Nanocompósitos ZnO-TiO2:SBA-15 com potenciais aplicações em cosméticos fotoprotetores

Nanocompósitos ZnO-TiO2:SBA-15 com potenciais aplicações em cosméticos fotoprotetores

Author Vieira, Camila Okinokabu Autor UNIFESP Google Scholar
Advisor Martins, Tereza Da Silva Autor UNIFESP Google Scholar
Institution Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Graduate program Química - Ciência e Tecnologia da Sustentabilidade
Abstract The use of photoprotectors is growing steadily due to the concern to prevent the skin from damage caused by ultraviolet radiation (UV) that reaches the surface of Earth, such as burns, photoaging and, especially, skin cancer. Among the materials used in the formulations are zinc oxide (ZnO) and titanium dioxide (TiO2), which are photostable inorganic filters. However, micrometer size particles of these oxides cause esthetic discomfort due to the whitish effect under the skin due to the scattering of electromagnetic radiation in the visible region. To solve this discomfort, nanoparticles are used, which due to their size sacale do not spread radiation in this region, but they crowd and compromise the effectiveness of the product. An alternative to remedy such problems is the incorporation of nanoparticles into ordered SBA-15 mesoporous silicas, forming nanocomposites. In this work, ZnO:SBA-15 and ZnO-TiO2:SBA-15 nanocomposites were prepared by different synthetic methodologies and a thurough study of their textural, structural and morphological properties was performed, as well as efficacy and safety tests. The study revealed that molar metal contents above 20% by the direct synthesis method (DS) lead to a structural collapse of the mesoporous in the calcination process. ZnO:SBA-15 nanocomposites prepared with zinc acetate and below 30% molar content show low crystallinity, while samples obtained by the post-synthesis method and 50% metallic content showed zincite crystalline structure (ZnO), indicative of the presence of this oxide outside the mesopores as well as for samples prepared with commercial ZnO. These data corroborate the results of X-ray scattering and N2 physisorption, which showed that DS samples have larger surface area and pore volume compared to PS nanocomposites, which makes them interesting for cosmetic application, as it allows the incorporation of other active species generating hybrid cosmetics. For mixed nanocomposites (ZnO-TiO2:SBA-15) only the crystalline phases of TiO2 (anatase and rutile) were observed, and the rutile phase is the majority as the isopropyl alcohol (AISO) molar content increases and its addition and the titanium precursor in the reaction medium occur within 24 h after the addition of the silica prescursor. On the other hand, the addition of AISO at the same time as the metal source and silica leads to a reduction in the size of the silica particles. In vivo and in vitro safety testes have shown that all nanocomposites are safe for cosmetic applications and materials with lower metal ion molar content are the most promising because they have a higher sun protection factor.

O uso de fotoprotetores cresce continuamente devido à preocupação em prevenir a pele dos danos causados pela radiação ultravioleta (UV) que atinge a superfície terrestre, como queimaduras, fotoenvelhecimento e, principalmente, o câncer de pele. Dentre os materiais empregados nas formulações fotoprotetoras estão o óxido de zinco (ZnO) e o dióxido de titânio (TiO2), que são filtros inorgânicos fotoestáveis. Todavia, partículas destes óxidos, em tamanho micrométrico, causam desconforto estético em decorrência do efeito esbranquiçado sob a pele devido ao espalhamento da radiação eletromagnética na região do visível. Para sanar esse desconforto usa-se nanopartículas, que devido à escala de tamanho que se encontram não espalham radiação nesta região, mas elas se aglomeram e comprometem a eficácia do produto. Uma alternativa para sanar tais problemas é a incorporação das nanopartículas em sílicas mesoporosas ordenadas, tipo SBA- 15, formando nanocompósitos. Neste trabalho, nanocompósitos de ZnO:SBA-15 e ZnO-TiO2:SBA-15 foram preparados por diferentes metodologias sintéticas e um estudo minucioso de suas propriedades texturais, estruturais e morfológicas foi realizado, assim como testes de eficácia e segurança. O estudo revelou que teores molares de metal acima de 20%, pelo método síntese direta (DS), levam a um colapso estrutural dos mesoporos no processo de calcinação. Nanocompósitos ZnO:SBA-15 preparados com acetato de zinco e com teor molar abaixo de 30% apresentam baixa cristalinidade, enquanto, amostras obtidas pelo método pós-síntese e teor metálico de 50% apresentaram estrutura cristalina tipo zincita (ZnO), indicativo da presença deste óxido fora dos mesoporos, assim como para as amostras preparadas com ZnO comercial. Esses dados corroboram com os resultados de espalhamento de raios X e fisissorção de N2, que mostraram que as amostras DS têm maior área superficial e maior volume de poro comparados aos nanocompósitos PS, o que os tornam interessantes para aplicação cosmética, pois permite a incorporação de outras espécies ativas gerando cosméticos híbridos. Para os nanocompósitos mistos (ZnO-TiO2:SBA-15) foram observadas apenas as fases cristalinas do TiO2 (anatase e rutila), sendo que a fase rutila é majoritária a medida que aumenta o teor molar de álcool isopropílico (AISO) e sua adição e do precursor de titânio no meio reacional ocorrerem após 24 h da adição do precursor de sílica. Por outro lado, a adição do AISO ao mesmo tempo da fonte metálica e da sílica acarreta diminuição do tamanho das partículas de sílica. Os testes de segurança in vivo e in vitro mostraram que todos os nanocompósitos são seguros para aplicações cosméticas e os materiais com teor molar menor do íon metálico são os mais promissores por apresentarem maior fator de proteção solar.
Keywords SBA-15
Zinc Oxide
Titanium Dioxide
Nanocomposites
Photoprotectors
SBA-15
Óxido De Zinco
Dióxido De Titânio
Nanocompósitos
Fotoprotetores
Language Portuguese
Date 2019-10-07
Knowledge area Ciências Da Sustentabilidade
Publisher Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)
Extent 150 p.
Origin https://sucupira.capes.gov.br/sucupira/public/consultas/coleta/trabalhoConclusao/viewTrabalhoConclusao.jsf?popup=true&id_trabalho=8340942
Access rights Closed access
Type Thesis
URI https://repositorio.unifesp.br/handle/11600/59060

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