Die Herausforderung

Unsere Haut ist die weiche äußere Hülle unseres Körpers, das größte Organ des integumentären Systems - sozusagen das größte Organ in der Gruppe der Organe, die dazu bestimmt sind, unseren Körper vor verschiedenen Arten von Schäden zu schützen. Sie dient als Polster, Schutz der tieferen Gewebe, Wasserverlust (Dehydrierung), Temperaturregulierung und scheidet Abfallstoffe aus. Wie das Dach eines Hauses, ist sie der Schutz unseres Körpers. Während die Haut uns also von innen schützt, was schützt sie von außen? Eine der passivsten, aber lebensbedrohlichsten Einwirkungen, denen wir täglich ausgesetzt sind, ist die ionisierende Strahlung der Sonne, wie z. B. die ultravioletten (UV) Strahlen. Wenn unsere Haut geschädigt ist, verliert sie ihre Fähigkeit, ihre Funktionen effektiv zu erfüllen, und wird anfällig für Infektionen und Krankheiten wie Krebs. 

Die Herausforderung besteht darin, einen angemessenen Hautschutz in Kosmetik- und Hautpflegeprodukten zu erreichen, und zwar auf wirksame und einigermaßen sichere Weise für den Menschen, ohne das Gleichgewicht der Meeresbewohner und der Umwelt insgesamt zu gefährden. 

NANOARC Biomimetics bietet hierfür Lösungen an.

Was hat uns zu dieser Verbesserung inspiriert?

In der Natur sind einige Organismen widerstandsfähiger gegen raue Umgebungen als andere. Einige überleben sogar in der Hitze von Vulkanen oder der harten Strahlung des Weltraums. Bei der Untersuchung ihrer Körperstruktur wird deutlich, dass ihre Widerstandsfähigkeit gegen raue Umgebungen nicht unbedingt auf einen Unterschied in der chemischen Zusammensetzung zurückzuführen ist, sondern vielmehr auf eine Veränderung der atomaren Anordnung (d. h. der atomaren Architektur) innerhalb ihrer Schutzhaut. Das Gleiche sieht man, wie die Natur die atomare Anordnung der Kohlenstoffatome verändert, um entweder Diamant oder Graphit zu erzeugen. Sogar die Haut des menschlichen Körpers ist unterschiedlich widerstandsfähig gegen Chemikalien, wobei sich die Kopfhaut stark von der Gesichtshaut unterscheidet, obwohl sich beide auf dem Kopf befinden. Krustentiere und andere Meerestiere überleben die raue und korrosive Umgebung des Ozeans nur mit einer hauchdünnen Schutzschicht auf der Außenseite. Im Wesentlichen geht es beim Schutz nicht um die Quantität, sondern um die Qualität des Materials, das die darunter liegenden Organe und die Haut vor Schaden bewahrt.

Unsere Lösung

Wir bieten Materialien mit atomarer Architektur an, so dass Hersteller von der hohen Leistung in quantenbegrenzten Materialsystemen bei niedrigen Dosen profitieren, bei denen eine solche Funktionalität in regulären Materialien sonst nicht erreicht werden könnte.

Im Wesentlichen haben wir die Kristallstruktur bekannter biokompatibler Materialien so modifiziert, dass ihre Eigenschaften deutlich höher sind als die der Standard- oder allgemein bekannten Materialien.  So ist es mit unseren atomar strukturierten Materialien möglich, weit unter der klassischen 20 -25 %-Dosierung in verwandten Produkten zu verwenden. 

Warum so wenig? 

Die UV-Absorptionskapazität und andere Funktionen von (Nano-)Materialien mit ultrahoher spezifischer Oberfläche nehmen deutlich zu, wenn die (Nano-)Partikel kleiner werden. Dadurch lassen sich Leistungsziele mit weniger (Nano-)Material pro Flächen-/Volumeneinheit erreichen.

DAS NOTWENDIGSTE

Mit der durchschnittlichen Erwärmung des Klimas in vielen Teilen der Welt steigt auch das Hautkrebsrisiko und die Widerstandsfähigkeit von Materialien gegen UV-Strahlung nimmt ab.

Zinkoxid (ZnO) ist unter den Sonnenschutzmitteln einzigartig, weil es ein Breitspektrum-UV-Blocker ist. Es bietet Schutz vor UVA-, UVB- und sogar UVC-Strahlen. Titandioxid (TiO2) ist ein weiterer mineralischer Wirkstoff, der in Sonnenschutzmitteln verwendet wird. Es schützt zwar vor UVB-Strahlen, ist aber beim Schutz vor UVA-Strahlen nicht so wirksam wie ZnO.

Ein offensichtlicher Nachteil von makropartikulärem (losem) ZnO und TiO2 ist, dass sie in Sonnenschutzmitteln als undurchsichtige Schicht auf der Haut sichtbar sind, was dazu führt, dass die Verbraucher solche Produkte nur ungern verwenden.

Der Einsatz von Nanotechnologie in Sonnenschutzformulierungen erhöht die Wirksamkeit des UV-Schutzes und ermöglicht es, die Konzentration von UV-Filtern in der Formulierung zu verringern. Genauer gesagt ist die Verwendung von Quantenmaterialien (< 20 nm in mindestens einer Dimension), die eine ultrahohe spezifische Fläche haben (Nanoteilchen), für eine verbesserte Wirksamkeit beim UV-Schutz von großem Vorteil.

Der Grund dafür ist, dass die UV-Sorptionskapazität und andere nützliche Funktionen von (Nano-)Materialien (z. B. antimikrobiell, antimykotisch, wundheilend usw.) deutlich zunehmen, wenn die Abmessungen der (Nano-)Partikel kleiner werden. Dadurch können die Leistungsziele von Sonnenschutzmitteln mit weniger (Nano-)Material pro Flächen-/Volumeneinheit erreicht werden, während gleichzeitig ein dauerhafter Schutz geboten wird.

Bei solch hochwirksamen niedrigen Dosen lässt sich ein mineralischer Sonnenschutz mit (Nano-)Partikeln mit ultrahoher spezifischer Oberfläche auch leichter verteilen, wodurch der „Aufhellungseffekt“ verringert wird. Da die ZnO-Partikel (Nanopartikel) mit ultrahoher Oberfläche das Licht nicht streuen wie herkömmliche Mikropartikel, verschwindet die weiße Farbe und die resultierende Sonnenlotion blockiert immer noch UV-Strahlung, sieht aber beim Auftragen auf die Haut transparent aus.

Während TiO2 in seiner makropartikulären Form nützlich ist, ist es in seiner Nanoform krebserregend. ZnO hingegen ist sicher. Die Herausforderung besteht nach wie vor darin, dass einige Verbraucher der Verwendung von Produkten, die mit Nanopartikeln angereichert sind, skeptisch gegenüberstehen, was die Einführung von leistungsfähigeren Sonnenschutzmitteln verzögert.

NANOARCs Fachwissen im Bereich des Quantenmaterialdesigns wurde hier investiert, um dieses Problem zu lösen. Wir bieten zwei Formen von ZnO mit ultrahoher spezifischer Oberfläche wie folgt an

I. Zinkoxid (2-dimensionales ZnO) Atomar dünne Flocken (nicht-nano) - 635.200 cm²/g

II. Zinkoxid (0-dimensionale) Nanopartikel (nano) - 415.300 cm²/g

Zum Vergleich: Die durchschnittliche spezifische Oberfläche von konventionellem ZnO beträgt 45.000 cm²/g, die von handelsüblichem Nano-ZnO durchschnittlich ca. 100.000 cm²/g.

Mit diesen Werten zeigen die physikalischen Gesetze in der Natur, dass die verbesserte spezifische Oberfläche von NANOARC ZnO fortschrittlichen Materialsystemen den Herstellern von Sonnenschutzmitteln und Hautpflegeprodukten die Möglichkeit bietet, Produkte mit höherer Leistung zu entwickeln, die mit niedrigeren Dosen auskommen und eine bessere Dispersion und ein bemerkenswertes kosmetisches Ergebnis erzielen.

Im Übrigen ist es unser Nicht-Nano-ZnO-Material (Zinkoxid), das eine hohe spezifische Oberfläche und damit Leistung bietet. Das ist das Schöne am Materialdesign, und der Vorteil für die Hersteller besteht darin, dass sie nun in der Lage sind, nanosensible Kunden mit noch besseren Ergebnissen zu bedienen.