nanochasticy_4.jpg
Липосома растворилась и высвободила активные агенты

nanochasticy_5.jpg

PC в оболочке жидких наночастиц – монослой, а не бислой, как в липосомах, однако он действует сходным образом. После его первичного слияния с барьерными слоями он проникает в более глубокие слои кожи или же ферментативно и гидролитически расщепляется на физиологические компоненты, такие, как жирные кислоты, глицерин, фосфорная кислота и холин. Поэтому барьерная функция кожи восстанавливается через несколько часов.

Специфическое преимущество жидких наночастиц флюида состоит в том, что наряду с липофильными активными веществами очень жирные натуральные масла могут быть быть переведены в приятную по ощущению водную дисперсию, которая легко проникает в кожу, без добавления синтетических эмульгаторов, повреждающих кожный барьер.

Много шума из ничего?

При всей этой шумихе, поднятой вокруг малых частиц, нужно всегда иметь в виду, что кожа постоянно подвергается воздействию веществ размером с молекулу. В зависимости от их размера и полярности они более или менее успешно проходят через барьер кожи. В то время как косметические наночастицы часто имеют размер около 100 нм, размер малых молекул бывают менее 1 нм. Атомы и ионы еще меньше - около 0,1 нм. Состоящая из ионов и растворимая в воде поваренная соль примерно того же размера, однако никто не будет утверждать, что поваренная соль опасна. Следовательно, отношение к наночастицам должно быть таким же, как и к молекулам.

Dr. Hans Lautenschläger (доктор Ханс Лаутеншлегер)
Источник
Опубликовано: Beauty Forum 2009 (5), 44-47
Перевод и редактирование: Г.Б.Большакова