NANOSTRUKTURY W KOSMETYKACH KOLOROWYCH.

1.      Nanostruktury w kosmetykach.

Nanomateriały są już obecnie szeroko rozpowszechnione w dostępnych na rynku kosmetykach. Spotykamy je w szamponach, kremach, dezodorantach, środkach czystości itd. Poprzez swoje unikalne właściwości mogą zdecydowanie poprawić działanie kosmetyku, uruchomić dotychczas nieosiągalne efekty, mocno zredukować ryzyko alergii i in.  Jednak ich wpływ na nasz organizm i środowisko może mieć znacznie większe i trudnejsze do szybkiego określenia i wyeliminowania skutki, niż sobie życzymy. Lęk przed nieznanym stoi zapewne u podłoża lęku przed nanomateriałami  w kosmetykach na polskim rynku.  Nanomateriały również naturalnie występują w przyrodzie, jednak nie będąc tego świadomi, nie boimy się ich, a często z nich korzystamy, bądź jesteśmy pod ich wpływem. Do naturalnych nanomateriałów należą m.in. węgiel – jako grafit czy sadza, z którymi mamy do czynienia od pokoleń; biżuteria złota, srebrna, platynowa, która ściera się  na naszej skórze. Używamy też czasami srebrnych sztućców,  które nieznacznie ścierając się podczas używania, uodparniają nas  na zakażenia bakteryjne i grzybicze.  Jednak przedmiotem naszych rozważań są nowe  nanomateriały, wytworzone przez człowieka w określonym celu oraz ich wpływ na nasz organizm i środowisko. Ich wpływ może być duży, ponieważ materiały te są często nowe, nasz organizm nie miał z nimi dotychczas styczności lub używamy ich w większej ilości niż naturalnie występujące.

Kosmetyka biała ma na celu poprawę kondycji naszej skóry możliwie najskuteczniej. Tu nanostruktury sprawdzają się doskonale. Oferują nowe nieznane wcześniej możliwości. Jednak co z kolorówką? Jej celem jest przecież upiększenie skóry na powierzchni. Czy przydadzą się tu nanomateriały? Jakie dadzą nam korzyści?

 

2.      Nanomateriały mogące mieć zastosowanie w kolorówce.

 

W kosmetykach kolorowych sensowne wydaje się użycie takich nanomateriałów jak:

- jako filtrów p/ słonecznych - TiO2, ZnO-  - zmniejszymy efekt wybielający, a wzrośnie nam ochrona UVA, UVB.

-do konserwacji produktów- nanosrebro - działanie przeciwbakteryjne i przeciwgrzybicze, nanomiedź - działanie p/grzybicze;

- do nadania szczególnych właściwości (mogą mieć zastosowanie przy produkcji pudrów, podkładów, pomadek)- nanozłoto- działanie p/ zmarszczkowe, pobudzające syntezę kolagenu i odbijające światło oraz nanoplatyna - działanie odmładzające i poprawiające koloryt przez redukcje plam starczych lub wątrobowych.

-pigmenty w nanowymiarach- węgiel - czarny barwnik (w sprzedaży); tlenki żelaza- od żółtego, poprzez pomarańczowy, czerwony, brązy i czarny( w sprzedaży); inne pierwiastki lub związki chemiczne jako kropki kwantowe (również w sprzedaży), które można traktować jak pigmenty przy zmniejszeniu wymiarów cząsteczki do 1-100 nm. Nanokakao - jako pigment i składnik aktywny. Nad sensownością ich zastosowania zastanowimy się później. Na razie rozważmy teorię.

 

3.      Co daje nam zmniejszenie wielkości cząsteczek do  nanowymiarów (1-100nm)?

Zmniejszenie wielkości cząstek w niektórych nanomateriałach pozwala nam otrzymać nowe właściwości - np. otrzymać przeźroczystość w TiO2, którego zwykliśmy używać jako białego barwnika, w innych materiałach zwielokrotnia działanie poprzez zwiększenie stosunku powierzchni do masy (np. TiO2, ZnO, nanosrebro, nanomiedź), pozwala przetransportować materiał w głąb skóry, czy nawet do krwiobiegu; co przy większych wymiarach nie było możliwe.

Możemy zużywać dużo mniejsze ilości materiałów, co przy opanowanej technologii daje oszczędności. Mniej, ale trzeba mieć świadomość, że inaczej zanieczyszczamy środowisko. Można by powiedzieć mniejszą ilością materiału, za to często skuteczniej. Nanosrebro, korzystne dla człowieka i powszechne w użyciu, jako odpad czy nanośmieć powoduje ginięcie wielu gatunków drobnoustrojów, alg i in. żyjących w środowisku wodnym, szkodzi również niektórym gatunkom ryb. Trudno jest odzyskać nanomateriał ze środowiska, czym możemy spowodować dalekosiężne skutki. Postęp świadomości, nauki i technologii pozwala nam jednak coraz lepiej radzić sobie z tymi problemami. Przy oczyszczaniu ścieków stosuje się już filtry, które zatrzymują nanosrebro. Generalnie w nanotechnologii postrzegane są ogromne możliwości  w walce z nowotworami, w  redukcji użycia pestycydów i wiele innych. [3] [2]

 

4.      Co daje nam zmniejszenie wymiarów do 1-100nm w pigmentach używanych w kosmetykach kolorowych?

Zalety nanopigmentów:

-lepsza przyczepność,

-przyjemna aplikacja,

-większa trwałość,

-większa czystość,

-dodatkowe efekty - efekty kwantowe

Otóż przy wymiarach cząstek od kilku nm mamy do czynienia z efektami kwantowymi.  Jest to zmiana jakości zjawisk. Stąd prawie każdy materiał może stać się pigmentem, tylko ze względu na wielkość kryształów.

Efekty wizualne mogą być piękne i niespotykane. Zamiast jednolitego koloru możemy mieć mieniące się wielokolorowe efekty.  A co makroskopowo? Co zobaczy człowiek?  Jaki efekt w makijażu otrzymamy?

a. Makijaż z efektem kwantowym.

 Czy nowe pigmenty z efektami kwantowymi wykorzystamy do produkcji cieni do powiek? Trudno powiedzieć. Ceny nanokropek już trochę spadły, ale nie są to ceny przystępne do produkcji cieni (ok. 600-2500 zł/mg). Na razie to czysta fantazja. Na pewno nowy efekt da się wykorzystać marketingowo. CIENIE DO POWIEK Z EFEKTEM KWANTOWYM- brzmi nieźle. Jednak efekt nie musi być lepszy od znanych nam cieni ze wspaniałymi pigmentami efektowymi o cząsteczce od 1-100 mikrometrów. Czy uzyskamy nową jakość wizualną w makijażu? Przyszłość pokaże.

 

Kropki kwantowe (ang.; QD - quantum dots) to nanokryształy o wielkościach od kilku do kilkunastu nanometrów. Fakt, że są to wymiary  zbliżone do wymiarów pojedynczych atomów powoduje, że np. ich własności optyczne zaczynają zależeć silnie różnić się od własności kryształów makroskopowych - wymiarowy efekt kwantowego ograniczenia (ang.; dimensional quantum confinement effect). Pobudzone do świecenia emitują promieniowanie elektromagnetyczne (np. światło widzialne) o długościach fali zależnych od wielkości kropki. Pozwala to  w ramach jednego materiału uzyskiwać źródła światła o różnych długościach fali –kolorach. Im mniejszy wymiar kropki kwantowej tym krótsza długość emitowanej fali. I tak dobierając odpowiednie materiały i wielkości nanokropek możemy uzyskiwać świecenia od ultrafioletu (UV) do podczerwieni (IR) . Nanocząsteczki najmniejsze o średnicy ok. 2 nm dają fluorescencję odpowiadającą światłu niebieskiemu a nawet promieniowaniu ultrafioletowemu. Wraz ze wzrostem średnicy jądra kropki kwantowej otrzymujemy fluorescencję we wszystkich kolorach światła widzialnego. Rys.3.[4]

Do utworzenia kropek kwantowych stosujemy różne pierwiastki i związki II i IV grupy układu okresowego: CdSe, CdS, CdHg, CdTe, ZnS oraz grupy III i V: InAs, GaAs, InP, GaN.

Pierwiastki te i ich związki nie maja nic wspólnego z dotychczas stosowanymi materiałami przy produkcji kosmetyków kolorowych. Wymagają więc wielu dalszych badań. Trwają badania nad otrzymywaniem kropek kwantowych z germanu a także z grafenu lub tlenku grafenu .[10]

6. Andrew Mc Dougall - BASF Nano forum , 18 marca 2016

Niekoniecznie pożądane cechy nanokropek :

-Istnieje możliwość przenikania nanopigmentu do głębszych warstw skóry, krwiobiegu i możliwość kumulacji w narządach wewnętrznych. Kropki kwantowe mogą przenikać przez skórę, jednak wg prof.  Zhanga z Uniwersytetu w Karolinie Północnej (USA) oraz prof. Gratieri z Uniwersytetu w Sao Paulo(Brazylia) tylko wtedy, gdy skóra jest uszkodzona.[1]

-Możliwość zanieczyszczenia środowiska, negatywny wpływ na ekosystem. Trudności z odzyskaniem nanomateriału.

-Wysoka cena.

b. Badania firmy Kobo Inc. New Jersey, USA [5], sprzedającej nanopigmenty, odnośnie nanotlenków żelaza oraz nano TiO2 i nano ZnO dały następujące wnioski:

1) Nanopigmenty mają swoje unikalne właściwości, ale wymagają dalszych badań w zakresie obróbki powierzchniowej i badań zmiany koloru. W dwutlenku tytanu przy zmniejszaniu wymiarów kolor zmienia się od przezroczystego przez biały do przezroczystego. Biały kolor daje nam rozproszenie światła. Maksimum rozproszenia (najbielszą biel) występuje gdy cząsteczki mają wielkość około 0,2 mikrometra, przy zmniejszaniu wielkości cząsteczki poniżej 0,2 mikrometra uzyskujemy transparentność materiału.

2) Nanopigmenty TiO2 i ZnO dają większa ochronę UV i poprawiaja SPF. Maja większą powierzchnię, dużą reaktywność i skłonność do tworzenia aglomeratów. Wymagają więcej dobrych warstw pokrywających np. organicznych: Methicone, Dimethicone, Triethoxy Caprylylsilane, lub nieorganicznych: Silica, Alumina, Zirconium oxide, Sodium hexametaphosphate .

3) Jeśli chodzi o tlenki żelaza: Red Fe2O3, Yellow Fe2O3 .H2O, Black FeO. Fe2O3, Tan ZnO. Fe2O3; MgO. Fe2O3,  Brown Blend of R,Y and B - tu kolor jest generowany przez rozpraszanie i absorpcję. Absorpcja wzrasta wraz ze zmniejszaniem się wielkości cząstek. Maksimum rozpraszania występuje gdy cząsteczki maja wielkość ok. 0,2 mikrometra. Mniejsze cząsteczki dają kolor głębszy i bardziej intensywny.

4) Nanopigmenty  tlenków żelaza są dostępne w sprzedaży na rynku od wielu lat, ale ich stosowanie w kosmetykach wymaga dalszych badań.

 

 

 

 

 

1.      Najnowsze doniesienia na temat nanomateriałów w kosmetykach- 2016 r.

Producenci surowców kosmetycznych domagają się jasności przepisów. Firma BASF podczas swojego nanoforum wezwała do przejrzystości w certyfikacji nanostruktur. Aby móc bezpiecznie i efektywnie pracować,  korzystać z dobrodziejstw nauki i technologii w dziedzinie nanomateriałów potrzebne są jasne przepisy. Obecne przepisy są zbyt skomplikowane. Europejski CPNP (Cosmetic Products Notification Portal) powinien być publicznie dostępny i prawnie wymagany. Reprezentanci środowisk konsumenckich, badawczych, związków zawodowych i producentów  powinni przedyskutować  problemy i podać wnioski i zalecenia odnoście nanotechnologii. Oczywiście do dyskusji zaproszeni są wszyscy pozostali eksperci.[6]

14 lipca 2016 Komisja Europejska  w Official Journal of  European Union wprowadziła poprawki do przepisów  w sprawie zastosowania  nano dwutlenku tytanu  jako filtra UV.

Zgodnie z nowymi przepisami maksymalna koncentracja nano TiO2 lub mieszaniny Nano TiO2 i TiO2 w gotowym wyrobie nie może przekroczyć 25% , musi mieć czystość powyżej 99%, średnią wielkość cząstek  powyżej 30nm, nanostruktura w finalnym produkcie powinna być fotostabilna,  może być zastosowany tylko w formulacjach,  nienarażających konsumenta na wdychanie do płuc. Określone jest też struktura, stosunek powierzchni do objętości i warstwy pokrywające. [7]

12 grudnia 2013r. Scientific Committee on Consumer Safety (SCCS) wydała opinię (poprzedzona 100 stronicowym uzasadnieniem)  na temat użycia nanostruktury węgla - Carbon Black  CI 77266 w kosmetykach [8]:

- w kosmetykach dozwolone jest używanie nanowęgla o średnicy cząstek powyżej 20nm, węgiel o cząstkach o mniejszych wymiarach podlega osobnej ocenie.

- dozwolona  jest koncentracja nanowęgla poniżej 10% w finalnym produkcie,

- niedozwolone jest takie zastosowanie, aby człowiek był narażony na wdychanie preparatu,

- czystość powyżej 97%,

- dotychczas stosowanymi metodami nie stwierdzono absorpcji przez skórę,

- opinia może zostać zrewidowana , jeśli przyszłe badania nowymi metodami stwierdzą możliwość absorpcji skórnej.

Najnowsze badania [9] donoszą, że nanocząstki węgla mogą penetrować błony komórkowe układu immunologicznego. Badano wpływ nanocząstek węgla C60  w postaci fulerenów. Te i inne badania pokazują, ze nanocząsteczki węgla mogą przenikać przez skórę, bądź wnikać w głąb organizmu wraz  z wdychanym zanieczyszczonym powietrzem, zmieniać normalną aktywność komórek immunologicznych, a nawet powodować ich śmierć. Dalsze badania mają pokazać dokładny mechanizm tego procesu i może pozwolą wysnuć wnioski odnośnie zastosowania w praktyce.

 

Widać stąd, że jesteśmy pod wnikliwą opieką naukowców i możemy liczyć na wyeliminowanie niekorzystnych dla nas skutków stosowania materiałów w nanoskali, a jednocześnie skorzystać z dobrodziejstw jakie one mogą przynieść. Większość z nas czuje, że kierunek ten jest bardzo obiecujący.  Jest stopień komplikacji jest tak wysoki, że nie pozwala na wyciągniecie szybkich i prostych wniosków, a tym samym uregulowań prawnych.

 

Literatura:

1. Maja Haczyk „Makijaż Kwantowy”- Biotechnologia, 21 sierpnia 2013

2. Praca doktorska mgr inż. Dorota Rodewald-„ Ocena trwałości mikrobiologicznej preparatów kosmetycznych w opakowaniach polimerowych modyfikowanych nanosrebrem”.

3. Praca zbiorowa pod redakcją Grzegorza Schroedera „Nanotechnologia, kosmetyki, chemia supramolekularna” Cursiva 2010

4. Katarzyna Czuba „Zastosowanie kropek kwantowych w biologii i medycynie”

 

5. Yun Shao, Ph.D , Application and Dispersion of Nano Pigments for Color Cosmetics, Kobo Products, Inc. New Jersey, USA