La sfida

La nostra pelle è il morbido rivestimento esterno del nostro corpo, l'organo più grande del sistema tegumentario - per così dire, è il più grande tra il gruppo di organi designati a proteggere il nostro corpo da vari tipi di danni. Serve come cuscino, protettore dei tessuti più profondi, perdita d'acqua (disidratazione), regolazione della temperatura ed espelle i rifiuti. Come il tetto di una casa, è il rifugio dei nostri corpi. Quindi, mentre la pelle ci protegge all'interno, cosa protegge all'esterno? Uno degli effetti più passivi, ma pericolosi per la vita che sperimentiamo quotidianamente, è l'esposizione alle radiazioni ionizzanti del sole, come i raggi ultravioletti (UV). Se la nostra pelle è danneggiata, perde la sua capacità di svolgere le sue funzioni in modo efficace e diventa suscettibile a infezioni e malattie come il cancro. La sfida consiste nell'ottenere un'adeguata protezione della pelle nei prodotti cosmetici e per la cura della pelle, in modo efficace e ragionevolmente sicuro per l'uomo, senza rappresentare una minaccia per l'equilibrio della vita marina e dell'ambiente in generale. NANOARC Biomimetics offre soluzioni per affrontare questo problema.

Cosa ha ispirato il nostro miglioramento?

In natura, alcuni organismi sono più resistenti di altri agli ambienti difficili. Alcuni sopravvivono persino nel calore dei vulcani o nelle dure radiazioni dello spazio. Studiando la struttura del loro corpo, diventa chiaro che la loro resistenza agli ambienti difficili non è necessariamente dovuta a una differenza nella composizione chimica, ma piuttosto deriva da una modifica nella disposizione atomica (cioè l'architettura atomica) all'interno della loro pelle protettiva. Lo stesso si vede in come la natura modifica la disposizione atomica degli atomi di carbonio, per produrre sia il diamante che la grafite. Anche la pelle del corpo umano ha diversi livelli di resistenza agli agenti chimici, il cuoio capelluto è molto diverso dal viso, nonostante entrambi siano sulla testa. I crostacei e altre specie marine sopravvivono all'ambiente duro e corrosivo dell'oceano, con nient'altro che uno strato esterno protettivo ultrasottile. In sostanza, la protezione non riguarda la quantità, ma la qualità del materiale che protegge gli organi sottostanti e la pelle dai danni.

La nostra soluzione

Offriamo materiali ad architettura atomica, in modo che i produttori beneficino delle alte prestazioni in sistemi di materiali confinati a livello quantistico a basse dosi, dove tale funzionalità non sarebbe altrimenti raggiungibile in materiali normali.

Essenzialmente, abbiamo modificato la struttura cristallina di materiali biocompatibili noti, per rendere le loro proprietà molto più elevate di quelle standard o comunemente note.  Come tale, con i nostri materiali ad architettura atomica è possibile utilizzare ben al di sotto del classico dosaggio del 20 - 25 % nei prodotti correlati. 

Perché così poco? 

La capacità di assorbimento dei raggi UV e le altre funzioni dei materiali ad altissima area superficiale specifica (nano)aumentano significativamente, man mano che le dimensioni delle (nano)particelle si riducono. Ciò consente di raggiungere gli obiettivi di prestazione con meno (nano)materiale per unità di superficie/volume.

L'ESSENZIALE

Il clima mediamente più caldo in molte parti del mondo comporta un aumento del rischio di cancro alla pelle e una minore resistenza dei materiali ai raggi UV.

L'ossido di zinco (ZnO) è unico tra gli ingredienti per la protezione solare perché è un bloccante UV ad ampio spettro. Offre protezione dai raggi UVA, UVB e persino UVC. Il biossido di titanio (TiO2) è un altro ingrediente attivo minerale utilizzato nelle creme solari. Pur proteggendo dai raggi UVB, non è efficace come lo ZnO nello schermare gli UVA.

Un apparente svantaggio dello ZnO e del TiO2 macroparticellati (in massa) è che nelle creme solari sono visibili sulla pelle come uno strato opaco, con conseguente riluttanza dei consumatori a utilizzare tali prodotti.

L'uso delle nanotecnologie nelle formulazioni delle creme solari aumenta l'efficienza di blocco dei raggi UV, consentendo di diminuire la concentrazione di filtri UV nella formulazione. Più precisamente, l'uso di materiali quantistici (< 20 nm in almeno una dimensione), che hanno un'area specifica ultraelevata (nano)particelle è significativamente vantaggioso, per una maggiore efficacia nella schermatura UV.

Il motivo è che la capacità di assorbimento dei raggi UV e altre funzioni benefiche dei (nano)materiali (ad esempio antimicrobica, antifungina, di guarigione delle ferite, ecc.) aumentano significativamente con il ridursi delle dimensioni delle (nano)particelle. Ciò consente di raggiungere gli obiettivi di prestazione nei prodotti cosmetici per la protezione solare con meno (nano)materiale per unità di superficie/volume, offrendo al contempo una protezione duratura.

A dosi così basse ed altamente efficaci, una crema solare minerale con (nano)particelle ad altissima superficie specifica è anche più facile da stendere, riducendo così l’effetto “sbiancante”. Poiché le (nano)particelle ad altissima superficie ZnO non diffondono la luce come le microparticelle convenzionali, il colore bianco scompare e la lozione solare risultante blocca ancora i raggi UV, ma appare trasparente quando applicata sulla pelle.

Mentre il TiO2 nella sua forma macroparticolata è utile, nella sua nanoforma è cancerogeno. Lo ZnO, invece, è sicuro. La sfida rimane l'apprensione di alcuni consumatori nei confronti dell'uso di prodotti arricchiti con nanoparticelle, che rallenta l'adozione di filtri solari più performanti.

L'esperienza di NANOARC nella progettazione di materiali quantistici è stata investita per affrontare questo problema. Offriamo due forme di ZnO, con un'area superficiale specifica ultraelevata, come segue:

I. Ossido di zinco (ZnO bidimensionale) Fiocchi atomicamente sottili (non nano) - 635.200 cm²/g

II. Ossido di zinco (0-dimensionale) nanoparticelle (nano) - 415.300 cm²/g

Per dare un'idea della nostra posizione, l'area superficiale specifica media dello ZnO convenzionale è di 45.000 cm²/g, mentre per l'attuale nano-ZnO commerciale la media è di circa 100.000 cm²/g.

Con questi valori, le leggi della fisica in natura indicano che la maggiore area superficiale specifica dei sistemi di materiali avanzati NANOARC ZnO offre ai produttori di creme solari e di trattamenti per la pelle l'opportunità di progettare prodotti con prestazioni superiori, utilizzando dosi ridotte e ottenendo una migliore dispersione e un risultato cosmetico apprezzabile.

Per inciso, è il nostro materiale ZnO non nano (ossido di zinco) a offrire un'elevata area superficiale specifica e quindi prestazioni. Questo è il bello della progettazione dei materiali e il vantaggio per i produttori è la possibilità di soddisfare i clienti nano-sensibili con prodotti di qualità superiore.