矿物基防晒霜的粒度测定

简介

矿物基防晒霜因其出色的散射紫外线 （UV） 能力而广受欢迎，而不会因化学防晒霜而引起光诱导的皮肤刺激。

在美国食品和药物管理局 （FDA） 批准的 18 种防晒药品活性成分（根据 21CFR 第 352 部分）中，只有两种是基于矿物的。尤其是氧化锌 （ZnO），其性能优于其对应的二氧化钛。氧化锌在高温和中性 pH 值下保持稳定，覆盖广谱紫外线辐射，甚至具有温和的抗菌性 [1]。

然而，氧化锌的安全性和有效性取决于大小。微米尺寸的氧化锌与其纳米尺寸的等效物相比，具有更低的防晒系数 （SPF） [2]。微米级的 ZnO 也倾向于在皮肤上留下一层白垩色的白色，从而降低其对消费者的审美吸引力。200 纳米或更小的氧化锌颗粒几乎是透明的 [3]，但由于纳米颗粒可能会穿透完整的皮肤，因此通常不受青睐。随着氧化锌粒径的减小，用有机硅或脂肪酸等材料包覆 ZnO 的需求也随之增加。涂层有助于颗粒分散，并在应用时为颗粒与皮肤的相互作用形成屏障。添加剂的选择可以最大限度地减少或加剧颗粒结块，从而影响防晒产品的保质期。

制定是一种平衡行为。因此，重要的是要监测防晒霜中活性和非活性成分的粒径，以保持其预期的疗效和安全性，同时防止活性成分深入皮肤。

监管讨论

美国 FDA 尚未明确说明防晒霜或其他化妆品中的微粉化颗粒是否比纳米颗粒更安全。在 2016 年发布的《探索未来应用说明应用说明矿物基防晒霜 AN240 行业 PSD》的最终指南 [4] 中，FDA 仅建议对颗粒大小和慢性暴露进行测试。欧盟委员会在这方面更为彻底。根据 EC 建议，“纳米材料”是指 50% 或更多的颗粒，其外部尺寸在 1 nm 至 100 nm 范围内[5]。EC 进一步建议，作为最低限度，必须评估原材料和原始配方的粒度，以确定批次间差异。要评估防晒霜的尺寸参数，必须获得不止一种方法（例如动态光散射、纳米粒子跟踪分析 （NTA）、激光衍射、成像等）。然而，关于纳米材料对防晒霜（或任何化妆品）的安全性的争论仍无定论。

材料和方法

购买三种非处方氧化锌防晒霜，并使用 Partica LA-960V2 激光衍射粒度分析仪进行分析。本实验选择配有磁力搅拌棒的标准 15 mL 馏分池附件。防晒霜 A 是防晒霜 B 的过期等价物（见图 1）。防晒霜 A 似乎“水样”。防晒霜 B 在两根手指上摩擦时感觉更粘稠。防晒霜 C 来自不同的品牌，质地更奶油，但所有三种防晒霜都是防水的油基配方，瓶子上带有“非纳米”氧化锌声明。

A B C 图 1.防晒霜 A 是 B 的过期版本;防晒霜 C 来自不同的品牌。本实验中选择的所有样品都是油基的。

图 2.每种市售的 ZnO 防晒霜一式三份进行分析，以产生平均值。红色过期的防晒霜显示出明显的相位分离，如两个不同的峰所示。

在分析之前，每个样品在烧杯中用矿物油精进行最低限度的预分散，以便将样品稀释到足以用塑料移液管逐滴添加到馏分池中，直到达到适当的激光透射值。使用以下分析测试方法收集测量值： 折光率：2.00 |虚数（吸收）：0.1i 分散液 – 矿物油精 样品数据采集时间：50000

结果与讨论

防晒霜 A（红色）显示两个单独的峰，细霜的 Dv50 为 90 nm，粗盐的 Dv50 为 3.76 μm。这种分布曲线是相分离的指标，其中形成了两个不同的成分群。这是不稳定分散系统的典型特征。与 A 相比，防晒霜 B（黑色）有一个细峰 （Dv50 = 80 nm） 和另一个双峰峰（Dv50 为 1.35 μm 和 12.51 μm）。使用光学显微镜对防晒霜 B 进行交叉检查，其中下限检测限受 0.5 μm 可见光波长的限制（图 3）。虽然该图像无法验证纳米颗粒的存在，但它证实了 300 nm 区域以上的双峰性。此外，该图像还显示了大至 20 μm 的颗粒团聚的存在。最后，防晒霜 C（绿色）也显示出双峰分布（Dv50 为 80 nm 和 0.76 μm）。所有三个样品的峰均位于 30 nm 至 300 nm 之间。该覆盖层可能是活性成分氧化锌所在的位置，而制剂的非活性成分是 300 nm 以上的成分。

图 3.在光学显微镜下检查防晒霜 B 图像。请注意，激光衍射技术以其球面等效直径和基于体积的分布报告颗粒大小。当 LA-960V2 软件以数学方式从体积转换为数量时，所有三个样品都有超过 50% 的小于 100 nm 的颗粒。根据 EC 法规，这些市售样品都将被视为“纳米材料”。在这种情况下，我们建议使用 NTA 等正交技术来满足 EC 规定的要求。

结论

本研究表明，Partica LA-960V2 激光衍射粒度分析仪可用于表征防晒霜配方中的氧化锌颗粒以及其他非活性成分。LA-960V2 也是监测纳米材料的良好筛选工具。虽然 FDA 尚未规定防晒霜被视为纳米材料的绝对尺寸下限，但这些产品在欧盟将被归类为纳米材料。这种分类变化强调了监测颗粒大小以最大限度地提高 SPF 的重要性，同时确保产品避免潜在的安全问题。

References

1. Fatehah, M. O., Aziz, H. A., & Stoll, S. (2014). Stability of ZnO Nanoparticles in Solution. Influence of pH, Dissolution, Aggregation and Disaggregation Effects. Journal of Colloid Science and Biotechnology, 3(1), 75–84. https://doi.org/10.1166/jcsb.2014.1072

2. Singh, P., & Nanda, A. (2014). Enhanced sun protection of nano-sized metal oxide particles over conventional metal oxide particles: An in vitro comparative study. International Journal of Cosmetic Science, 36(3), 273–283. https://doi.org/10.1111/ics.12124

3. Smijs, T., & Pavel. (2011). Titanium dioxide and zinc oxide nanoparticles in sunscreens: focus on their safety and effectiveness. Nanotechnology, Science and Applications, 95. https://doi.org/10.2147/nsa.s19419

4. Center for Drug Evaluation and Research. (2018, August 24). Nonprescription Sunscreen Drug Products – Safety and Effectiveness Data. U.S. Food and Drug Administration. https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda guidance-documents/nonprescription-sunscreen-drug products-safety-and-effectiveness-data

5. Directorate-General for Health and Food Safety. (2020, February 19). Guidance on the safety assessment of nanomaterials in cosmetics. Publication Office of the European Union. https://op.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/ db4c5f3d-5391-11ea-aece-01aa75ed71a1/language-en