Technologia produktów kosmetycznych służących ochronie przeciwsłonecznej

Organiczne filtry UV to syntetyczne substancje chemiczne, które działają poprzez pochłanianie promieniowania UV. Mineralne filtry UV zawierające np. dwutlenek tytanu (TiO2) i tlenek cynku (ZnO) działają jak bariery fizyczne i są zdolne do pochłaniania i rozpraszania energii UV. Uważa się, że filtry przeciwsłoneczne, które stanowią mieszaninę tych dwóch typów filtrów, chronią przed pełnym spektrum promieniowania ultrafioletowego, w tym UVB (odpowiedzialnym za większość oparzeń słonecznych i raka skóry) i UVA (głównym winowajcą fotostarzenia, które powoduje zmarszczki i plamy posłoneczne).

Biorąc pod uwagę, że stosowanie filtrów przeciwsłonecznych jest jednym z najważniejszych dostępnych narzędzi przeciwstarzeniowych, marki kosmetyczne widzą potrzebę zapewnienia konsumentom produktów o jak najlepszej ochronie przeciwsłonecznej i jak najlepszym wykorzystaniu produktu.

FILTRY UV

Rozwój nowych cząsteczek pełniących rolę filtrów UV jest coraz bardziej uciążliwy przez rosnące bariery regulacyjne utrudniające wprowadzanie nowych materiałów oraz kurczące się zasoby filtrów dopuszczonych do stosowania w produktach kosmetycznych.

Ze względu na powyższe trudności i koszty związane z opracowaniem nowych filtrów UV i uzyskaniem dla nich aprobaty regulacyjnej, rozwój w tej dziedzinie ogranicza się przede wszystkim do nowych form fizycznych lub systemów dystrybucji dla istniejących rozwiązań.

Dobrym przykładem może być wodna dyspersja organicznego filtra UV Bis-Ethylhexyloxyphenol Methoxyphenyl Triazine w polimerowej matrycy, zwiększająca elastyczność formuły poprzez zmniejszenie ilości filtra UV, który musi znajdować się w fazie olejowej, a także poprawa ogólnej dystrybucji substancji promieniochronnej w emulsji.

Filtry nieorganiczne zapewniają, bez zmiany podstawowej tożsamości składnika aktywnego dużą zmienność formy. Na przykład dyspersje zawierające nowe formy TiO2 gwarantują znacznie lepszą ochronę przed promieniowaniem UVA niż formy konwencjonalne, co w rezultacie pozwala na osiągnięcie wysokich stopni ochrony za pomocą jednego składnika aktywnego. Innym przykładem modyfikacji tego standardowego składnika, jakim jest TiO2 jest forma silnie rozdrobniona osadzona na talku; jest ona szczególnie przydatna w przypadku produktów do makijażu w proszku, gdzie wymagany jest filtr SPF. Także formy nano TiO2 podlegają takim modyfikacjom, aby docelowa forma nie była klasyfikowana jako składnik nano, np. współprzetwarzany TiO2 z tlenkiem glinu, co w rezultacie daje materiał o wielkości cząstek powyżej 100nm. Można by mnożyć przykłady obrazujące obecny trend odejścia od form nano w nieorganicznych filtrach przeciwsłonecznych.

WZMACNIANIE DZIAŁANIA OCHRONNEGO (BOOSTERY SPF)

W ciągu ostatnich lat wprowadzono na rynek kilka nowych składników promowanych jako tzw. wzmacniacze SPF, pomagając formulatorom w opracowaniu systemów o wysokim SPF przy jednoczesnej minimalizacji zawartości filtrów UV. Obecny trend to produkty o wysokim SPF (SPF 50+), co oznacza, że wiele preparatów zbliża się do maksymalnych dopuszczalnych limitów ochrony przeciwsłonecznej. Dobry booster SPF może znacznie zwiększyć skuteczność SPF o 50-200% w zależności od formuły bazowej i rodzaju użytych filtrów przeciwsłonecznych.

Normalny poziom stosowania boosterów SPF w preparatach wynosi 1-3% w stosunku do składników aktywnych, a większość z nich działa głównie poprzez zwiększenie absorpcji UV i grubości filmu przeciwsłonecznego na skórze. Inne mechanizmy działania obejmują:

• zwiększenie zdolności filtrów przeciwsłonecznych do rozpraszania UV,

• zwiększenie zasięgu UVA poprzez wydłużenie krytycznej długości fali,

• poprawę stabilności UV filtrów przeciwsłonecznych.

Wyzwaniem dla formulatorów jest uzyskanie dobrej aktywności wzmacniającej SPF bez szkody dla sensoryki produktu. Obecnie stosowane różne rodzaje wzmacniaczy SPF obejmują:

• rozpuszczalne w oleju i hydrofilowe roztwory polimerów,

• dyspersje/proszki polimerowe (poliuretany lub poliakrylany),

• emolienty,

• woski,

• kosmetyczne środki łagodzące.

Rozpuszczalne w oleju i hydrofilowe polimery działają głównie poprzez tworzenie filmu, powodując wzrost absorpcji UV poprzez zwiększenie długości drogi optycznej lub grubości filmu na skórze. Podwojenie długości ścieżki optycznej lub grubości filmu powoduje podwojenie SPF.

Wiele wzmacniaczy SPF zapewnia także dodatkowe korzyści, takie jak poprawa odporności preparatów na ścieranie, zwiększenie wodoodporności i zmniejszenie przenikania filtrów przeciwsłonecznych przez skórę. Staje się to ważne, ponieważ ostatnie badania sugerują, że gdy filtry przeciwsłoneczne wnikną w głębsze warstwy skóry, mogą promować powstawanie wolnych rodników w obecności promieniowania UV, co może mieć niekorzystny wpływ na nasze organizmy.

FORMULACJE KOSMETYCZNE

Formulacje produktów promieniochronnych to jedne z bardziej wymagających składów kosmetycznych. Oprócz filtrów UV stanowiących znakomitą większość składu, w produktach tych mamy także sporą ilość emolientów, składników poprawiających sensorykę, wygaszaczy filtrów UV, boostery filtrów UV, zagęstniki, stabilizatory reologii, antyoksydanty, składniki nawilżające, emulgatory i wiele innych. Ale jak skutecznie dobrać booster SPF i jak nim zarządzać w formulacji? To pytanie stawia sobie każdy technolog zanim rozpocznie pracę nad nową recepturą. Oczywiście jednoznacznej odpowiedzi nie ma, ale można oprzeć się na pewnych sprawdzonych mechanizmach.

W formulacjach warto łączyć boostery o różnych mechanizmach działania podobnie jak same układy filtrów. Polimery hydrofilowe warto łączyć z polimerami rozpuszczalnymi w oleju, a emolienty wprowadzać z polimerami rozpuszczalnymi w oleju lub hydrofilowymi.

Środki rozpraszające promieniowanie UV doskonale sprawdzają się w jednoczesnym połączeniu z polimerami rozpuszczalnymi w oleju lub hydrofilowymi. Pamiętać należy o tym, że wiele polimerów może poprawić odporność preparatów na ścieranie i wypłukiwanie filtrów UV. Konserwanty, takie jak glikol kaprylowy, skutecznie zwiększają działanie filtrów, podobnie jak powszechnie stosowane surowce o działaniu łagodzącym, takie jak bisabolol i d-panthenol. Dodatek do formulacji antyoksydantów, takich jak np. octan tokoferolu lub palmitynian retinolu, także zwiększają SPF.

Przykłady polimerów rozpuszczalnych w olejach (w oparciu o zwiększenie skuteczności SPF):

• Bis-Peg-12 Dimethicone Candelillate,

• VP Eicosene Copolymer ,

• Tricontanyl/PVP,

• C30-38 Olefin Isopropyl Maleate/MA Copolymer,

• Bis-Hydroxyethoxypropyl Dimethicone. Przykłady polimerów hydrofilowych (w oparciu o zwiększenie skuteczności SPF):

• Styrene/Acrylates Copolymer (doskonale rozprasza promieniowanie, bardzo dobrze współpracuje z filtrami mechanicznymi),

• PVP/Dimethiconylacrylate/Polycarbamyl/Polyglycol Ester,

• Acrylates/Methacryloyloxyethyl Phosphate Copolymer (bardzo dobrze sprawdza się z tlenkami cynku i/lub tytanu).

Przykłady emolientów wzmacniających skuteczność SPF:

• surowce pochodzące z krokosza np. Carthamus Tinctorius (Safflower) Oleosomes, Carthamus Tinctorius (Safflower) Seedcake Extract, alkohole tłuszczowe (długołańcuchowe),

• Phenylethyl Benzoate, Butyloctyl Salicylate – ułatwiają rozpuszczanie filtrów UV (organicznych), zwiększając tym samym ich skuteczność.

Innym przykładem surowca, który poprawia sensorykę produktu a zarazem jest boosterem SPF jest polimer błonotwórczy Polyurethane- 34. Materiał ten, prócz działania podnoszącego skuteczność filtrów UV, poprawia sensorykę produktu: preparaty są przyjemne w dotyku, nie są lepkie, woskowe ani tłuste. Ponadto stabilizuje on układy emulsji o/w i zwiększa ich wodoodporność.

WODOODPORNOŚĆ

Wiele składników wzmacniających działanie filtrów UV zwiększa także wodoodporność preparatów promieniochronnych, co pozostaje kluczowym wymogiem w przypadku typowych produktów do opalania. Dobrym przykładem składnika doskonale poprawiającego wodoodporność może być kopolimer akrylowy (INCI: Acrylates Copolymer) w postaci emulsji wodnej ułatwiającej wprowadzenie do produktów kosmetycznych opartych o emulsje typu o/w. Bardzo dobrze sprawdza się szczególnie z filtrami nieorganicznymi (TiO2 i ZnO2). Także żywice silikonowe, stosowane powszechnie w produktach kosmetyki kolorowej, doskonale sprawdzą się w pielęgnacji przeciwsłonecznej. Przykładem może być mieszanina Trimethylsiloxysilicate i Polypropylsilsesquioxane. Jej pierwotnym zastosowaniem była kosmetyka dekoracyjna: podnoszenie odporności na zmywanie, zapobieganie przenoszeniu produktu oraz zwiększenie elastyczności, co zapewnia wygodniejsze nanoszenie podkładów i szminek. Odporność na zmywanie i elastyczność formulacji zostały wykorzystane w produktach przeciwsłonecznych do poprawy wodoodporności produktów i ich aplikacji. Innym przykładem surowca wywodzącego się z zastosowania w stylizacji włosów jest kopolimer VA/Butyl Maleate/Isobornyl Acrylate Copolymer poprawiający wodoodporność produktów przeciwsłonecznych, a także działający jak booster SPF.

Wyzwaniem, przed którym stoją producenci produktów do pielęgnacji przeciwsłonecznej, jest osiągnięcie wodoodporności preparatu przy jednoczesnym zapewnieniu, że profil sensoryczny produktów końcowych pozostanie przyjemny dla konsumenta.

Stosowanie rozpuszczalnych w wodzie filtrów UV jest często pożądane ze względu na lepsze odczucie na skórze, ale także dlatego, że połączenie rozpuszczalnych w oleju i rozpuszczalnych w wodzie filtrów UV może dać wyższy SPF niż same rozpuszczalne w oleju substancje czynne. Jednak stosowanie rozpuszczalnych w wodzie filtrów UV ma negatywny wpływ na wodoodporność, ponieważ można je łatwo usunąć w trakcie kąpieli.

WPROWADZANIE DO FORMULACJI FILTRÓW UV

Kolejnym obszarem rozwoju w ochronie przeciwsłonecznej są nowe emolienty poprawiające rozpuszczalność filtrów UV, a tym samym optymalizujące ich skuteczność i łatwość wprowadzania do formulacji. Przykładem takiego emolientu, który łączy wodoodporność z właściwościami skutecznego rozpuszczalnika dla organicznych filtrów, jest mieszanina Polyester-7/Neopentyl Glycol Diheptanoate lub Capryloyl Glycerin/Sebacic Acid Copolymer, która sprawdzi się w produktach o wysokim współczynniku naturalności. Doskonałymi emolientami zapewniającymi pożądaną sensorykę, a także będącymi skutecznymi rozpuszczalnikami dla filtrów UV są np. PPG-3 Benzyl Ether Ethylhexanoate oraz Phenoxyethyl Caprylate. Oba surowce zapewniają wysoką rozpuszczalność filtrów organicznych oraz zapewniają lepsze odczucie na skórze (formulacja jest mniej oleista np. w odniesieniu do bardzo popularnego benzoesanu C12-15 alkilu), lepsze zwilżanie pigmentów hydrofilowych i lepszą stabilność w emulsjach o/w o małej lepkości.

FOTOSTABILNOŚĆ FORMULACJI

Kolejnym warunkiem nowoczesnej formuły promieniochronnej jest jej fotostabilność. Jest to szczególnie ważne zagadnienie ze względu na bezpieczeństwo stosowanych układów promieniochronnych. Jednym z najbardziej znanych podejść jest połączenie kilku filtrów UV w jednym produkcie w celu zapewnienia jak najszerszego spektrum ochrony UV i stabilności produktu. Filtry UV obecne w produktach przeciwsłonecznych często są główną przyczyną degradacji formulacji w badaniach starzeniowych (np. ze względu na wysoką zawartość wagową w formulacji), dlatego ważne jest wprowadzanie substancji promieniochronnych w postaci stabilizowanej, np. jako wodna dyspersja kulek krzemionkowych zawierająca kombinację filtrów UV. Kapsułkowanie substancji czynnych w ten sposób niesie ze sobą szereg korzyści. Fotostabilność jest wzmacniana nie tylko przez połączenie w jednej fazie filtrów, ale także oddzielenie ich od innych składników formulacji, które z czasem mogą nasilać fotodegradację.

W ostatnich latach opracowano wiele składników, które mają zdolność fotostabilizacji fotolabilnych filtrów przeciwsłonecznych. Aby zrozumieć jak działają, warto poznać fotochemię filtrów przeciwsłonecznych i ich fotorozkład. Prosto obrazując, cząsteczka filtra przeciwsłonecznego pochłania promieniowanie UV, zostaje podniesiona do stanu wzbudzenia singletowego i stąd może albo powrócić do stanu podstawowego, albo przejść do stanu wzbudzonego tripletowego. Istnieją dalsze procesy, dzięki którym cząsteczka może powrócić do stanu podstawowego ze stanu tripletowego, ale, co najważniejsze, cząsteczka może również przechodzić reakcje fotochemiczne ze stanu tripletowego i to właśnie te reakcje prowadzą do utraty skuteczności ochronnej przed promieniowaniem UV (cząsteczka przekształca się w formę, która nie pochłania promieniowania UV lub pochłania fale o innej długości). Fotostabilizatory działają poprzez wygaszanie stanów wzbudzonych, przywracając cząsteczkę do stanu podstawowego, zanim będzie mogła przejść reakcje fotochemiczne.

Większość fotostabilizatorów to wygaszacze tripletowe, co oznacza, że gaszą one stan wzbudzony tripletów. Przykładem takiego wygaszacza jest np. Ethylhexyl Methoxycinnamate. Coraz częściej stosuje się także wygaszacze singletowe, jak np. Ethylhexyl Methoxycrylene.

SYSTEMY DYSTRYBUCJI FILTRÓW UV

Nowe technologie formulacji produktów promieniochronnych pozwalają obecnie technologom na poruszanie się w bardzo szerokim spektrum form produktów. Szczególnym obszarem aktualnych badań są np. technologie żelowania, szczególnie uzyskiwanie transparentnych żeli. Przykładem składnika żelującego dającego układy transparentne może być krospolimer dimetikon/bis-izobutylu PPG-20 (INCI Dimethicone/Bis-Isobutyl PPG-20 Crosspolymer).

Innym surowcem tworzącym formuły żelowe sprawdzającym się w produktach promieniochronnych są pochodne laurynowe lub palmitynowe sacharozy tworzące stabilne żele mikroemulsyjne. Pomimo toczącej się debaty na temat tego, które filtry UV są najlepsze, najbezpieczniejsze, fakt, że na rynku dostępne są bardzo różne opcje, jest tylko korzyścią dla konsumentów.

Toczące się cały czas badania, powstające nowe formy zarówno filtrów UV, jak i produktów gotowych, dają konsumentom ogromny wybór doskonałych produktów promieniochronnych. Pamiętajmy, że kwestia „kompatybilności” środowiskowej tych produktów odgrywa tak samo ważną rolę, jak zdrowie konsumentów. Często słyszymy, jak ludzie mówią takie rzeczy jak: „Nie kupiłbym tego kremu przeciwsłonecznego. Czytałem, że powoduje raka”. Szczególnie w Internecie zbyt często słyszymy te stwierdzenia, które nie tylko wprowadzają w błąd, ale także są szkodliwe i dezorientują konsumentów. Niezależnie od tego, czy filtry słoneczne są w kremach, olejkach i sprayach, czy w jakimkolwiek innym produkcie kosmetycznym, który można kupić z półki, produkty te są całkowicie bezpieczne w użyciu. Zanim producenci będą mogli wprowadzić swoje produkty kosmetyczne na rynek, muszą opracować stabilną i skuteczną formulację, a także przejść intensywne i długotrwałe testy, aby ostatecznie potwierdzić ich bezpieczeństwo i dopuścić produkt do sprzedaży.

Artykuł został opublikowany w kwartalniku "Świat Przemysłu Kosmetycznego" 2/2022