Нанотехнологии и наноматериалы для косметики нового поколения
Слово «нанотехнология» придумал и ввел профессор Токийского научного университета Норио Танигучи еще в 1974 году. По мнению Танигути, нанотехнология включает обработку, разделение, объединение и деформацию отдельных атомов и молекул вещества, при этом размер наномеханизма не должен превышать одного микрона, или тысячи нанометров.
В настоящее время под термином «нанотехнология» подразумевают совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы макромасштаба. Практически, нано (от греч. nanos-карлик) – это миллиардная доля чего-либо, т.е. нанометр – это метр, поделенный на миллиард. Чтобы визуально можно было представить масштаб нанотехнологических объектов, сравните теннисный мяч и нашу планету – вот такая разница между обычным и нанотехнологическим устройством.
Еще в 1959 году американский физик Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии, высказал предположение, что в скором времени многие материалы и устройства будут изготавливать на атомарном или молекулярном уровне, и что это поможет получать материалы с невиданными доселе свойствами. Однако лишь четверть века спустя, в 80-х годах, появилась измерительная и рабочая аппаратура, необходимая для обращения с наноразмерными объектами, — сканирующие зондовые микроскопы.
Появление новых материалов с новыми свойствами всегда играли большую роль в истории цивилизации, выполняя не только узкопроизводственные функции, но и социальные. Достаточно вспомнить, как сильно отличались каменный и бронзовый века, век пара и век электричества, атомной энергии и компьютеров.
По мнению многих экспертов, XXI век будет веком нанонауки и нанотехнологий и воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, изменить экономику и затронуть все стороны быта, работы, социальных отношений. По сути нанотехнологии дают начало Третьей, невиданной по своему размаху Научно-технической революции (НТР-3) – появления новой реальности, которая изменит облик мира уже к концу первого десятилетия XХl века.
Основные особенности наноматериалов и технологии их получения
"Обычная" промышленность работает с тоннами и кубометрами, к чему все привыкли. Наноматериалы - продукт нанотехнологий - это нечто особое, что гораздо сложнее атомов и молекул, но как продукт высоких технологий не требует многотоннажного производства, поскольку даже один грамм такого вещества способен решить множество проблем. Это пример современной "гомеопатии", которая поставлена на вполне научную основу и глубоко продумана.
Наноматериалы - не один "универсальный" материал, это обширный класс множества различных материалов, объединяющий их различные семейства с практически интересными свойствами.
Заблуждением является и то, что наноматериалы - это просто очень мелкие, "нано" частицы. На самом деле, многие наноматериалы являются не отдельными частицами, они могут представлять собой сложные микро и макро объекты, которые наноструктурированы на поверхности или в объеме. Такие наноструктуры можно рассматривать в качестве особого состояния вещества, так как свойства материалов, образованных с участием структурных элементов с наноразмерами, не идентичны свойствам обычного вещества.
Изменения основных характеристик веществ и материалов обусловлены не только малостью размеров, но и проявлением квантовомеханических эффектов при доминирующей роли поверхностей раздела. Эти эффекты наступают при таком критическом размере, который соизмерим с так называемым корреляционным радиусом того или иного физического явления (например, с длиной свободного пробега электронов, размерами магнитного домена или зародыша твердой фазы и др.).
Важной особенностью металлических наноматериалов, играющей ключевую роль при их использовании медицине, косметике, пищевой промышленности, АПК, является низкая токсичность этих наноматериалов, обнаруженная российскими учеными. Так, оказалось что токсичность наночастиц металлов во много раз меньше токсичности ионов металлов: медь в 7 раз, цинк в 30 раз, а железо в целых 40 раз. Это проверено на многочисленных экспериментах с соблюдениями всех норм.
В настоящее время существуют десятки способов получения металлических наноматериалов, которые условно можно разделить на две группы: химические способы и физические способы.
Металлические наноматериалы, полученные с помощью химических способов, практически всегда несут в себе не лучшую “наследственность” исходных химических соединений, что делает проблемным их использование в отраслях с жесткими требованиями к чистоте используемых материалов, в том числе и в агропромышленном комплексе.
Наиболее приемлемыми для таких отраслей являются металлические наноматериалы, полученные с помощью нанотехнологий, основанных на использовании физических явлений.
Физическими способами получения металлических наноматериалов владеет лишь незначительная часть компаний-производителей наноматериалов, расположенных, в основном, в США, Великобритании, Германии, России, Украине. При этом, как Россия, так и Украина занимают ведущее место в этом направлении получения наноматериалов. Более того, Украина, благодаря разработке целой группы нанотехнологий - эрозионно-взрывных нанотехнологий получения наноматериалов, имеет возможности выйти в мировую группу ведущих производителей наноматериалов в целом. К настоящему времени применительно к большой группе наноматериалов на основе металлов Au, Ag, Cu, Co, Mn, Mg, Zn, Mo, Fe, получены технические условия (ТУ У 24.6-35291116-001:2007) и налажено их производство отечественным производителем.
Наноматериалы для косметики нового поколения
Особый интерес для косметики среди новых наноматериалов, синтезированных с помощью эрозионно-взрывных технологий, представляют высококоординационные анионоподобные аквахелаты нанометаллов, которые являются наиболее перспективными для применения в биосистемах в силу своих нетоксичности, хорошей биосовместимости с живой клеткой, а также своих антиоксидантных свойств.
Высококоординационные аквахелаты нанометаллов - это аналоги комплексных соединений, состоящие из комплексообразователя, которым являются одна или несколько наночастиц, имеющих поверхностный электрический заряд, и лигандов, в качестве которых используются молекулы воды. Поверхностный электрический заряд у наночастиц создают посредством взрывной электронной эмиссии с поверхности проводника при эрозионно-взрывном диспергировании металла. При этом образуются мощные потоки электронов. Наночастицы, находясь в потоке электронов, приобретают на своей поверхности электрический заряд со знаком “минус”.
В аквахелатах в роли лигандов выступают молекулы воды. При этом количество лиганд-молекул воды есть координационное число, которое определяется количеством пар электронов, находящихся на поверхности наночастицы. Эрозионно-взрывные нанотехнологии дают возможность получать аквахелатные комплексы нанометаллов с координационным числом больше 12. Это достигается электризацией наночастиц. При этом сферическая форма наночастиц позволяет получить равномерный электрический заряд на ее поверхности, что создает условия для плотного окружения наночастицы молекулами воды, представляющими собой диполи с зарядами со знаком “плюс”, расположенными на ядрах водорода. Хелатирование наночастицы молекулами воды позволяет аквахелату легко проникать через мембраны клеток, а наночастице легко “раскрываться”, что создает условие для его высокой активности.
Очень перспективными для использования в косметических препаратах являются также гидратированные и карботированные наночастицы, содержащие в качестве лигандов молекулы воды и молекулы биологически совместимых карбоновых кислот, например, лимонной кислоты, участвующей в цикле Кребса. Такие наноматериалы получают замещением, по меньшей мере, одного лиганда в гидратной оболочке гидратированной наночастицы молекулой карбоновой кислоты, и лиганды образуют вокруг наночастицы-ядра смешанную наногидратную и нанокарбоксилатную оболочку.
Молекулы карбоновой кислоты в нанокарбоксилатной оболочке и молекулы воды в наногидратной оболочке образуют отрицательно заряженный наружный слой в смешанной наногидратной и нанокарбоксилатной оболочке. Хелатирование наночастиц-ядер одновременно наногидратной и нанокарбоксилатной оболочками усиливает возможности наночастиц легко проникать через мембраны клеток и легко «раскрываться» из оболочек, что создает условие для их высокой активности при сохранении высокой экологической чистоты. Это позволяет использовать такие наночастицы внутри клеточных мембран для усиления или торможения определенных метаболических процессов или оказывать влияние на физические свойства клеток, тканей одноклеточных и многоклеточных организмов.
Гидратированные и карботированные наночастицы можно использовать как эффективную транспортную систему для переноса разнообразных биогенных металлов через клеточные мембраны. Например, их можно добавлять в растворы, в которых хранятся или выращиваются клетки или ткани. В случае многоклеточных организмов, особенно млекопитающих, можно приготавливать соединения аквахелатов в виде пищевых продуктов, напитков, мазей, кремов, шампуней, средств ухода за волосами, глазных и ушных капель, жидкостей для полоскания рта, зубных паст, губной помады, дезодорантов, носовых растворов и аэрозолей, кожных мазей, инъекционных растворов и т.д.
В настоящее время нами уже получены гидратированные и карботированные (цитратированные) наночастицы благородных и основных биогенных металлов: аквацитронаносеребро, аквацитронанозолото, аквацитронаномедь, аквацитронаномагний, аквацитронаномарганец, аквацитронаножелезо, аквацитронаноцинк, аквацитронанокобальт, аквацитронаномолибден.
Биогенные металлы играют исключительно важную роль в организме человека и их получение в экологически чистой и биологически совместимой форме трудно переоценить. Биологическая роль микроэлементов многообразна: они участвуют практически во всех видах обмена веществ организма. Они являются кофакторами многих ферментов, гормонов, витаминов, участвуют в процессах кроветворения, роста, размножения, дифференцировки и стабилизации клеточных мембран, тканевом дыхании, иммунных реакциях и многих других процессах. Микроэлементы в косметике попадают в организм через кожу, минуя пищеварительный тракт. Это связано с тем, что наночастицы легко проникают через мембраны клеток.
До недавнего времени серебро практически не применялось в косметологии из-за сложности и невероятной дороговизны получения неионных растворов. Научно-технологический прогресс XXI века и бурное развитие технологий оперирования веществом на уровне атомов, позволили украинским ученым получить ту форму и те параметры серебра, к которым так долго стремились передовые производители.
- сверхбыстрое заживление ран, ожогов, нарывов;
- профилактика грибковых и угревых заболеваний;
- стимулирование иммунной системы и процессов регенерации клеток;
- тонизирующий и восстанавливающий эффект;
- антиаллергенное действие.
Благодаря изобретению принципиально нового способа получения наночастиц физическим способом (описание технологии доступно на сайте: http://nanosvit.com/load/8-1-0-7), была создана серьезная конкуренция всему ряду химических серебросодержащих препаратов, которые практически всегда несут в себе не лучшую наследственность (о чем часто умалчивают производители и на что редко обращает внимание потребитель).
- Используемая технология производства коллоидного серебра учитывает все последние стандарты и требования, определенные мировым сообществом:
- в процессе производства наночастиц используется только банковское серебро (99,9%) и вода высшей степени очистки, что гарантирует чистоту и безопасность препарата;
- наночастицы серебра находятся в нановодной оболочке (наношарик серебра «облепленный» молекулами воды). Стабилизация водой обеспечивает максимальную биосовместимость наночастицы с живыми организмами в противовес распространенному в наши дни способу стабилизации сложными полимерами;
- за счет своих физико-химических свойств наночастицы серебра в коллоидном растворе нейтральны по отношению к другим соединениям и могут безболезненно вводится в косметические и гигиенические средства (лосьоны, кремы, гели, шампуни, бальзамы, маски и др.)
Благодаря освоенным технологиям производства наноматериалов в промышленных объемах, удалось обеспечить конкурентную стоимость коллоидного раствора наночастиц серебра и сделать его доступным для регулярного использования.
Наносеребро
Дезинфицирующие свойства серебра проявляются через его поверхность, которая контактирует со средой. Чем большая и более активная поверхность – тем сильней её дезинфицирующий эффект.
Украинскими учеными была разработана передовая технология получения наночастиц серебра, диаметр которых в десятки тысяч раз меньше, чем толщина волоса человека. В тоже время эффективная поверхность контакта в десятки и сотни тысяч раз превышает поверхность контакта целостного вещества такой же массы.
Коллоидный раствор наночастиц серебра - это двухкомпонентный коллоидный раствор, который состоит из наночастиц серебра и воды высшей степени очистки. Наночастицы в нановодной оболочке воспринимаются клетками человеческого организма как природный биосовместимый компонент.
www.NanoSvit.com - Производитель органических микроэлементных комплексов с использованием нанотехнологий (Украина, г. Киев).
В настоящее время под термином «нанотехнология» подразумевают совокупность методов и приемов, обеспечивающих возможность контролируемым образом создавать и модифицировать объекты, включающие компоненты с размерами менее 100 нм, имеющие принципиально новые качества и позволяющие осуществлять их интеграцию в полноценно функционирующие системы макромасштаба. Практически, нано (от греч. nanos-карлик) – это миллиардная доля чего-либо, т.е. нанометр – это метр, поделенный на миллиард. Чтобы визуально можно было представить масштаб нанотехнологических объектов, сравните теннисный мяч и нашу планету – вот такая разница между обычным и нанотехнологическим устройством.
Еще в 1959 году американский физик Ричард Фейнман, лауреат Нобелевской премии, высказал предположение, что в скором времени многие материалы и устройства будут изготавливать на атомарном или молекулярном уровне, и что это поможет получать материалы с невиданными доселе свойствами. Однако лишь четверть века спустя, в 80-х годах, появилась измерительная и рабочая аппаратура, необходимая для обращения с наноразмерными объектами, — сканирующие зондовые микроскопы.
Появление новых материалов с новыми свойствами всегда играли большую роль в истории цивилизации, выполняя не только узкопроизводственные функции, но и социальные. Достаточно вспомнить, как сильно отличались каменный и бронзовый века, век пара и век электричества, атомной энергии и компьютеров.
По мнению многих экспертов, XXI век будет веком нанонауки и нанотехнологий и воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, изменить экономику и затронуть все стороны быта, работы, социальных отношений. По сути нанотехнологии дают начало Третьей, невиданной по своему размаху Научно-технической революции (НТР-3) – появления новой реальности, которая изменит облик мира уже к концу первого десятилетия XХl века.
Основные особенности наноматериалов и технологии их получения
"Обычная" промышленность работает с тоннами и кубометрами, к чему все привыкли. Наноматериалы - продукт нанотехнологий - это нечто особое, что гораздо сложнее атомов и молекул, но как продукт высоких технологий не требует многотоннажного производства, поскольку даже один грамм такого вещества способен решить множество проблем. Это пример современной "гомеопатии", которая поставлена на вполне научную основу и глубоко продумана.
Наноматериалы - не один "универсальный" материал, это обширный класс множества различных материалов, объединяющий их различные семейства с практически интересными свойствами.
Заблуждением является и то, что наноматериалы - это просто очень мелкие, "нано" частицы. На самом деле, многие наноматериалы являются не отдельными частицами, они могут представлять собой сложные микро и макро объекты, которые наноструктурированы на поверхности или в объеме. Такие наноструктуры можно рассматривать в качестве особого состояния вещества, так как свойства материалов, образованных с участием структурных элементов с наноразмерами, не идентичны свойствам обычного вещества.
Изменения основных характеристик веществ и материалов обусловлены не только малостью размеров, но и проявлением квантовомеханических эффектов при доминирующей роли поверхностей раздела. Эти эффекты наступают при таком критическом размере, который соизмерим с так называемым корреляционным радиусом того или иного физического явления (например, с длиной свободного пробега электронов, размерами магнитного домена или зародыша твердой фазы и др.).
Важной особенностью металлических наноматериалов, играющей ключевую роль при их использовании медицине, косметике, пищевой промышленности, АПК, является низкая токсичность этих наноматериалов, обнаруженная российскими учеными. Так, оказалось что токсичность наночастиц металлов во много раз меньше токсичности ионов металлов: медь в 7 раз, цинк в 30 раз, а железо в целых 40 раз. Это проверено на многочисленных экспериментах с соблюдениями всех норм.
В настоящее время существуют десятки способов получения металлических наноматериалов, которые условно можно разделить на две группы: химические способы и физические способы.
Металлические наноматериалы, полученные с помощью химических способов, практически всегда несут в себе не лучшую “наследственность” исходных химических соединений, что делает проблемным их использование в отраслях с жесткими требованиями к чистоте используемых материалов, в том числе и в агропромышленном комплексе.
Наиболее приемлемыми для таких отраслей являются металлические наноматериалы, полученные с помощью нанотехнологий, основанных на использовании физических явлений.
Физическими способами получения металлических наноматериалов владеет лишь незначительная часть компаний-производителей наноматериалов, расположенных, в основном, в США, Великобритании, Германии, России, Украине. При этом, как Россия, так и Украина занимают ведущее место в этом направлении получения наноматериалов. Более того, Украина, благодаря разработке целой группы нанотехнологий - эрозионно-взрывных нанотехнологий получения наноматериалов, имеет возможности выйти в мировую группу ведущих производителей наноматериалов в целом. К настоящему времени применительно к большой группе наноматериалов на основе металлов Au, Ag, Cu, Co, Mn, Mg, Zn, Mo, Fe, получены технические условия (ТУ У 24.6-35291116-001:2007) и налажено их производство отечественным производителем.
Наноматериалы для косметики нового поколения
Особый интерес для косметики среди новых наноматериалов, синтезированных с помощью эрозионно-взрывных технологий, представляют высококоординационные анионоподобные аквахелаты нанометаллов, которые являются наиболее перспективными для применения в биосистемах в силу своих нетоксичности, хорошей биосовместимости с живой клеткой, а также своих антиоксидантных свойств.
Высококоординационные аквахелаты нанометаллов - это аналоги комплексных соединений, состоящие из комплексообразователя, которым являются одна или несколько наночастиц, имеющих поверхностный электрический заряд, и лигандов, в качестве которых используются молекулы воды. Поверхностный электрический заряд у наночастиц создают посредством взрывной электронной эмиссии с поверхности проводника при эрозионно-взрывном диспергировании металла. При этом образуются мощные потоки электронов. Наночастицы, находясь в потоке электронов, приобретают на своей поверхности электрический заряд со знаком “минус”.
В аквахелатах в роли лигандов выступают молекулы воды. При этом количество лиганд-молекул воды есть координационное число, которое определяется количеством пар электронов, находящихся на поверхности наночастицы. Эрозионно-взрывные нанотехнологии дают возможность получать аквахелатные комплексы нанометаллов с координационным числом больше 12. Это достигается электризацией наночастиц. При этом сферическая форма наночастиц позволяет получить равномерный электрический заряд на ее поверхности, что создает условия для плотного окружения наночастицы молекулами воды, представляющими собой диполи с зарядами со знаком “плюс”, расположенными на ядрах водорода. Хелатирование наночастицы молекулами воды позволяет аквахелату легко проникать через мембраны клеток, а наночастице легко “раскрываться”, что создает условие для его высокой активности.
Очень перспективными для использования в косметических препаратах являются также гидратированные и карботированные наночастицы, содержащие в качестве лигандов молекулы воды и молекулы биологически совместимых карбоновых кислот, например, лимонной кислоты, участвующей в цикле Кребса. Такие наноматериалы получают замещением, по меньшей мере, одного лиганда в гидратной оболочке гидратированной наночастицы молекулой карбоновой кислоты, и лиганды образуют вокруг наночастицы-ядра смешанную наногидратную и нанокарбоксилатную оболочку.
Молекулы карбоновой кислоты в нанокарбоксилатной оболочке и молекулы воды в наногидратной оболочке образуют отрицательно заряженный наружный слой в смешанной наногидратной и нанокарбоксилатной оболочке. Хелатирование наночастиц-ядер одновременно наногидратной и нанокарбоксилатной оболочками усиливает возможности наночастиц легко проникать через мембраны клеток и легко «раскрываться» из оболочек, что создает условие для их высокой активности при сохранении высокой экологической чистоты. Это позволяет использовать такие наночастицы внутри клеточных мембран для усиления или торможения определенных метаболических процессов или оказывать влияние на физические свойства клеток, тканей одноклеточных и многоклеточных организмов.
Гидратированные и карботированные наночастицы можно использовать как эффективную транспортную систему для переноса разнообразных биогенных металлов через клеточные мембраны. Например, их можно добавлять в растворы, в которых хранятся или выращиваются клетки или ткани. В случае многоклеточных организмов, особенно млекопитающих, можно приготавливать соединения аквахелатов в виде пищевых продуктов, напитков, мазей, кремов, шампуней, средств ухода за волосами, глазных и ушных капель, жидкостей для полоскания рта, зубных паст, губной помады, дезодорантов, носовых растворов и аэрозолей, кожных мазей, инъекционных растворов и т.д.
В настоящее время нами уже получены гидратированные и карботированные (цитратированные) наночастицы благородных и основных биогенных металлов: аквацитронаносеребро, аквацитронанозолото, аквацитронаномедь, аквацитронаномагний, аквацитронаномарганец, аквацитронаножелезо, аквацитронаноцинк, аквацитронанокобальт, аквацитронаномолибден.
Биогенные металлы играют исключительно важную роль в организме человека и их получение в экологически чистой и биологически совместимой форме трудно переоценить. Биологическая роль микроэлементов многообразна: они участвуют практически во всех видах обмена веществ организма. Они являются кофакторами многих ферментов, гормонов, витаминов, участвуют в процессах кроветворения, роста, размножения, дифференцировки и стабилизации клеточных мембран, тканевом дыхании, иммунных реакциях и многих других процессах. Микроэлементы в косметике попадают в организм через кожу, минуя пищеварительный тракт. Это связано с тем, что наночастицы легко проникают через мембраны клеток.
До недавнего времени серебро практически не применялось в косметологии из-за сложности и невероятной дороговизны получения неионных растворов. Научно-технологический прогресс XXI века и бурное развитие технологий оперирования веществом на уровне атомов, позволили украинским ученым получить ту форму и те параметры серебра, к которым так долго стремились передовые производители.
- сверхбыстрое заживление ран, ожогов, нарывов;
- профилактика грибковых и угревых заболеваний;
- стимулирование иммунной системы и процессов регенерации клеток;
- тонизирующий и восстанавливающий эффект;
- антиаллергенное действие.
Благодаря изобретению принципиально нового способа получения наночастиц физическим способом (описание технологии доступно на сайте: http://nanosvit.com/load/8-1-0-7), была создана серьезная конкуренция всему ряду химических серебросодержащих препаратов, которые практически всегда несут в себе не лучшую наследственность (о чем часто умалчивают производители и на что редко обращает внимание потребитель).
- Используемая технология производства коллоидного серебра учитывает все последние стандарты и требования, определенные мировым сообществом:
- в процессе производства наночастиц используется только банковское серебро (99,9%) и вода высшей степени очистки, что гарантирует чистоту и безопасность препарата;
- наночастицы серебра находятся в нановодной оболочке (наношарик серебра «облепленный» молекулами воды). Стабилизация водой обеспечивает максимальную биосовместимость наночастицы с живыми организмами в противовес распространенному в наши дни способу стабилизации сложными полимерами;
- за счет своих физико-химических свойств наночастицы серебра в коллоидном растворе нейтральны по отношению к другим соединениям и могут безболезненно вводится в косметические и гигиенические средства (лосьоны, кремы, гели, шампуни, бальзамы, маски и др.)
Благодаря освоенным технологиям производства наноматериалов в промышленных объемах, удалось обеспечить конкурентную стоимость коллоидного раствора наночастиц серебра и сделать его доступным для регулярного использования.
Наносеребро
Дезинфицирующие свойства серебра проявляются через его поверхность, которая контактирует со средой. Чем большая и более активная поверхность – тем сильней её дезинфицирующий эффект.
Украинскими учеными была разработана передовая технология получения наночастиц серебра, диаметр которых в десятки тысяч раз меньше, чем толщина волоса человека. В тоже время эффективная поверхность контакта в десятки и сотни тысяч раз превышает поверхность контакта целостного вещества такой же массы.
Коллоидный раствор наночастиц серебра - это двухкомпонентный коллоидный раствор, который состоит из наночастиц серебра и воды высшей степени очистки. Наночастицы в нановодной оболочке воспринимаются клетками человеческого организма как природный биосовместимый компонент.
www.NanoSvit.com - Производитель органических микроэлементных комплексов с использованием нанотехнологий (Украина, г. Киев).