Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Эмульсионные системы в медицине и косметике. Учебное пособие
.pdf
Министерство образования и науки России
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
Н. В. Саутина, С. А. Богданова,
Ю. Г. Галяметдинов
ЭМУЛЬСИОННЫЕ СИСТЕМЫ
В МЕДИЦИНЕ И КОСМЕТИКЕ
Учебное пособие
Казань
Издательство КНИТУ
2015
2
УДК 544.77.032.1
Рецензенты:
зав. кафедрой химии КГЭУ, д-р хим. наук, проф.
А. А. Чичиров
д-р хим. наук, проф. кафедры физической химии
ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский)
федеральный университет» Я. А. Верещагина
ISBN 978-5-7882-1780-2
©
Саутина Н. В., Богданова С. А.,
Галяметдинов Ю. Г., 2015
© Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2015
Саутина Н. В.
Эмульсионные системы в медицине и косметике : учебное пособие /
Н. В. Саутина, С. А. Богданова, Ю. Г. Галяметдинов; М-во образ. и науки
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2015. –
108 с.
ISBN 978-5-7882-1780-2
Приведены теоретические основы получения эмульсионных систем, их
классификация, физико-химические условия стабилизации, а также
применение этих систем в медицине и косметике. Описаны свойства
основных компонентов косметических эмульсий, фазовые диаграммы и
процессы взаимодействия с кожей человека. Представлены лабораторные
работы по данной теме, глоссарий, содержащий основные термины. В
приложении приведены основные масла и ПАВ, являющиеся компонентами
эмульсий.
Предназначено для выполнения лабораторных работ студентами,
обучающимися по направлению «Химическая технология» по магистерской
программе «Технология косметических средств».
Подготовлено на кафедрах «Физическая и коллоидная химия»,
«Технология косметических средств».
Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского
национального исследовательского технологического университета
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ......................................................................................................... 5
1. Макроэмульсии ...................................................................................... 6
1.1. Классификация эмульсий . .................................................................... 7
1.2. Применение эмульсионных систем ...................................................... 10
2.Микроэмульсии ........................................................................................... 11
2.1. Применение микроэмульсий .................................................................. 14
3. Наноэмульсии ............................................................................................ 17
3.1. Свойства наноэмульсий ........................................................................ 18
3.2. Способы получения наноэмульсий ........................................................ 19
3.3. Применение наноэмульсий в медицине и косметике ......................... 21
4. Лиотропные жидкие кристаллы в косметических эмульсиях ............ 23
5. Основные компоненты косметических эмульсий ................................. 26
5.1. Водная фаза эмульсии ........................................................................... 28
5.2. Поверхностно-активные вещества как компоненты
косметических эмульсий. ............................................................................. 31
5.2.1.Концепция гидрофильно-липофильного балланса ............................. 34
5.3. Компоненты масляной фазы косметических эмульсий .................... 41
5.4. Свойства компонентов масляной фазы .............................................. 44
5.5. Взаимодействие косметического масла с кожей .............................. 46
6. Физико-химические условия получения и стабилизации эмульсий ....... 52
7. Адсорбция и межфазное натяжение в эмульсионных системах ........ 57
8. Фазовые диаграммы трехкомпонентных систем ................................ 59
Лабораторная работа №1. Определение межфазного натяжения на
границе водный раствор ПАВ /косметическое масло методом счета
капель ............................................................................................................ 62
Лабораторная работа №2. Определение коллоидной стабильности
эмульсий методом центрифугирования .................................................... 65
Лабораторная работа №3. Определение размеров капель эмульсии
микроскопическим методом ........................................................................ 68
Лабораторная работа №4. Определение плотности жидкости
пикнометрическим методом ........................................................................ 72
Лабораторная работа №5. Определение вязкости жидкости ................ 74
Лабораторная работа №6. Определение показателя преломления .......
эмульсии ....................................................................................................... 76
Лабораторная работа №7 Определение размера частиц
микроэмульсии методом динамического светорассеяния ....................... 78
Лабораторная работа №8. Определение температуры фазового
4
перехода жидкий кристалл / изотропная жидкость
жидкокристаллической эмульсии методом краевого угла
смачивания .................................................................................................... 80
Глоссарий ....................................................................................................... 84
Список литературы ..................................................................................... 87
Приложение 1. – Расчет погрешностей прямых измерений .................... 95
Приложение 2. – ПАВ, наиболее часто применяемые для
стабилизации эмульсий ................................................................................ 96
Приложение 3. – Растительные масла как компоненты масляной
фазы косметической эмульсии.................................................................... 100
5
Введение
Эмульсионные системы составляют основу современных
косметических средств и фармацевтических препаратов. Создание
эмульсионных систем, необходимых для производства на их основе
разнообразных косметических продуктов, является важной проблемой
современной коллоидной химии. В настоящее время именно
эмульсионные косметические средства являются наиболее
распространенными на косметическом рынке, что обусловлено
высокой эффективностью и рентабельностью данной группы изделий.
Физиологическая оправданность использования эмульсий в качестве
основы косметических средств обусловлена прежде всего их
корректирующим влиянием на негативные изменения структурных и
функциональных характеристик кожного покрова. Так, сухая,
чрезмерно чувствительная кожа, требует компенсирующего
воздействия со стороны систем с высоким содержанием масляной
фазы, а жирный тип кожи – в применении систем с преобладающим
количеством воды, т.е. эмульсий типа масло/вода. В такие системы
можно вводить добавки с различными физико-химическими
свойствами, способные активно воздействовать на биохимические
процессы в кожных структурах (аминокислоты, минеральные соли,
углеводы, жирные кислоты, витамины, гормоны и др.), что позволяет
увеличить их биодоступность и направленно воздействовать на
определенные нарушения структуры и свойств кожной поверхности
[1].
Эмульсионные косметические средства, являясь
многофакторными системами активного воздействия на кожу, имеют
достаточно обширный и разнообразный состав. Кроме воды и
компонентов масляной фазы обязательно присутствие
стабилизирующих добавок – ПАВ, загустителей, консервантов,
антиоксидантов и т.д., призванных обеспечить существование
стабильной системы с заданными физико-химическими свойствами.
Среди последних большими преимуществами обладают неионогенные
поверхностно-активные вещества (НПАВ) вследствие
универсальности, высокой эффективности действия и нетоксичности.
Введение НПАВ существенно влияет на коллоидно-химические
характеристики эмульсий [2].
6
Существует три типа эмульсионных систем –
традиционные эмульсии, микроэмульсии (МЭ) и наноэмульсии (НЭ).
Основные их отличительные особенности – это вид стабильности и
размер капель внутренней фазы.
Таким образом, эмульсии являются универсальными основами
для создания косметических средств различных форм и
направленности действия.
1. Макроэмульсии
Эмульсия – дисперсная система, состоящая из капель
жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости
(дисперсионной среде).
Эмульсии могут быть образованы двумя любыми
несмешивающимися жидкостями; в большинстве случаев одной из фаз
эмульсий является вода, а другой – индивидуальные слабополярные
или неполярные вещества или смесь веществ (жидкие углеводороды,
жиры, сложные эфиры, растительные масла)). Одна из первых
изученных эмульсий – молоко. В нем капли молочного жира
распределены в водной среде.
Размер частиц в эмульсиях, как правило, составляет 1 мкм и
более. Эмульсии, наряду с такими коллоидными системами как пены,
туманы, суспензии, являются неравновесными, т.е. термодинамически
неустойчивыми системами. Это существенно отличает их от
равновесных коллоидных систем: мицелярных растворов (растворы
коллоидных ПАВ), солюбилизированных систем (растворы
коллоидных ПАВ +дисперсная фаза) и микроэмульсий (растворы
коллоидных ПАВ + дисперсная фаза +короткоцепочечный спирт).
Дисперсность этих систем находится в пределах 0,001 - 0,1 мкм.
Эмульсии относятся к лиофобным дисперсным системам, они
являются термодинамически неустойчивыми за счет того, что
энергия Гиббса поверхности раздела фаз (межфазной поверхности)
имеет достаточно большое значение [3].
7
1.1. Классификация эмульсий
Все эмульсии дополнительно подразделяют на три класса в
зависимости от объемной доли дисперсной фазы: разбавленные (с<0, 1
% об.), концентрированные (с<74 % об.) и высококонцентрированные
или желатинированные (с>74 % об.).
Разбавленные эмульсии по своим свойствам наиболее сходны
с гидрофобными золями. Они подчиняются правилу Шульце-Гарди,
многозарядные ионы изменяют знак заряда частиц, для них существует
критическое значение электрокинетического потенциала.
Агрегативной устойчивости разбавленных эмульсий способствует
также чрезвычайно малая частичная концентрация этих систем,
обусловливающая очень редкие столкновения капель. Однако при
столкновении происходит полное и легкое их слияние – коалесценция.
Поэтому разбавленные эмульсии с незащищенными каплями могут
существовать в метастабильном состоянии лишь в очень
благоприятных условиях.
Концентрированные эмульсии содержат до 74 объемных %
дисперсной фазы. Эту концентрацию указывают как максимальную
потому, что она в случае монодисперсной эмульсии соответствует
максимально возможному объемному содержанию
недеформированных сферических капель независимо от их размера.
Для полидисперсных эмульсий указанный предел является условным,
т.к. в этих эмульсиях малые капли могут располагаться между
большими.
Концентрированные эмульсии получают в основном
диспергационными методами, размер их капель сравнительно велик и
составляет от 10-6 м и выше (поэтому их относят к микрогетерогенным
системам). Такие частицы дисперсной фазы хорошо видны в обычный
микроскоп, они совершают броуновское движение тем более
интенсивное, чем меньше их размер. Концентрированные эмульсии
легко седиментируют, причем седиментация происходит тем быстрее,
чем больше разность плотностей жидкостей, образующих эмульсию.
Если дисперсная фаза обладает меньшей плотностью, чем среда, то
наблюдается обратная седиментация - всплывание капель дисперсной
фазы (образуются так называемые "сливки"). Концентрированные
эмульсии агрегативно неустойчивы, они не могут существовать без
присутствия в системе эмульгатора.
8
Высококонцентрированные или желатинированные
эмульсии содержат свыше 74 об. % дисперсной фазы. Они
стабилизированы адсорбционно-сольватными слоями ПАВ. Это
придает им "твердообразное" состояние, текучесть их снижается, а
прочность структуры существенно возрастает. В этих эмульсиях
происходит деформирование капелек дисперсной фазы, в результате
чего они приобретают форму многогранников, разделенных тонкими
пленками – прослойками дисперсионной среды. Такие эмульсии при
рассматривании в микроскоп похожи на соты. Минимальная толщина
прослоек составляет порядка 100 Ǻ. При дальнейшем утончении
пленки разрываются и система разрушается в процессе коалесценции.
Вследствие плотной упаковки капелек высококонцентрированные
эмульсии не способны к седиментации и обладают механическими
свойствами, сходными со свойствами гелей. Поэтому их называют
желатинированными. Естественно, что особые механические свойства
высококонцентрированных эмульсий проявляются тем в большей
степени, чем выше их концентрация. Так подвижность эмульсии м/в с
содержанием дисперсной фазы, немного превышающим 74 об. %, еще
достаточно высока [4].
Согласно второй классификации различают:
1. Эмульсии 1-го рода (прямые) – капли органической
жидкости (масла) распределены в водной среде. Такие эмульсии
обозначают как м/в
2. Эмульсии 2-го рода (обратные) – капли воды
диспергированы в органической жидкости. Это эмульсии типа в/м.
3. Множественные эмульсии – дисперсная фаза содержит
капли дисперсионной среды. Множественные эмульсии возникают в
промежуточной области объемных соотношений, когда никакой тип
эмульсии не является предпочтительным, и система в равной степени
способна образовывать прямые и обратные эмульсии. Такие более
сложные системы обозначают как м/в/м или в/м/в. Известны также
пятикратные эмульсии типа м/в/м/в/м.
Схематическое изображение структуры различных эмульсий
представлено на рисунке 1.1.
9
Рис.1.1. Схематическое изображение эмульсий различных
Бинепрерывные
видов [5].
Обычно эмульсии получают следующими методами:
1. Путем дробления капель
Этот метод осуществляется путем медленного прибавления
диспергируемого вещества в дисперсную систему в присутствии
эмульгатора при непрерывном и сильном перемешивании. Главными
факторами, от которых зависит степень дисперсности частиц
получаемой эмульсии и ее устойчивость, является скорость
перемешивания, скорость введения диспергируемого вещества, его
количество, природа эмульгатора и его концентрация, температура и
pH среды.
2. Путем образования пленок и их разрыва на мелкие капли.
Жидкость, образующая дисперсную фазу (например, масло)
при медленном прибавлении образует пленку. Эта пленка разрывается
пузырьками воздуха, выходящими из отверстия трубки, которые
находятся на дне сосуда. Образуются мелкие единичные капли.
Одновременно пузырьки воздуха энергично размешивают всю
жидкость и этим самым способствуют дальнейшему эмульгированию.
В настоящее время для получения концентрированной эмульсии масла
с водой ее подвергают действию ультразвука [6].
10
1.2. Применение эмульсионных систем
Современное использование эмульсий сложно переоценить,
они нашли применение в косметической, пищевой, текстильной,
строительной, нефтяной, сельскохозяйственной промышленности и
многих других областях науки и техники.
В настоящее время внимание ученых всего мира все больше
обращают на себя фармацевтические эмульсии, которые кроме
перорального употребления (приём лекарства через рот, путём
проглатывания), стали использоваться также для парентерального
питания (внутрикожные, подкожные, внутримышечные, внутривенные
инъекции) и как кровезамещающие. Эмульсии также интенсивно
используют в различных лекарственных формах для местного
применения: мазях, кремах, аэрозолях, которые занимают на сегодня
качественно новый уровень в связи с достижениями науки в области
создания эмульсий и расширением ассортимента вспомогательных
веществ.
Одним из перспективных направлений в медицине и
косметологии является использование эмульсий вода/ПАВ/масло в
качестве носителей для иммобилизации витаминов, например
аскорбиновой кислоты.
Обратные эмульсии могут быть использованы в качестве
носителей лекарственных препаратов, где представляющие интерес
лечебные вещества солюбилизированы в эмульсионной фазе масла.
Так перспективными для уменьшения площади опухолей являются
обратные липидные эмульсии, содержащие синтетически включенные
микро-РНК. В частности, у летучих мышей, обработанных микро-РНК,
включенной в липидную эмульсию, наблюдается уменьшение
площади опухоли на 60% (рис. 1.2).
Исследуются эмульсии против рака для трансдермальной
доставки 5-фторурацил (5-ФУ) на основе воды, лецитина и
алкилполиглюкозидов [7]. Липидные эмульсии служат для увеличения
устойчивости и срока службы лекарственного препарата
кабазитаксела, применяемого для лечения пациентов с гормоно –
рефрактерным метастатическим раком предстательной железы [8].
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]