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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:2019-05-15 962
包装个人护理品包装印刷二次包装与物流标识与打码其他包装设备原料配料其他包装设备及材料加工生产设备 技术前沿
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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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