肽骨架的双子型两亲性化合物及其在化妆品中的应用

来源:荣格国际个人护理品生产商情

发布时间:2019年5月15日下午 08:05:57

旭化成FINECHEM株式会社

双子型表面活性捆具有其他表面话性铜所没有的 新特性,巳成为许多实驗s深入研究的煉屬。在我们对 这种表面活性»进行研究的过程中,开发出了一种合成 二(月桂靦胺谷氨酰胺)籁氨酸钠{ Pellicar L-30)的 方法,该化合由两个月桂酰谷氨酸组成,由轅氨酸作 为_隔基连接,内舍肽(Glu-Lys-Glu }缠结构。我们对 其性质和特征进行了研究。

研究结果证实,PellicerL-30为二聚体结构,含三个 亲水基团,它比含有两个链但只有一个亲水基团的鱗脂 更易溶于水。结果还证实了其安全性和生物降解性以及 卓越的界面效应,包括表面张力降低、乳化、分散,以 及形成特征囊泡凝胶化、形成液晶以及在水溶液中的

其他特定的缔合作用。

恰如所料,它与含有肽键的蛋白质以及含有酰胺键 的二聚体神经酰胺2有部分相似性,这两种物质都天然 存在于毛发和皮肤中,Pellicer L-30对毛发和皮肤表现出 较高的亲和力,并且具有能够有效修复受横皮肤和毛发 的能力。

本论文中,我们特别报告了其卓越的界面行为、囊 泡形成、其他典型的缔合性质、皮肤和毛发损伤修复效 果、安全性以及其他一些具体的特性。

1. 前言

皮肤虽然具有稳定的屏障功能及保水功能,但在极 度的干燥状态、过度清洗及皮脂腺分泌功能下降的状态下,会导致皮肤内部的水分流失,引起皮肤干燥,细纹 增多。皮肤的结构为多重结构,由表及里包括角质层、 表皮、真皮、皮下组织,化妆品尤其对角质层具有重要 作用。角质层中存在具有保水功能的、以氨基酸为主要 成分的天然保湿因子(NMF)与具有防止水分流失功能 的神经酷胺及礙脂等细胞间脂质。关于皮肤内部水分流 失的原因,通常认为有①皮脂分泌功能下降②NMF成分 含量下降③细胞间脂质流失等。

另一方面,毛发的结构自外向内可分为毛小皮(毛鳞片)、毛皮质(皮质)、毛髓质(发髓},毛发的强 度、柔软性、柔韧性等物理性质取决于长轴方向上排列 的角蛋白纤维的毛皮质。拥有这种结构的毛发以氨基酸 (胱氨酸、谷氨酸、精氨酸、甘氨酸等)为主要成分, 还含有水分及脂质。此外,神经酰胺除参与各组织的粘 附,还具有防止毛发中的水分及蛋白质等流失的作用。

如上所述,氨基酸和神经酷胺对维持皮肤和毛发的 稳定性、保持屏障功能及保水功能方面起到非常重要的 作用。

我们成功实现了拥有以赖氨酸连接月桂酰基谷氨酸 盐的肽骨架(Glu-Lys-Glu)的双子型两亲性结构1 }的 二(月桂酰胺谷氨酰胺}赖氨酸钠的产品化。Pellicer L-30为浓度约30%的二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠 水溶液,即以约30%的表面活性剂浓度实现了商品化。

2. 结构

二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠是以赖氨酸为间隔 基,连接作为单链型亲水基团的月桂酰基谷氨酸盐所形成 的,即所谓的双子型表面活性剂。图1为其结构示例。

双子型表面活性剂与一般的表面活性剂相比,通常 具有以下特性。

① 表面活性能力更加优异(cmc低,降低表面张力 的性能优异,克拉夫特点低等)

② 可在低浓度状态下使用,对环境影响小。

③ 在水溶液中的缔合行为卓越(囊泡形成能力等) 少量即可发挥强大的效果,因此作为‘'下一代表面活性剂' 无论在学术上还是在工业上均深受关注。

虽然含有双链单亲水基的代表性物质磷脂,但由于 为单亲水基,所以奈油基-亲水基的均衡及水溶解性存在 局限性。通过将单奈水基变为二~三奈水基,可以改变 上述均衡性,从而提高水溶解性。

拥有双链三亲水基结构的二(月桂酰胺谷氨酰胺) 赖氨酸钠不仅具有双子型结构,还具有疏水相互作用,可 形成氢键,因此推测其对皮肤及毛发具有较高的亲水性, 并确认其具有有效修复损伤的能力2)等。并且与神经酰胺 及磷脂相比,更易溶于水(pH值为7时的饱和溶解度约为 40%),具有形成囊泡的能力及凝胶化能力,其安全性及 高生物降解性也得到了证实,以下记述相关情況。

3. 表面活性能力

3-1.降低对水的表面张力的能力

图2显示的是通过Wilhelmy法所测定的在25"C条件 下对水的表面张力。确认与单链单亲水基的月桂酰谷 氨酸钠相比,二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠在约 1/100的浓度下可发挥表面活性能力,与其他阴离子类 表面活性剂相比,也能够在*1/10~ 1/100的浓度下发挥 表面活性能力。

3- 2.乳化性能

我们使用通常被认为很难乳化的甲苯进行了乳化能 力试验,结果表明,其在月桂酰谷氨酸钠的1/100的浓 度下即可乳化,显示出与乳化能力强的十二焼基二苯醚 二磺酸钠相同的性能。

此外,我们还对其他油(白油、煤油、邻苯二甲酸 二甲酯)进行了乳化能力试验。结果表明,二(月桂酰 胺谷氨酰胺)赖氨酸钠可乳化任何种类的油,与使用甲 苯进行的乳化能力试验结果相同,显示出与十二烷基二 苯醚二磺酸钠相同的性能。

3-3.分散性能

在0.01 %活性剂水溶液中添加二氧化钛使其浓度达 到1%,然后进行超声波处理和均质(10,000rpm 2分 钟)后,测量在40°C下静置时澄清液的吸光度(波长 300nm),确认了分散性。结果(图3)表明,相比非离子类表面活性剂,其能够更加稳定地分散钛氧化物。我们认 为这是由于二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠具有高渗透 性,从而削弱了钦氧化物粒子间的凝聚力,且二(月桂酰胺 谷氨酰胺)赖氨酸钠呈阴离子性,可防止其重新聚集。

4. 对皮肤的有效性

4- 1.液晶形成能力

神经酰胺是细胞间脂质的一种,如同粘合剂般填充在角 质细胞间隙,防止水分流失。此外,约30年前,人们发现如 果涂抹含有可形成液晶物质的化妆品,可调整肌肤的纹理, 使肌肤保持健康状态。在这期间,作为具有液晶形成能力的 物质,各种厂商销售了很多含有疑似神经酰胺及维甲酸、天 然月旨质等的化妆品,广受用户等的好评。

将二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠:胆固醇:水= 0.5: 0.5: 99 (重量比)的组合物加热到8CTC使其完全溶 解后,冷却至常温后用偏光显微镜观察,结果(图4)观察 到了液晶。这可能是因为拥有双链的礙脂及拥有酰胺骨架的 神经酰胺2结构拥有与二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠类 似的结构。此外,使用植物甾醇或鲨肝醇代替胆固醇的情況 下,同样观察到液晶的形成。

4-2.修复粗糙肌肤的能力

用5%SDS水溶液使皮肤变粗糙后,以2nl/cm2每天涂抹 2次各种水溶液,测量了TEWL及水分含量。结果(图5)表 明,相比神经酰胺2,二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠能 够更快速地修复粗糙肌肤。以2nl/cm2分别涂抹0.5%二(月 桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠水溶液与0_5%神经酰胺2分散液 (包括非离子类表面活性剂、多价醇类)进行比照,并实 施胶带剥离的结果(图6)表明,二(月桂酰胺谷氨酰胺) 赖氨酸钠更易渗透到角质层的深部,由此可以推测,这是其 对粗超皮肤具有修复作用的一个原因。在本试验中,二(月 桂酷胺谷氨酰胺)赖氨酸钠的回收率几乎达到100%,这表 明几乎没有渗透到深于角质层的结构。二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠为拥有对角质成分具有高亲和性的肽骨架的两 亲性物质,降低表面张力的能力非常优异,因此认为其会渗 透至角质层深处。

并且,实际用50倍的显微镜对粗糙皮肤的恢复状态进 行观察发现,用二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠处理的粗 糙皮肤在4天后开始恢复。

4- 3.缓解刺激的效果

与5°%SDS水溶液进行对比,在人体健康皮肤上以15(J/ cm2开放式涂抹SDS:二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠 的混合比例为85:15的5°%水溶液,并且在6小时后进行了 观察。结果表明,使用5°%SDS水溶液时观察到了红斑、发 痒、脱屑,但同时使用二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠后 未观察到上述外观异常,由此确认其具有缓解刺激的作用。

5. 对毛发的有效性

5- 1.对受损毛发的改善效果

使用市售的健康毛发,按下述烫发处理和漂白处理的顺 序分别重复进行4次,使毛发受损。用第1剂(6.5%巯基乙酸 铵;pH9.5)进行烫发处理后,用第2剂(6°%溴酸钠溶液; pH6.5)进行处理,然后用水清洗。用吹风机吹干后梳理100 次。漂白处理则在室温下浸泡在5°%双氧水和2.5°%氨水的1:1重量比混合液中。用水清洗并用吹风机吹干后梳理100次。

在各种条件下对受损毛发进行了各种改善效果试验。结 果(图7)表明,二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠具有改 善受损毛发的粗细及强度的效果。此外,用电子显微镜观察 了经0.1%二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠水溶液处理的受 损毛发的外观及毛发的截面图,结果(图8)显示其抑制了 毛鳞片的翘起,对毛发内部也有修补效果。此外,图9是利 用TOF-SIMS3),即飞行时间型二次离子质谱分析装置所测 定的毛发内部截面图。该图显示了在样品表面照射Ga离子, 作为二级离子被释放的二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠的 钠离子的分布。从该分布图中可以看出,二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠渗透至受损毛发当中,并且在短时间 (1分钟)内同样渗透到通常认为很难渗透的健康毛发当 中,具有维持毛发健康的效果。考虑到分子量低且不具 备肽键的月桂酰谷氨酸钠更难渗透,可以推测上述效果 是源自二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠的肽键和双酰 基分别具有与毛发中的蛋白质及神经酰胺2型似的结构, 因此亲和性高,且降低表面张力的能力更为出色。

5- 2.清洗后在毛发内部的残留性

图10显示的是用0.1 %二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨 酸钠水溶液对受损毛发处理1分钟,用温水清洗3次后, 用T0F-SIMS观察到的毛发内部的状态。确认渗透到毛 发中的二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠不会因温水冲 洗而轻易流失。与上述一样,是由于二(月桂酰胺谷氨 酰胺)赖氨酸钠的肽键及双酰基结构导致的。

6. 囊泡形成能力与凝胶化能力

6- 1.囊泡形成能力

通过多元醇法4)进行了调整。即将规定量的二丙 二醇及胆固醇在80°C下进行了溶解。在80°C下,将该 溶液添加到由二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠(最终 浓度0.2%)、定量的50%柠檬酸水溶液和水组成的溶液 中。图11 (左)为使用适当的pH调节剂将pH调整为6时 的TEM照片。

该结果表明,二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠可 形成多层囊泡5)。其原因考虑是由于二(月桂酰胺谷氨酰 胺)赖氨酸钠具有两亲性结构。与通常为人所知的具有囊 泡形成能力的双链单亲水基磷脂相比,二(月桂酰胺谷氨 酰胺)赖氨酸钠具有磷脂中没有的三亲水基,因此对水的 溶解性非常高。

图11 (右)所示的是制作乳液时的偏光显微镜图 像。由于观察到马耳他十字结构,使用二(月桂酰胺谷 氨酰胺)赖氨酸钠可简单制作出多层乳状液。综上所 述,确认通过简单多层乳状液的制作,可形成囊泡。

6- 2.凝胶化能力

众所周知,多锁型表面活性剂具有特殊的形成液晶 结构能力6)。我们利用二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸 钠,对含油量高的体系中凝胶化能力进行了研究。结果 表明,二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠水溶液即使在 1 %左右的低浓度(一般表面活性剂为10%左右)下,也 可在含油量高的体系中形成透明凝胶。在我们研究的范 围内,无论油的种类,酯类、脂肪酸类、烃类及硅类均 可实现凝胶化。并且还确认在我们制作的凝胶中仅添加 水即可形成乳液。综上所述,双链三亲水基的双子型表 面活性剂二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠可以在低浓 度条件下形成凝胶及乳液,这意味着可制作对肌肤安全

性高、使用感良好的化妆品。此外,低浓度即可制作形 成凝胶等功能,这意味着可减轻对环境的负担。

7. 安全性和生物降解性

进行安全性和生物降解性试验的结果表明,二(月 桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠在一般条件下使用,其安全 性和生物降解性不存在问题。通过其他试验证实,与一 般的非离子类表面活性剂相比,具有安全性。此外,使 用人体三维培养表皮模型进行细胞毒性试验的结果表 明,细胞存活率达到95%

8. 总结

一直以来,我们以‘‘环境”、“安全性"、“低臭味"、 "氨基酸”为理念,制造和销售了月桂酰基谷氨酸盐 及月桂酰天冬氨酸盐、三甲基甘氨酸等产品,本次的 Pellicer L-30 (二(月桂酰胺谷氨酰胺)赖氨酸钠:约 30%水溶液)是旭化成株式会社独家推出的世界首个带 有肽键的双子型表面活性剂它同时具有①表面活性能力 优异②可在低浓度下使用,环境负荷小③缔合行为卓 越等作为表面活性剂的特性外,还对皮肤及毛发发挥 效果。

致谢:对本稿中记载的T0F-SIMS及SEM、SEM摄 影的数据采集给予支持的旭化成株式会社基础技术研究 所的乙部博英先生、河野祯市郎先生、伊藤秀己先生、小西徳三先生、以及提供大量建议的大关博先生致以深 深的谢意。

今后,我们将进一步增加数据、构建理论、发展事业。

 

 

 

 

技术开发部关口范夫

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