هیدروژلها شبکه های دارای پیوند عرضی از ترکیبات درشت مولکولی با ویژگی ظرفیت جذب آب زیاد هستند. این گونه مواد کاربردهای گسترده ای در زیست پزشکی دارند. هیدروژلهای پلیمری متعددی نیز در مواد آرایشی استفاده می شوند. در اینجا ساختار، خواص و کاربردهای گزینشی هیدروژل ها در مواد آرایشی به طور کلی بحث شده است. مثال های مفصلی از مقالات علمی نشان داده شده است. در این مقاله مروری، متداول ترین زیست پلیمرهای به کاررفته در مواد آرایشی همراه با موضوعات مرتبط با درمان پوست و نرم کنندگی مو به طور مفصل ارائه شده اند. هیدروژل های برپایه کلاژن، کیتوسان، هیالورونیک اسید و سایر پلی ساکاریدها مشخص شده اند. روندهای نوین تهیه هیدروژل های برپایه آمیخته های زیست پلیمرها و دو ژلی ها نشان داده شده اند. افزون بر این، به استفاده از هیدروژل های زیست پلیمری در کپسولی شدن نیز اشاره شده است.

مقدمه
هیدروژل ها شبکه های پلیمری سه بعدی هستند که با اتصالات عرضی کووالانسی قوی و نیروهای ضعیف هم چسبی (cohesive) شامل پیوندهای هیدروژنی یا پیوندهای یونی در کنار یکدیگر قرارگرفته اند. این دسته از مواد پلیمری آب دوست بوده و از قابلیت ذاتی تورم در آب و سایر حلال های مناسب و جذب آب بیش از 10 درصد وزن خود و حفظ آن در ساختار ژلی برخوردارند. هیدروژل ها به همراه سایر ترکیبات شیمیایی می توانند یک فرمول بندی آرایشی را تشکیل دهند که معمولاً ماده آرایشی نامیده می شود و می تواند کاربردهای موضعی مختلفی روی سطح مو و بدن بیابد. طبق مقررات اتحادیه اروپا و سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA)، ماده آرایشی، ماده یا فراورده ای که برای قرارگیری در تماس با هر قسمت خارجی از بدن انسان، شامل غشاهای مخاطی حفره دهانی و دندان در نظر گرفته شده است. کارکردهای مواد آرایشی می تواند تغییر بو و ظاهر بدن، تمیزکردن پوست و مو یا حفظ آن ها در شرایط مناسب، خوشبوسازی یا محافظت از پوست و مو باشد [1،2].

پوست، بزرگ ترین عضو بدن است که معمولاً در تماس با فراورده های آرایشی قرار می گیرد. از آنجا که سدی فیزیکی و شیمیایی ایجاد کرده و بدن را از انواع مختلف اثرهای زیست محیطی محافظت می کند، شرایط آن بسیار مهم است. پوست حاوی مبدل های (transducers) متعددی است که پیوسته طیف وسیعی از اطلاعات حسی را برای پردازش به مغز ارسال می کنند. از دیدگاه آرایشی، پوست مسئول ظاهر خارجی بوده و تصویر منحصر به فرد و قابل تشخیص از فرد برای شناسایی سایرین ایجاد می کند. وضعیت پوست به عوامل مختلف بستگی دارد. ساختارهای لایه شاخی، لایه سلولی و عملکرد غدد چربینه ای (sebaceous glands) نیز مهم هستند. غده چربی مسئول تولید چربینه (sebum) است. چربینه ماده ای چسبناک و چرب بوده که به وسیله غدد چربینه ای در لایه های میانی پوست تولید می شود.

بزرگ ترین غدد چربینه ای، در صورت، پوست سر، وسط کمر و وسط سینه توزیع شده اند. آن ها تولیدکننده ترشحات آزادشده در مجرای چربینه ای هستند که غده را به کانال فولیکولی متصل می کند. ترشحات چربینه ای در پاسخ به محرک های هورمونی تولید می شوند. چربینه عملکردهای متعددی روی پوست دارد: به عنوان مرطوب کننده عمل می کند، خواص سدگری را افزایش می دهد و می تواند به عنوان عامل ضدقارچ و ضدباکتری عمل کند. هنگامی که سدگری پوست آسیب می بیند، بازآمادگی (reconditioning) لازم است. بدین منظور به طور موقت، تا زمانی که پوست بتواند خواص و سدگری خود را دوباره بیابد، می توان طیفی از مرطوب کننده ها را استفاده کرد. در این شرایط سه سازوکار فیزیولوژیکی برای بازآبدارشدن (rehydrating) لایه شاخی وجود دارد، استفاده از مسدودکننده ها (occlusives)، نمپاها (humectants) و ماتریس های آب دوست. مرطوب کننده ها (moisturizers) با ایجاد محیط مناسب برای بازسازی به ترمیم پوست کمک می کنند. این کار می تواند با استعمال موضعی مرطوب کننده ها انجام شود که موجب کاهش از دست رفتن آب و ایجاد سد روی پوست می شود. مو، مشابه پوست، سامانه زیستی پیچیده ای است که وظایف خاصی را بر عهده دارد. مو به طور عمده از پروتئینی به نام کراتین و مقدار کمی لیپید تشکیل شده است. ساختار مو می تواند تحت تأثیر پیری بلندشدن و حتی عوامل محیطی مانند آلودگی و نور خورشید قرار گیرد. هنگامی که ساختار مو اصلاح می شود، برخی از خواص طبیعی مو نیز تغییر می کنند. شیمی مواد آرایشی می تواند نرم کنندگی مو را با استفاده از ترکیبات شیمیایی مناسب برای ترمیم موی آسیب دیده فراهم کند.

در تهیه مواد آرایشی، از چند ماده اولیه استفاده می شود. موادی که در فرمول بندی های آرایشی به کار می روند متناسب با مقرراتی انتخاب می شوند که ممکن است متفاوت و به یک منطقه یا کشور بستگی داشته باشد. فرمول بندی، ترکیبی از هنر و علم بوده و بر دانش شیمی عمومی، شیمی فیزیک، شیمی آلی و غیرآلی، شیمی پلیمر و مواد اولیه متکی است. بسیاری از اجزای مواد آرایشی به طور تجاری دردسترس هستند. از میان آن ها، پلیمرهای سنتزی و زیست پلیمرها به طور گسترده استفاده می شوند. پلیمر، مولکولی بزرگ متشکل از واحدهای ساختاری تکراری است که معمولا با پیوندهای شیمیایی کووالانسی به یکدیگر متصل شده اند.

پلیمرهای طبیعی یا همان زیست پلیمرها، توسط اندامگان زنده (living organism) تولید می شوند. انواع مختلفی از آنها مانند سلولز، اصلی ترین جزء چوب و برگ ها، در طبیعت وجود دارند. زیست پلیمر معمول دیگر نشاسته است که از آن به طور گسترده در تولید مواد غذایی استفاده می شود. برخی از پلیمرهای طبیعی مانند کلاژن، الاستین و کراتین اجزای اصلی تشکیل دهنده پوست و مو هستند. این زیست پلیمرها و سایر پلی ساکاریدها نیز به طور گسترده در فرمول بندی های آرایشی استفاده می شوند. بسیاری از پلیمرهای طبیعی نقش مهمی را در فرمول بندی مواد آرایشی به عنوان مرطوب کننده ها و عوامل غلیظ کننده ایفا می کنند [3]. طیف گسترده ای از هیدروژل ها را می توان برپایه زیست پلیمرها و پلیمرهای سنتزی برای کاربردهای بالقوه آرایشی و پزشکی تشکیل داد. هیدروژل ها، شبکه های پیوند عرضی یافته از پلیمرهای سنتزی یا زیست پلیمرهای یکسان یا متفاوت هستند که ظرفیت جذب آب زیادی نشان می دهند. این ظرفیت جذب آب زیاد به علت وجود گروه های عاملی آب دوست در ساختار پلیمر مانند گروه های آمینی، هیدروکسیل، آمیدی و سولفات است [4]. در اثر وجود این گروه های عاملی آب دوست، مولکول های آب می توانند به داخل شبکه پلیمری مهاجرت کنند که به انبساط هیدروژل و اشغال حجم بیشتر آن منجر می شود. به این فرایند اصطلاحاً تورم گفته می شود. مقدار جذب آب در انواع مختلف هیدروژل به ساختار شیمیایی پلیمر سنتزی یا زیست پلیمر، چگالی اتصالات عرضی و شرایط محیطی بستگی دارد. اگرچه در یک شبکه پلیمری مولکول های آب یکسانی جذب می شوند، اما مولکول های آب در واقع می توانند به سه حالت مختلف وجود داشته باشند: مولکول های آب آزاد، واسط و مقید. مولکول های آب آزاد آن هایی هستند که در مرحله انجماد تحت فرایند انجماد قرار می گیرند، در حالی که هیچ پیوند شیمیایی میان آب آزاد و گروه های عاملی پلیمر وجود ندارد. مقدار مولکول های آب آزاد معمولاً به ساختار هیدروژل بستگی دارد. در ساختار هیدروژل فشرده، مقدار آب آزاد کمتر است. حالت دوم آب یا آب واسط می تواند برهم کنش های ضعیفی با گروه های عاملی زنجیرهای پلیمری ایجاد کند. پیوند هیدروژنی میان زنجیرهای پلیمری و مولکول های آب، آب مقید را تشکیل می دهد که چنین مولکول های آبی منجمد نمی شوند [5،6].

هیدروژل ها قابلیت تورم زیادی در آب یا محلول های آبی دارند. به دلیل مقدار زیاد آب جذب شده، این ساختارها می توانند شبیه بافت های بدن انسان باشند، چرا که بافت های انسان حاوی مقادیر زیادی آب هستند. این قابلیت تورم زیاد باعث می شود که هیدروژل ها در کاربردهای مختلف پزشکی از جمله مهندسی بافت، پزشکی ترمیمی و دارورسانی دامنه وسیعی از کاربردها پیدا کنند. مواد هیدروژل دارای مزایای خاصی بوده که برای کاربردهای زیست پزشکی درخور توجه هستند. آن ها می توانند از محیط ماتریس خارج سلولی سه بعدی در بافت های طبیعی تقلید کنند. هیدروژل ها در فراورده های میکروکپسول ها و میکروذرات برای کاربردهای پزشکی و آرایشی نیز استفاده می شوند. در کاربردهای آرایشی، هیدروژل ها عمدتاً به طور موضعی، روی پوست و مو اعمال می شوند و در کاربردهای مراقبتی دهان و دندان نیز کاربرد دارند (طرح 1). استفاده از هیدروژل های زیست چسب برای اهداف مراقبت از پوست دارای مزایای مهمی مانند زمان اقامت طولانی در موضع استعمال و کاهش تعداد دفعات مصرف است. تاکنون، چند فرمول بندی آرایشی به صورت هیدروژل های حاوی مواد فعال آرایشی ارائه شده است. هیدروژل های انتخابی، فرمول بندی های هیدروژلی زیست چسب مناسب برای کاربردهای آرایشی پوست هستند. هیدروژل های استفاده شده در مواد آرایشی می توانند برپایه زیست پلیمرهای شناخته شده ای مانند کلاژن، ژلاتین، هیالورونیک اسید، آلژینات، کیتوسان، صمغ زانتان، پکتین، نشاسته، سلولوز و مشتقات آن باشند. از این گونه هیدروژل های پلیمری پایه زیستی برای تهیه مواد آرایشی جدیدی استفاده می شود که اصطلاحاً ماسک های زیبایی نامیده می شوند. ادعا می شود، این ماسک ها پوست را آب رسانی کرده، خاصیت کشسانی آن را بازیابی و عملکرد ضدپیری را ارتقا می بخشند. هیدروژل های ابر جاذب، به طور ویژه مواد آکریلات پایه، استفاده گسترده ای در محصولات بهداشتی برای جذب مایعات دارند، زیرا آن ها قابلیت دورکردن رطوبت از پوست، ارتقای سلامت پوست، جلوگیری از بثورات پوشک و ایجاد راحتی را دارند.
برخی از پلیمرهای سنتزی استفاده شده برای تهیه هیدروژل های با کاربردهای پزشکی، پلی وینیل الکل، پلی آکریل آمید، پلی اتیلن اکسید و پلی اتیلن گلیکول هستند. پلیمرهای طبیعی در مقایسه با پلیمرهای سنتزی معمولاً زیست سازگاری بیشتری دارند، اما از نظر شیمیایی، نوع سنتزی قوی تر از طبیعی است [7،8].

افزون بر این، کنترل تکرارپذیری میکروساختارها و خواص هیدروژل های زیست پلیمرپایه دشوار است، بنابراین ترکیب هیدروژل ممکن است از یک پیمانه تولید به دیگری متفاوت باشد. در مقابل، هیدروژل های سنتزی تکرارپذیرتر هستند، هر چند ساختار نهایی آن ها می تواند به شرایط پلیمرشدن و کنترل محیط بستگی داشته باشد.

مروری بر زیست پلیمرهای استفاده شده در هیدروژل های مواد آرایشی
ترجمه: زینب شیخ الاسلامی
تهران، پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، پژوهشکده فرآیند