Objective: Increasing consumer demand for natural and environmentally friendly products is driving the cosmetic industry to seek greener and safer processes. High-frequency ultrasound technology (HFUT) stabilizes emulsions without adding emulsifying surfactants (ES). In this work, the formulation characteristics of an HFUT-treated emulsion and a Reference emulsion were compared for both caffeine and α-tocopherol.
Methods: A comparison was made between ES-free emulsions and the Reference emulsions based on droplet size, viscosity, pH and rheology behaviour for both active cosmetic ingredients. The permeation of caffeine and the skin retention of α -tocopherol were studied in vitro using Franz diffusion cells on human skin biopsies, considered the gold standard for permeation assays.
Results: The formulations developed were stable and showed suitable droplet size distribution. In the case of ES-free emulsions, the average droplet size was inferior to 1.5 μm regardless of the polarity of the active. All formulations presented a shear-thinning pseudoplastic behaviour, an attribute usually desired for cosmetic products. The skin permeation studies showed that in the case of caffeine (model hydrophilic molecule), the ES-free emulsion presented a delivery capacity similar to that of the Reference emulsion. However, for α-tocopherol (highly lipophilic model molecule), differences were observed in the distribution of the active in the stratum corneum with an advantage for the Reference emulsion, probably due to the impact of surfactants on the SC lipids.
Conclusion: This work demonstrates that HFUT is a reliable tool that is able to prepare stable ES-free emulsions loaded with hydrophilic or lipophilic active ingredients. Skin permeation studies confirm that the emulsions produced by HFUT promote the delivery of the actives to the human skin. In the case of α-tocopherol, the delivery efficiency was lower than with the Reference emulsion, especially in the SC layers, due to the absence of surfactants. Nevertheless, the ES-free emulsion still represents a good compromise between efficacy and the need for green cosmetics in the market.
Objectif: La demande croissante des consommateurs pour des produits naturels et respectueux de l'environnement encourage l'industrie cosmétique à développer des procédés plus écologiques et plus sûrs. La technologie des ultrasons à haute fréquence (HFUT) permet de stabilizer les émulsions sans ajouter de tensioactifs émulsionnants (ES). Dans ce travail, les caractéristiques d'une émulsion traitée par HFUT et d'une émulsion de référence ont été comparées. La caféine et l'α-tocophérol ont été utilisés comme actifs modèles. MÉTHODES: Les émulsions sans ES et les émulsions de référence on été comparées en termes de taille des gouttelettes, de viscosité, de pH et de comportement rhéologique pour les deux actifs. La perméation de la caféine et la rétention cutanée de l'α-tocophérol ont été étudiées in vitro sur des biopsies de peau humaine, en utilisant des cellules de diffusion de Franz, le ‘gold standard’ des tests de perméation. RÉSULTATS: Les formulations développées sont stables et présentent une distribution appropriée de la taille des gouttelettes. La taille moyenne des gouttelettes des émulsions sans ES est inférieure à 1.5 μm, quelle que soit la polarité de l'actif. Toutes les formulations présentent un comportement rhéofluidifiant adapté à un usage cosmétique. Les études de perméation cutanée montrent que l'émulsion sans ES contenant de la caféine (molécule modèle hydrophile) présente une capacité de délivrance similaire à celle de l'émulsion de référence. Dans le cas de l'α-tocophérol (molécule modèle lipophile), des différences ont été observées dans la distribution de l'actif dans le stratum corneum (SC) avec un avantage pour l'émulsion de référence, probablement lié à l'interaction entre les tensioactifs et les lipides du SC.
Conclusion: Ce travail démontre que le traitement par HFUT permet de préparer des émulsions stables sans ES, quelle que soit la polarité des actifs cosmétiques à véhiculer. Les études de perméation cutanée confirment que les émulsions produites par HFUT permettent la diffusion cutanée des actifs dans la peau humaine. Même si dans le cas de l'α-tocophérol la quantité accumulée était plus faible, l'émulsion traitée par HFUT propose un bon compromis entre efficacité et éco-responsabilité.
Keywords: caffeine; emulsifier-free emulsion; formulations; human skin; skin permeation; ultrasound stabilization; α-tocopherol.
© 2023 The Authors. International Journal of Cosmetic Science published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Cosmetic Scientists and Societe Francaise de Cosmetologie.