Нанотехнологии в косметике кратко
Обновлено: 02.07.2024
Апгрейд косметики наночастицами: глубже, точнее, мощнее?
Нанотехнологии в косметике: чего ожидать?
Пока реклама говорит об одних только достоинствах наночастиц, которые вводят в состав косметики по уходу за кожей или лекарственных средств, научный мир ведет ожесточенные дебаты о целесообразности их применения и механизмах активности. Действительно, некоторые наночастицы в косметике улучшают проницаемость активных веществ в нижние слои кожи (эпидермиса). Некоторые, напротив, остаются только на поверхности кожи. В целом, они выполняют разнообразные функции, и в целом нанотехнологии, задействованные в косметике, разделяют на три глобальных класса: наноэмульсии, наносомы и нанопигменты.
Косметические средства с наночастицами: старые добрые кремы с SPF
Мало кому известно, но распространенные ингредиенты солнцезащитных кремов – диоксид титана и оксид цинка – также вводятся в эти средства в виде наночастиц. В научной прессе появлялись публикации, в которых говорилось, что наночастицы в составе многих солнцезащитных кремов попадают в кровоток и являются потенциально опасными. Некоторые авторы даже заявляли, они могут взаимодействовать с ультрафиолетом и вызвать повреждение клеток кожи. Однако научные данные, собранные по инициативе регулирующих органов пришли к выводу, что наночастицы диоксида титана и оксид цинка остаются только на поверхности рогового слоя эпидермиса, а не всасываются в кровь и не влияют на живые клетки кожи. Так что по мнению токсикологов, нет никаких доказательств, что эти солнцезащитный крем проникает в кожу и тем более – в кровь.
Примеры последних разработок в области косметических нанотехнологий
Многие наночастицы в косметике разрабатывались с расчетом на оптимальную проницаемость и более глубокую доставку в кожу, в том числе в составе трансдермальных систем. Однако в последнее время биотехнологи создают также молекулы, основная работа которых проводится на поверхности кожи. Вот несколько примеров – все эти молекулы обладают неповторимыми свойствами.
Наночастицы в лечебной косметике
Нанотехнологии взяли на вооружение не только косметологи – медикам они пригодились для борьбы с распространенной формой аллергического дерматита. Фокус на микроскопических соединениях, содержащих кальций, помог решить проблему развития кожной аллергической реакции на никель. Не так давно американские ученые разработали крем с содержанием наночастиц с кальцием, основная и единственная функция которого – не уход за кожей, а дезактивация аллергена, ионов никеля. При нанесении на кожу в виде крема наночастицы с кальцием эффективно захватывают молекулы никеля, предотвращая его попадание в кровоток. Кроме того, сами наночастицы были разработаны таким образом, что они не могут проникнуть в кожу. Крем с никелем легко смывается водой. Создатели инновации обнаружили два соединения, которые отвечали критериям эффективности и безопасности – карбонат кальция и фосфат кальция. Их и будут добавлять в основу крема, который поможет тысячам людей, страдающим от этого распространенного вида аллергии.
Нанотехнологии в косметике: вопрос безопасности
Так или иначе, нанотехнологии в косметике обладают не только позитивным потенциалом – они также могут быть токсичными для клеток и повреждать ДНК. Недавно ученые выяснили, что наночастицы на основе оксида цинка и серебра, которые можно встретить в составе солнцезащитных кремов, небезопасны для генетического кода человека. При помощи высокоточного скрининга было установлено, что наночастицы оксида цинка и серебра могут производить свободные радикалы – активные формы кислорода, которые в свою очередь могут изменить генетический код в клетках.
Липосомы, наносомы и фотосомы
Благодаря фосфолипидам структура липосом аналогична клеточной мембране, поэтому они без труда усваиваются организмом. Также считается, что липосомы из соевого лецитина наиболее стабильны: в них гармонично сочетаются прочность и пластичность. Главное преимущество липосом перед другими микрокапсулами в том, что в них можно заключить сразу несколько ингредиентов, причём как внутрь капсулы, так и в её мембрану. Вещества могут быть самыми разными: витамины, кислоты, экстракты растений, аминокислоты, энзимы, ферменты, микроэлементы, гормоны и антибиотики.
Ещё одно понятие, которое сейчас можно встретить всё чаще, — это фотосомы. По сути, это просто отдельный вид липосом, в состав которых заключены светочувствительные ферменты для восстановления и защиты ДНК-клеток кожи от воздействия ультрафиолета.
Подмена понятий
Средняя проходимость здоровой кожи составляет около 100 нанометров, а величина самых маленьких наносом, используемых в косметике, — 50 нанометров. Ответственные производители используют липосомы из соевого лецитина размером до 150 нанометров — они ещё могут достигнуть цели благодаря своей пластичности, но микрокапсулы из полимеров размером в 500 нанометров, увы, не пройдут через эпидермис в неизменном виде. К сожалению, в наши айфоны пока не встроены сканеры для определения размеров наночастиц, поэтому приходится полагаться на страх, риск и производственную документацию в интернете при покупке средств с микрокапсулами.
Другая проблема с нанотехнологиями в производстве косметики заключается в подмене понятий из-за отсутствия официальных формулировок, разъясняющих, что в принципе можно считать нанотехнологиями в этой области. В результате производители могут называть нанокосметикой не средства с микрокапсулами или продукты, при изготовлении которых были использованы нанотехнологии, а кремы и сыворотки с ингредиентами наноразмеров. К таким, например, относятся натриевые и калиевые соли жирных кислот (их размер — от 1 до 3 нанометров), которые содержатся в обычном мыле.
Косметолог Cefine Елена Карминская рассказывает, что технология получения и применения мыла была разработана знаменитым швейцарским алхимиком Парацельсом в 1520 году. Однако Парацельс был не первым в истории нанотехнологом. История сохранила сведения об античной косметике, применявшейся царицей Клеопатрой. Центральное место в этих продуктах занимали оливковое и другие растительные масла и животные жиры, молекулы которых имеют размер в несколько нанометров. Традиции использования минеральных косметических средств (глины, охры, порошка лазурита), по данным археологов, относятся к каменному веку. Самыми ценными считаются порошки с минимальным размером частиц этих средств, достигающим десятков-сотен нанометров. В современной косметике минеральные пудры и порошки также находят применение.
Зачем нужны нанокапсулы
Косметика с микрокапсулами активно используется и в салонном уходе в сочетании с аппаратными методиками (микротоками, ионофорезом, фототерапией). В салонах красоты такие процедуры представлены как замена инъекциям. И в этом есть своя правда: изначально микрокапсулы делали как раз именно для того, чтобы доставить в глубокие слои кожи с помощью косметики те ингредиенты, которые раньше можно было провести туда только с помощью укола. Кроме того, уже есть зубные пасты с инкапсулированными микроэлементами для восстановления эмали и капли для глаз в виде спрея, который нужно наносить на веки с закрытыми глазами: миниатюрные липосомы проходят сквозь кожу и доставляют увлажняющие компоненты на слизистую.
Интерес к нанотехнологиям возрастает с каждым днем. Возможность использования материи на наноуровне позволяет достичь колоссальных результатов во многих отраслях, в том числе и в эстетической медицине.
Автор: Инна Крулько, к. б. н., вирусолог, микробиолог (Киев).
В основе так называемых нанотехнологий лежит управление объектами, размер которых находится в пределах 1–100 нанометров (нм) и у которых при этом проявляются уникальные свойства. Их общая площадь поверхности настолько велика по отношению к их размеру, что это позволяет изменять и контролировать их физико-химические и биохимические параметры, задавая необходимые задачи. Так, например, оказалось, что наночастицы (НЧ) некоторых металлов имеют прекрасные абсорбционные и оптические свойства и используются для приготовления сверхтонких пленок для солнечных батарей. Другие материалы показывают себя как великолепные катализаторы реакций, а третьи чудесно взаимодействуют с белками, нуклеиновыми кислотами и другими биомолекулами и применяются в медицине для доставки лекарственных средств, лечения рака, сахарного диабета, болезни Альцгеймера, для введения медицинских имплантатов.
Согласно 7-й Международной конференции по нанотехнологиям (Висбаден, Германия, 2004), наноматериалы представлены нанопористыми структурами, нанотрубками, нановолокнами, нанодисперсиями, нанопленками, нанокристаллами, нанокластерами.
Компоненты нанокосметологии
Практически все крупные компании – производители косметики применяют наноматериалы в своих продуктах. Так, компания L’Oreal выпускает ряд косметических линий на основе наночастиц и занимает шестое место в США по наличию патентов на производство нанопродукции. В 2009 году Европейская Комиссия признала, что 7% косметических продуктов на рынке Евросоюза представлены нанотехнологическими компонентами.
В производстве косметики сейчас в основном два направления использования наночастиц:
- применение их в качестве фильтров УФ-излучения;
- доставка косметических ингредиентов к месту их воздействия в коже.
Наночастицы оксида титана (TiO2) и оксида цинка (ZnO) – основные составляющие солнцезащитной косметики, которые при нанесении на кожу обеспечивают высокую степень защиты от воздействия солнечных лучей. Они формируют невидимый экран, отражающий УФ-лучи. Разница между этими двумя неорганическими фильтрами заключается в том, что TiO2 в основном отражает ультрафиолет спектра В и предотвращает солнечный ожог, в то время как ZnO в большей мере отражает ультрафиолет спектра А, предупреждая старение кожи.
Если же говорить о втором направлении использования наночастиц (доставка активных веществ к месту их воздействия в коже), то примерами таких наноносителей являются липосомы, наноэмульсии, твердые липидные наночастицы, наноструктурированные липидные носители, нанокристаллы, кубосомы. Рассмотрим более предметно, что собой представляют данные наноносители.
Липосомы представляют собой везикулы, состоящие из водного ядра и фосфолипидной оболочки. В ядре липосомы могут переносить гидрофильные вещества, в то время как гидрофобные соединения могут быть инкапсулированы в липидный слой. Оболочка такой наночастицы способна сливаться с клеточной мембраной, освобождая содержимое для нужд клетки. Липосомы являются прекрасными переносчиками витаминов А и Е, коэнзима Q10, ликопена, фосфатидилхолина и других биоактивных ингредиентов, а также миноксидила – вазодилататора, замедляющего процесс выпадения волос.
Первым косметическим продуктом на основе липосом стал крем Capture компании Dior, появившийся на рынке в 1986 году. С тех пор появились сотни косметических липосомальных препаратов, но только некоторые из них содержат липосомы наноразмеров (до 100 нм), которые способны более эффективно проникать в глубокие слои кожи.
Твердые липидные наночастицы
Твердые липидные наночастицы (ТЛНЧ) – частицы наноразмеров, имеющие твердый липидный матрикс. Их производство не требует органических растворителей и не представляет особой сложности. Можно сказать, что просто в наноэмульсиях жидкие липиды заменяются на твердые. ТЛНЧ сегодня очень перспективны. Они позволяют предупредить скорую деградацию содержимого наночастиц, поэтому являются более стабильной структурой, чем липосомы и наноэмульсии. В ходе исследований было показано, что такие соединения, как коэнзим Q10 и ретинол, могут оставаться стабильными в твердых липидных наночастицах на протяжении длительного времени и проникать во все слои эпидермиса.
ТЛНЧ имеют прекрасные свойства окклюзии, что делает их идеальными компонентами дневных кремов. А добавление в эти наночастицы 3,4,5-триметоксибензоилхитина (средство, абсорбирующее УФ-излучение) приводит к высокой степени защиты от солнечных лучей.
Первые косметические продукты на основе нанокристаллов появились в 2007 году – Juvena (рутин) и La Prairie (гесперидин). Рутин и гесперидин представляют собой слаборастворимые растительные гликозиды, которые ранее никогда не применялись дерматологически. Но, будучи синтезированными в качестве нанокристаллов, смогли быть применены как прекрасные антиоксиданты.
Еще одним видом наночастиц, которые используются в косметике, являются кубосомы – частицы наноразмеров, состоящие из жидкой кристаллической фазы.
Кубосомы формируются путем самосборки жидких кристаллов в водной фазе. Отличительной чертой данных наночастиц является их чрезвычайная теплоустойчивость и способность переносить как гидрофильные, так и гидрофобные молекулы.
Вопрос проникновения
Так, противники инновационного направления использования нанотехнологий в косметологии утверждают, что нанесение на кожу косметического средства с УФ-фильтром, содержащим TiO2 и ZnO, приводит к проникновению частиц глубоко в дерму, а также попаданию в кровяное русло. Однако современные исследования опровергают эту гипотезу.
Группа ученых во главе с Lademann в своих экспериментах показали, что при нанесении на кожу частицы TiO2 размером в 500 нм способны проникать в кожу, но не глубже чем в stratum corneum (роговой слой), а также в устья волосяных фолликулов, откуда выводятся с секретом сальных желез. Поэтому авторы не приравнивают такое проникновение к проникновению к живым клеткам кожи.
Исследователь Kreilgaard предоставил данные, что если использовать частицы диоксида титана размером около 5–20 нм, то они смогут проникать в глубокие слои кожи и взаимодействовать с иммунной системой.
Tinkle и соавторы показали, что твердые липидные частицы наноразмеров (до 100 нм) способны проникать в stratum corneum, глубокие слои эпидермиса и частично в дерму. Исследователи привели гипотезу, что липиды рогового слоя эпидермиса формируют путь, по которому наночастицы размером до 100 нм могут проникать в дерму и подвергаться фагоцитозу клетками Лангерганса. В то время как частицы большего размера, как уже говорилось выше, в основном в дерму не проникают, а накапливаются в роговом слое эпидермиса и волосяных фолликулах.
Что касается липосом, то способность этих наночастиц проникать в кожу также напрямую зависит от их размеров. Липосомы микроразмеров не так уж просто проникают в кожу. Так, липосомы размером 272 нм способны проникать в эпидермис, и в очень малом количестве – в дерму. Липосомы меньших размеров – 71–116 нм (нанолипосомы) в высокой концентрации находят в дерме.
Резюмируя лишь некоторые примеры исследования проникновения наночастиц в кожу, следует отметить закономерность, что чем меньше размер наночастиц, тем выше вероятность проникновения в глубокие слои кожи. Подчеркнем – здоровой кожи, поскольку поврежденная кожа также является фактором, усиливающим скорость проникновения НЧ в глубокие слои.
Возможность системного влияния
Принимая во внимание тот факт, что наночастицы все же способны проникать в глубокие слои кожи, следует помнить, что они, несомненно, вступают в определенное взаимодействие с живыми клетками. Во-первых, это слияние наночастиц, в частности липосом, с клетками, рецепторы к которым имеются у самих наночастиц (собственно, именно так они и реализуют свое задание в кожных слоях). Во-вторых, поступление чужеродных частиц приводит к запуску защитного механизма кожи, а именно захвата наночастиц макрофагами.
На сегодняшний день вопрос системного влияния нанокосметики на организм изучен недостаточно. Предполагается, что некоторые наночастицы (фуллерены, углеродные нанотрубки и оксиды металлов) могут оказывать токсический эффект на кожу, вызывая формирование свободных радикалов, приводя к деструкции белков и нуклеиновых кислот. На появление таких реакций может влиять как структура частиц, так и химический состав, поверхностный заряд, растворимость.
Предполагается, что очень мелкие наночастицы могут попадать в ток крови, разноситься по организму и аккумулироваться в некоторых тканях и органах, включая мозг, сердце, печень, почки, костный мозг. Но на данный момент такие исследования в основном проводились для наночастиц, которые либо непосредственно вводились в кровь, либо вдыхались или проглатывались подопытными животными. Что касается попадания наночастиц в кровь после нанесения их на кожу, то таковых данных пока нет.
Необходимо также несколько слов сказать о других путях проникновения наночастиц в организм человека, например, об их возможности в малых дозах попадать из косметики в пищеварительный тракт. Такое может произойти при глотании микродоз крема или средства от УФ-лучей с плохо промытой кожи рук. Одни исследования показывали, что при попадании НЧ в пищеварительный тракт они захватываются клетками эпителия желудочно-кишечного тракта, проникают в кровь, после чего накапливаются в печени. Результаты других экспериментов, наоборот, подтверждали, что при проглатывании наночастицы в крови не были обнаружено вовсе.
Итак, на сегодняшний момент нет единого мнения касательно токсикологических эффектов НЧ на организм человека. Видимо, многое зависит от различных факторов: от размеров, химических свойств НЧ, их количества в препарате, а также в методе воздействия НЧ на организм.
Однако в виду того, что наночастицы с каждым годом приобретают все меньшие размеры (что, безусловно, делает их перспективными молекулярными переносчиками), увеличивается необходимость проведения серьезных научных исследований, посвященных безопасности их применения, контроля проведения подобных опытов и внедрения их результатов в производство.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Описание презентации по отдельным слайдам:
Нанотехнологии в косметологии. Подготовила уч-ца 7 класса Бестаева Лада
Нанотехнологии в косметике – это введение микромолекулярных веществ в состав средств по уходу за кожей. Основной задачей нанокосметики является наполнение кожи питательными или лечебными вещества через межклеточные промежутки. Каждая девушка мечтает быть неотразимой и оставаться вечно молодой. Для сохранения молодости кожи необходимо, чтобы все питательные и увлажняющие составляющие проникали глубоко в кожу. Учёные, которые работают в сфере косметической геронтологии, придумали "искусственные" молекулы, которые обладают возможностью проникать более глубоко, благодаря своим размерам.
Во-первых, они очень узкие (расстояние между чешуйками не превышает 100 нм. Один нанометр равен 1 миллиардной от метра.), поэтому крупные молекулы не в состоянии через них протиснуться. Во-вторых, липиды, заполняющие эти промежутки, не пропускают водорастворимые соединения, поэтому в настоящее время существует несколько трансдермальных способов доставки активных ингредиентов.
Шаг 1. Поверхностная косметика Длительное время в косметологии существовала только так называемая поверхностная косметика, активные компоненты в составе которой не проникали в глубокие слои кожи. Для этих косметических средств характерно, что все полезные вещества остаются на поверхности кожи, создавая определенную защитную пленку. Безусловно, потребность в такой косметике существует, ведь она защищает кожу от вредных воздействий, заставляя внутренние слои кожи работать самостоятельно. Тем не менее, решать серьезные проблемы кожи, в том числе и проблемы преждевременного старения такая косметика не может.
Шаг 2. Липосомы Для того чтобы качественно улучшить состояние кожи, убрать глубокие морщины, избавиться от обезвоженности, вернуть зрелой коже красоту и свежесть необходимо улучшить доставку питательных компонентов в глубокие слои кожи. Одним из решений этой проблемы стало создание искусственных капсул, которые способны проникнуть в кожу на более глубокий уровень за счет своих маленьких размеров. Успешная история использования липосом в косметике началась в 1986 году, когда на рынке появились первые липосомальные косметические средства. Липосома — это коллоидная система, представляющая собой замкнутое сферическое образование (везикулу), внутри которой расположено водное ядро.
Шаг 4. Нанокомплексы Сейчас в косметологии началась эпоха нанокомплексов. Это означает, что появилась возможность в лабораторных условиях создавать вещества с заранее запрограммированными свойствами. Нанокомплесы содержат измельченные до размера нано биологически активные вещества, каждый из которых доставляется в строго определенном количестве в строго определенные слои кожи в строго определенное время.
Зная, в каких питательных веществах нуждается кожа разных людей в разных состояниях, можно создавать нанокомплексы, содержащие именно те компоненты, в которых нуждается кожа, и которые отвечают за поддержание обмена веществ в клетках кожи на должном уровне. Уровень нано биологически активных компонентов позволяет восстанавливать самые тонкие механизмы поддержания здоровья клетки. Таким образом, при помощи нанокомплексов возможно создавать оптимальные, практически идеальные условия для жизнедеятельности различных клеток и структур кожи. Косметика, которая содержит нанокомплексы, получила название нанокосметика.
Читайте также: